一种直流高压发生器均压环的优化设计方法技术

本发明专利技术提出了一种直流高压发生器均压环的优化设计方法。本发明专利技术建立直流高压发生器的仿真模型；列出主均压环和辅均压环的参数变量；依据变量因素的个数及水平数来选择合适的正交表；按照正交表构建试验方案矩阵；根据试验方案矩阵计算每个因素相应的统计量；找到每个因素的最佳水平，从而得到一组最佳参数组合；根据各个因素的偏差平方和与均方和进行显著性检验，得到每个因素的显著性水平。本发明专利技术大幅度减小了试验次数，计算时间，提升效率。

An optimal design method of DC high voltage generator grading ring

【技术实现步骤摘要】
一种直流高压发生器均压环的优化设计方法
本专利技术涉及直流输电
，具体地涉及一种直流高压发生器均压环的优化设计方法。
技术介绍
直流输电系统的一次设备受环境温湿度等因素的影响，设备内局部可能存在隐藏的绝缘缺陷，若直接投入运行可能会发生事故，对电网的稳定运行造成影响。因此，新设备投运前都需要进行直流高压试验，以检测设备性能是否满足技术指标要求。1100kV直流高压发生器作为直流高压试验的重要一次设备，主要用于直流输电系统部分电力设备的绝缘试验以及性能测试试验等用途。直流高压发生器的输出参数和本身的电晕对试验结果的可靠性有着密切关系，而设备的电晕主要取决于发生器表面的场强分布。如果不在发生器周围采取均压措施，那么随着电压等级的提高，会使发生器的电晕电流和泄露电流增大。当前一般采用在发生器周围安装多个均压环，降低其表面的最大场强，同时还可以使得表面的电压分布更均匀，减小起始的电晕场强。而均压环的尺寸参数(主半径、内环半径)和安装位置对发生器表面电场强度有着重要影响。因此，对发生器表面的均压环进行优化设计可以有效降低发生器表面电场强度。目前有限元法已广泛应用在电磁场数值计算领域，许多研究者以限制发生器表面最大场强为目标，利用有限元分析方法模拟了发生器周围空间的电场分布，通过在场强较大处加装均压环来降低最大场强。
技术实现思路
为了降低发生器表面的最大场强，传统方法选择均压环的尺寸和安装位置大部分采用试凑法与实验验证，本专利技术提供一种基于正交试验设计的直流高压发生器均压环的优化设计方法，该方法引入了多目标优化的正交试验法对均压环的尺寸参数和安装位置进行了优化设计，研究分析了均压环的主半径、内环半径以及对地高度对周围电场分布的影响。这种方法可以有效减少试验次数，还可以得到比试验结果本身更多的有关各因素的信息，找到最优的参数组合，并得到每个因素对试验结果的影响程度。具体的，本专利技术提供一种直流高压发生器均压环的优化设计方法，其包括以下步骤：步骤1，建立直流高压发生器的仿真模型；步骤2，列出主均压环和辅均压环的参数变量；步骤3，依据变量因素的个数及水平数来选择合适的正交表；步骤4，按照正交表构建试验方案矩阵；步骤5，根据试验方案矩阵计算每个因素相应的统计量；步骤6，找到每个因素的最佳水平，从而得到一组最佳参数组合；步骤7，根据各个因素的偏差平方和与均方和进行显著性检验，得到每个因素的显著性水平；作为优选，步骤1中所述直流高压发生器的仿真模型需满足的边界条件为：式中：r表示求解区域的半径，表示电位，求解区域内的电位函数满足Laplace方程；表示发生器高压端电位为1100kV；大地电位为0；表示不同介质的分界面左右两侧的电位，其满足电位连续性方程；作为优选，步骤2中所述列出主均压环和辅均压环的参数变量：设主均压环和辅均压环的参数一共有m个变量，每个变量有r种取值，构造一个r×m的矩阵A来描述参数变量，数al,j位于矩阵A的第l行第j列，其表示第j个变量的第l个水平的取值，1≤l≤r，1≤j≤m；作为优选，步骤3中所述选择合适的正交表为：Ln(rm)表示正交表，L表示正交表符号，n表示试验次数即正交表的行数，r表示正交试验中因素的水平数，m表示试验允许的最大因素个数即正交表的列数；作为优选，步骤4中所述试验方案矩阵为：Δ(i,j)其中，1≤i≤n，1≤j≤m，Δ(i,j)表示试验方案表第i行第j列元素的值；依据试验方案矩阵Δ(i,j)对步骤1的仿真模型中的均压环设置参数，进行直流高压发生器的仿真模型试验，得到试验结果记为yi，yi表示第i行的试验结果；作为优选，步骤5中所述根据试验方案矩阵计算每个因素相应的统计量具体包括：步骤5.1、计算第j列上第l个水平的试验结果总和Kl,j，1≤l≤r，1≤j≤m，l、j都为正整数；由于每一列上同一水平出现的次数都是t次，假设它们对应的试验结果分别为y1、y2···yt，则Kl,j＝y1+y2+···+yt；步骤5.2、计算试验结果总和Kl,j的平均值其中t为第j列上水平号l出现的次数；步骤5.3、计算偏差平方和Sj，均方和作为优选，步骤6中所述找到每个因素的最佳水平，从而得到一组最佳参数组合，具体为：比较第j列中不同水平的的大小，定义那么其所在列的水平l即为第j列因素的最佳水平，记为ljmin；以此类推，找到每一列因素的最佳水平，即得到了最佳的参数组合；作为优选，步骤7中所述根据各个因素的偏差平方和与均方和进行显著性检验，得到每个因素的显著性水平具体为：总偏差平方和：其中，yi表示第i行的试验结果，表示所有试验结果数据总和，n表示试验次数；计算偏差平方和Sj：其中，t表示第j列上水平号l出现的次数，表示试验结果总和Klj的平均值，r表示因素水平个数，表示所有试验结果数据总和，n表示试验次数；计算均方和其中Sj表示偏差平方和，fj表示Sj的自由度；计算ST、Sj、Se的自由度fT、fj和fe：fT＝n-1fj＝r-1fe＝fT-各因素的自由度之和其中，n表示试验次数，r表示因素水平个数；优选地，检验第j列因素对试验指标是否有显著性影响，计算统计量：其中，Sj表示偏差平方和，Se表示误差平方和，fj表示Sj自由度，fe表示Se的自由度，表示偏差均方和，表示误差均方和，F(fj,fe)表示服从自由度为fj，fe的F分布。若Fj≥F1-α(fj,fe)，则认为第j列因素对试验结果有显著性影响，反之认为没有显著影响。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：结合数理统计方法可以大幅度减小试验次数，计算时间，提升效率。基于正交试验设计方法，可以确定每个因素对电场分布的影响程度，得到其显著性水平。附图说明图1：为本专利技术的流程图；图2：为直流高压发生器的仿真模型。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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种直流高压发生器均压环的优化设计方法，具体包括以下步骤：步骤1，建立直流高压发生器的仿真模型，仿真模型见附图2；步骤1中所述直流高压发生器的仿真模型需满足的边界条件为：式中：r表示求解区域的半径，表示电位，求解区域内的电位函数满足Laplace方程；表示发生器高压端电位为1100kV；大地电位为0；表示不同介质的分界面左右两侧的电位，其满足电位连续性方程；步骤2，列出主均压环和辅均压环的参数变量；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流高压发生器均压环的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，建立直流高压发生器的仿真模型；/n步骤2，列出主均压环和辅均压环的参数变量；/n步骤3，依据变量因素的个数及水平数来选择合适的正交表；/n步骤4，按照正交表构建试验方案矩阵；/n步骤5，根据试验方案矩阵计算每个因素相应的统计量；/n步骤6，找到每个因素的最佳水平，从而得到一组最佳参数组合；/n步骤7，根据各个因素的偏差平方和与均方和进行显著性检验，得到每个因素的显著性水平。/n

