确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法技术

本申请提供一种确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法，具体步骤包括：S1、列出主、辅均压环的考察指标，确定各设计变量间相互影响作用表，确定试验阶梯数据方案；S2、建立高压直流电阻标准分压器仿真模型；S3、将S1中的数据代入到S2的仿真模型中，得出电场数据并汇总；S4、根据S3中的数据计算各设计变量试验总和、各设计变量试验总和平均值、极差；S5、通过S4中极差的数值确定各设计变量间相互影响作用的大小；S6、结合S4和S5的数据确定各设计变量的取值，缩小范围；S7、在S6得出的高压直流电阻标准分压器各均压环尺寸和位置的取值，缩小实验阶梯数据范围，迭代重复S1至S7，直到满足工程要求为止。该方法能节省实验时间并获得更优解。

【技术实现步骤摘要】
确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法
本专利技术属于电力
，特别涉及一种确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法。
技术介绍
直流高电压量值传递和量值溯源的基础是直流电压比例标准的建立，而高精度直流电阻标准分压器可作为直流电压比例标准。目前，大多数国家仅针对300kV及以下电压等级开展直流分压器分压比的量值溯源研究，中国和澳大利亚等国家开展了在较高电压等级下的研究工作。我国于2015年通过了800kV直流电压比例标准的建标考核，大幅提升了电压等级和比例量值的不确定度水平，电压等级从500kV提升为800kV，比例量值不确定度从2×10-4提升到5×10-5。在开展800kV以上直流电压互感器现场校准实验时，确定其分压比的方法是在800kV下用分节标定，这可能导致准确度降低。目前我国特高压直流输电工程的最高电压等级已达1100kV，如果不在直流电阻分压器周围采取措施均匀电场分布，那么直流电阻分压器的电压等级越高，其周围电场分布将愈加不均匀，额定电压下分压器电阻的局部发热量越大，分压器内部的温升越高，分压器中电阻元件的阻值变化越大，分压比的变化量越大，导致分压器的准确度降低，分压器内部温升过大时甚至可能导致电阻元件的热击穿进而损坏。此外，随着电压等级的提高，分压器的绝缘难度随之增加，而且电压等级的提高会使分压器的电晕电流和泄漏电流增大，导致分压器的准确度降低，而均压环能有效改善分压器周围的电场分布。
技术实现思路
为了改进由于我国仅通过800kV直流电压比例标准的建标考核，导致800kV以上的高压直流电阻标准分压器周围均压环尺寸和位置需要重新考虑，而传统方法确定该尺寸和位置效率低，重复工作量大的问题，本申请提出了一种确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法，主要是基于软件搭建高压直流电阻标准分压器仿真模型，结合数学分析方法迭代逼近均压环尺寸和位置的最优值；以此方法计算均压环尺寸和位置的最优值可有效提高计算效率，数学分析法等可以减小试验次数、减少计算时间，多次迭代可以使得结果快速收敛于最优值附近，符合工程要求。本专利技术是这样实现的：一种确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法，其具体步骤如下：S1、确定主均压环和辅均压环的设计变量，对各设计变量多次取值，确定包括误差对比列在内的设计变量相互影响作用表，确定阶梯数据计算方案；S2、建立高压直流电阻标准分压器仿真模型；S3、将S1中各设计变量的取值数据逐一代入到S2中建立的高压直流电阻标准分压器仿真模型中，得出高压直流电阻标准分压器的周围电场数据yi，汇总至阶梯数据计算方案中；S4、根据S3中的数据计算各设计变量的指标，具