一种复合干式穿墙套管的结构优化方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种复合干式穿墙套管结构的优化方法及系统，属于结构优化技术领域，所述方法，首先确定复合干式穿墙套管的结构的各参数的约束条件，及以所述结构的重量最小化和预设位置的场强最小化为目标，构建多目标函数；然后，基于所述约束条件，以所述多目标函数最优化为目标，采用优化算法对所述结构的各参数进行优化。本发明专利技术为得到能够考虑重量最小、关键部位电场最优的穿墙套管结构，将结构参数设计问题转化为多目标、多约束的优化问题进行求解，并利用优化算法进行求解，能够提升计算速度并更加接近整体最优解。度并更加接近整体最优解。度并更加接近整体最优解。

A structural optimization method and system of composite dry wall bushing

【技术实现步骤摘要】
一种复合干式穿墙套管的结构优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及结构优化
，特别是涉及一种复合干式穿墙套管的结构优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着电力工业的发展，复合干式穿墙套管作为新一代高压输变电产品，被用来逐渐代替瓷质穿墙套管，主要应用于高压导体、真空断路器进出线等的电气绝缘和支撑。对于复合干式穿墙套管中的结构优化设计主要集中于利用仿真手段。但是利用仿真手段只能对局部关键部位进行优化，不能综合考虑多个因素对多个互斥目标的影响。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种复合干式穿墙套管的结构优化方法及系统，以实现综合考虑多个因素对多个互斥目标的影响，提高整体参数优化的效果。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种复合干式穿墙套管的结构优化方法，所述方法包括如下步骤：
[0006]确定复合干式穿墙套管的结构的各参数的约束条件；所述参数包括：铜导杆半径R
Cu
、铜导杆长度L
Cu
、环氧玻纤棒厚度d
EP
、环氧玻纤棒长度L
EP
、伞裙组数n；
[0007]以所述结构的重量最小化和预设位置的场强最小化为目标，构建多目标函数；
[0008]基于所述约束条件，以所述多目标函数最优化为目标，采用优化算法对所述结构的各参数进行优化，获得参数优化结果。
[0009]可选的，所述约束条件为：
[0010][0011]其中，R
Cu,min
和R
Cu,max
分别为铜导杆半径R
Cu
的最小值和最大值，L
Cu,min
和L
Cu,max
分别为铜导杆长度L
Cu
的最小值和最大值，d
EP,min
和d
EP,max
分别为环氧玻纤棒厚度d
EP
的最小值和最大值，L
EP,min
和L
EP,max
分别为环氧玻纤棒长度L
EP
的最小值和最大值，n
min
和n
max
分别伞裙组数n的最小值和最大值。
[0012]可选的，所述多目标函数为：
[0013][0014]其中，f1为以结构的重量最小化为目标的第一目标函数，f2为以预设位置的场强最小化为目标的第二目标函数，W为穿墙套管的重量，E
Cu
为预设位置的场强；
[0015]W的计算公式为：
[0016][0017]式中，p
Cu
、p
EP
、m
SR
、W
Al
分别铜导杆密度、环氧玻纤棒密度、伞裙组质量和法兰质量；
[0018]E
Cu
的求解方程为：
[0019]方程中，ε为预设位置的介电常数；为预设位置的电势；ρ为预设位置的空间电荷密度；σ为预设位置的界面电荷密度；J为预设位置的电流密度矢量，J
n
和J
s
为别表示预设位置的法向电流密度和切向电流密度；S
e
是电荷产生率，t表示时间变量。
[0020]可选的，所述基于所述约束条件，以所述多目标函数最优化为目标，采用优化算法对所述结构的各参数进行优化，获得参数优化结果，具体包括：
[0021]生成满足所述约束条件的初始的父代种群；
[0022]对所述父代种群进行选择、交叉和变异生成满足所述约束条件的子代种群；
[0023]将所述子代种群和所述父代种群合并，得到合并种群；