【技术特征摘要】
1.一种直流高压发生器均压环的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立直流高压发生器的仿真模型；
步骤2，列出主均压环和辅均压环的参数变量；
步骤3，依据变量因素的个数及水平数来选择合适的正交表；
步骤4，按照正交表构建试验方案矩阵；
步骤5，根据试验方案矩阵计算每个因素相应的统计量；
步骤6，找到每个因素的最佳水平，从而得到一组最佳参数组合；
步骤7，根据各个因素的偏差平方和与均方和进行显著性检验，得到每个因素的显著性水平。


2.根据权利要求1所述的直流高压发生器均压环的优化设计方法，其特征在于：步骤1中所述直流高压发生器的仿真模型需满足的边界条件为：



式中：r表示求解区域的半径，表示电位，求解区域内的电位函数满足Laplace方程；表示发生器高压端电位为1100kV；大地电位为0；表示不同介质的分界面左右两侧的电位，其满足电位连续性方程。


3.根据权利要求1所述的直流高压发生器均压环的优化设计方法，其特征在于：步骤2中所述列出主均压环和辅均压环的参数变量：
设主均压环和辅均压环的参数一共有m个变量，每个变量有r种取值，构造一个r×m的矩阵A来描述参数变量，数al,j位于矩阵A的第l行第j列，其表示第j个变量的第l个水平的取值，1≤l≤r，1≤j≤m。


4.根据权利要求1所述的直流高压发生器均压环的优化设计方法，其特征在于：步骤3中所述选择合适的正交表为：Ln(rm)表示正交表，L表示正交表符号，n表示试验次数即正交表的行数，r表示正交试验中因素的水平数，m表示试验允许的最大因素个数即正交表的列数。


5.根据权利要求1所述的直流高压发生器均压环的优化设计方法，其特征在于：步骤4中所述试验方案矩阵为：
Δ(i,j)
其中，1≤i≤n，1≤j≤m，Δ(i,j)表示试验方案表第i行第j列元素的值；
依据试验方案矩阵Δ(i,j)对步骤1的仿真模型中的均压环设置参数，进行直流高压发生器的仿真模型试验，得到试验结果记为yi，yi表示第i行的试验结果。


6.根据权利要求1所述的直流高压发生器均压环的优化设计方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李登云，朱凯，岳长喜，李智成，余佶成，李鹤，熊魁，刘洋，邱进，周加斌，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11