体包括：S41、计算第j列上第i个设计变量取值的计算结果总和Kij；S42、计算总和Kij的平均值其中t为第j列上设计变量号i出现的次数；S43、计算第j列极差Rj，S5、通过S4中极差的数值，计算各设计变量之间的效应，具体包括以下步骤：S51、计算各设计变量之间的联合效应[ab]ij；S52、计算各设计变量之间的交互效应(ab)ij；S53、判断各设计变量对周围电场数据yi的影响；S6、结合S4和S5的数据确定各设计变量的取值；S7、在S6得出的高压直流电阻标准分压器各均压环尺寸和位置的取值后，缩小各设计变量之间差值，迭代重复S1至S7，使分压器周围最大场强小于等于分压器的起晕场强。优选地，步骤S1中设计变量具体包括：辅均压环的内环半径A、辅均压环圆心到对称轴的距离B、辅均压环圆心到地面的距离C、主均压环的内环半径D、主均压环圆心到对称轴的距离E、主均压环圆心到地面的距离F，各设计变量的取值Ai、Bi、Ci、Di、Ei、Fi，各设计变量取r个值，i＝1～r，各设计变量每次取值的差值为ΔQA＝|A1-A2|、ΔQB＝|B1-B2|、ΔQC＝|C1-C2|、ΔQD＝|D1-D2|、ΔQE＝|E1-E2|、ΔQF＝|F1-F2|。优选地，步骤S51和S52中计算的具体步骤为：计算两个设计变量之间的联合效应[ab]ij，[ab]ij＝μij-μ，其中μij为Ai与Bj的组合下的均值，总均值为μ，该数值可反应Ai与Bj的组合对计算结果的总效应；计算两个设计变量不同i值之间的交互效应(ab)ij，(ab)ij＝[ab]ij-ai-bj，该数值可反应Ai与Bj的组合对计算结果的交互效应。优选地，步骤S53中的具体步骤为：计算结果的总偏差平方和ST，其中n＝每列同一设计变量的计算次数与设计变量的个数相乘，T为数据总和，计算第j列设计变量的偏差平方和Sj，若设计变量A安排在表中第j列上，则SA＝Sj；计算误差对比列的偏差平方和Se，Se为所有误差对比列的偏差平方和之和；计算总偏差平方和ST的度fT、Sj的度fj、Se的度fe，fT＝n-1，fj＝r-1，Fe为fT与各设计变量的度之和；计算检验第j列设计变量对试验结果是否有显著影响的统计量值Fj，若由观察值计算出的Fj≥F1-α(fj，fj)，则认为该列设计变量对试验结果影响显著，否则，认为效果不显著，其中α为给定的显著性水平。优选地，步骤S6中的具体步骤为：取设计变量A和设计变量B，计算设计变量A、B间的相互作用A×B，若设计变量A、B以及A×B对周围电场数据yi的影响均大于系统误差对周围电场数据yi的影响，则按照工程要求选择[ab]ij中最大或最小者；若设计变量B与设计变量A×B对周围电场数据yi的影响均大于系统误差对周围电场数据yi的影响，设计变量A对周围电场数据yi的影响小于系统误差对周围电场数据yi的影响，则按照工程要求选择(ab)ij及bj中最大或最小者。优选地，步骤S7中的具体步骤为：选取新一轮迭代的各设计变量间差值为ΔQA′、ΔQB′、ΔQC′、ΔQD′、ΔQE′、ΔQF′，确定新一轮迭代各设计变量的值为ΔQ′A、ΔQ′B、ΔQ′C、ΔQ′D、ΔQ′E、ΔQ′F，要求ΔQA′<ΔQA、ΔQB′<ΔQB、ΔQC′<ΔQC、ΔQD′<ΔQD、ΔQE′<ΔQE、ΔQF′<ΔQF，A′k＝Ak±ΔQ′A、B′k＝Bk±ΔQ′B、Ck′＝Ck±ΔQ′C、D′k＝Dk±ΔQ′D、E′k＝Ek±ΔQ′E、Fk′＝Fk±ΔQ′F，k为迭代次数；把新一轮迭代值继续带入S1中的设计变量相互影响作用表中，形成修正后设计变量相互影响作用表。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、结合数学分析方法可以更加科学且快速地确定主均压环和辅均压环的半径和位置的取值范围，大幅度减少传统枚举法需要的计算时间，提升效率；2、多次迭代可以更加准确地收敛至最优值附近，突破一次计算无法达到工程所需的精确值的瓶颈，改善分压器周围的电场分布，提高分压器的准确度。附图说明图1为本专利技术确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法的流程图；图2为高压直流电阻标准分压器仿真模型。附图标记：分压器1；辅均压环2；主均压环3。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定主均压环和辅均压环的设计变量，对所述设计变量多次取值，确定包括误差对比列在内的设计变量相互影响作用表，确定阶梯数据计算方案；S2、建立高压直流电阻标准分压器仿真模型；S3、将S1中各设计变量的取值数据逐一代入到S2中建立的高压直流电阻标准分压器仿真模型中，得出高压直流电阻标准分压器的周围电场数据yi，汇总至阶梯数据计算方案中；S4、根据S3中的数据计算各设计变量的指标，具体包括：S41、计算第j列上第i个设计变量取值的计算结果总和Kij；计算第j列上各设计变量在i值下的叠加总和KijS42、计算总和Kij的平均值

【技术特征摘要】
1.一种确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定主均压环和辅均压环的设计变量，对所述设计变量多次取值，确定包括误差对比列在内的设计变量相互影响作用表，确定阶梯数据计算方案；S2、建立高压直流电阻标准分压器仿真模型；S3、将S1中各设计变量的取值数据逐一代入到S2中建立的高压直流电阻标准分压器仿真模型中，得出高压直流电阻标准分压器的周围电场数据yi，汇总至阶梯数据计算方案中；S4、根据S3中的数据计算各设计变量的指标，具体包括：S41、计算第j列上第i个设计变量取值的计算结果总和Kij；计算第j列上各设计变量在i值下的叠加总和KijS42、计算总和Kij的平均值其中t为第j列上设计变量号i出现的次数；S43、计算第j列极差Rj，S5、通过S4中极差的数值，计算各设计变量之间的效应，具体包括以下步骤：S51、计算各设计变量之间的联合效应[ab]ij；S52、计算各设计变量之间的交互效应(ab)ij；S53、判断各设计变量对周围电场数据yi的影响；S6、结合S4和S5的数据确定各设计变量的取值；以及S7、在S6得出的高压直流电阻标准分压器各均压环尺寸和位置的取值后，缩小各设计变量之间差值，迭代重复S1至S7，使分压器周围最大场强小于等于分压器的起晕场强。2.根据权利要求1所述的确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法，其特征在于，步骤S1中设计变量具体包括：辅均压环的内环半径A、辅均压环圆心到对称轴的距离B、辅均压环圆心到地面的距离C、主均压环的内环半径D、主均压环圆心到对称轴的距离E、主均压环圆心到地面的距离F，各设计变量的取值Ai、Bi、Ci、Di、Ei、Fi，各设计变量取r个值，i＝1～r，各设计变量每次取值的差值为ΔQA＝|A1-A2|、ΔQB＝|B1-B2|、ΔQC＝|C1-C2|、ΔQD＝|D1-D2|、ΔQE＝|E1-E2|、ΔQF＝|F1-F2|。3.根据权利要求1所述的确定高压直流电阻标准分压器均压环的优化设计方法，其特征在于，步骤S51和S52中计算的具体步骤为：计算两个设计变量之间的联合效应[ab]ij，[ab]ij＝μij-μ，其中μij为Ai与Bj的组合下的均值，总均值为μ，该数值可反应Ai与Bj的组合对计算结果的总效应；计算两个设计变量不同i...

【专利技术属性】
技术研发人员：李登云，雷民，周峰，陈琳依，秦亮，岳长喜，刘茂武，余佶成，熊魁，徐孟玥，朱凯，刘开培，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，武汉大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11