[0024]根据所述多目标函数对合并种群中的个体进行快速非支配排序，确定合并种群中每个个体的非支配等级；
[0025]根据所述多目标函数计算所述合并种群中每个个体的拥挤度；
[0026]根据所述非支配等级和所述拥挤度，从所述合并种群中选取较优的个体，组成下一次迭代的父代种群，返回步骤“对所述父代种群进行选择、交叉和变异生成子代种群”，进行下一次迭代，直到预设迭代次数，输出合并种群中非支配等级最低的个体，作为参数优化结果。
[0027]可选的，所述根据所述多目标函数对合并种群中的个体进行快速非支配排序，确定合并种群中每个个体的非支配等级，具体包括：
[0028]根据所述多目标函数确定所述合并种群中每个个体的第一参数和第二参数；其中，第i个个体的第一参数为合并种群中支配第i个个体的其他个体的数量，第i个个体的第二参数为合并种群中被第i个体支配的其他个体的集合；当第i个个体的所有目标函数值均比第j个个体对应的目标值优时，则第i个体与第j个个体之间的支配关系为：第i个个体支配第j个个体，否则第i个个体不能支配第j个个体；
[0029]初始化m的数值为1；
[0030]把合并种群中所有第一参数等于0的个体存入集合F
m
中，并将集合F
m
中的每个个体的非支配等级设置为m；
[0031]将集合F
m
中每个个体的第二参数的并集中的每个个体的第一参数减1；
[0032]令m的数值增加1，将所述并集中第一参数等于0的个体存入集合F
m
中，并将集合F
m
中的每个个体的非支配等级设置为m，返回步骤“将集合F
m
中每个个体的第二参数的并集中的每个个体的第一参数减1”，直到并集为空。
[0033]一种复合干式穿墙套管的结构优化系统，所述系统包括：
[0034]约束条件确定模块，用于确定复合干式穿墙套管的结构的各参数的约束条件；所述参数包括：铜导杆半径R
Cu
、铜导杆长度L
Cu
、环氧玻纤棒厚度d
EP
、环氧玻纤棒长度L
EP
、伞裙组数n；
[0035]多目标函数构建模块，用于以所述结构的重量最小化和预设位置的场强最小化为目标，构建多目标函数；
[0036]参数优化模块，用于基于所述约束条件，以所述多目标函数最优化为目标，采用优化算法对所述结构的各参数进行优化，获得参数优化结果。
[0037]可选的，所述约束条件为：
[0038][0039]其中，R
Cu,min
和R
Cu,max
分别为铜导杆半径R
Cu
的最小值和最大值，L
Cu,min
和L
Cu,max
分别为铜导杆长度L
Cu
的最小值和最大值，d
EP,min
和d
EP,max
分别为环氧玻纤棒厚度d
EP
的最小值和最大值，L
EP,min
和L
EP,max
分别为环氧玻纤棒长度L
EP
的最小值和最大值，n
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合干式穿墙套管的结构优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：确定复合干式穿墙套管的结构的各参数的约束条件；所述参数包括：铜导杆半径R
Cu
、铜导杆长度L
Cu
、环氧玻纤棒厚度d
EP
、环氧玻纤棒长度L
EP
、伞裙组数n；以所述结构的重量最小化和预设位置的场强最小化为目标，构建多目标函数；基于所述约束条件，以所述多目标函数最优化为目标，采用优化算法对所述结构的各参数进行优化，获得参数优化结果。2.根据权利要求1所述的复合干式穿墙套管的结构优化方法，其特征在于，所述约束条件为：其中，R
Cu,min
和R
Cu,max
分别为铜导杆半径R
Cu
的最小值和最大值，L
Cu,min
和L
Cu,max
分别为铜导杆长度L
Cu
的最小值和最大值，d
EP,min
和d
EP,max
分别为环氧玻纤棒厚度d
EP
的最小值和最大值，L
EP,min
和L
EP,max
分别为环氧玻纤棒长度L
EP
的最小值和最大值，n
min
和n
max
分别伞裙组数n的最小值和最大值。3.根据权利要求1所述的复合干式穿墙套管的结构优化方法，其特征在于，所述多目标函数为：其中，f1为以结构的重量最小化为目标的第一目标函数，f2为以预设位置的场强最小化为目标的第二目标函数，W为结构的重量，E
Cu
为预设位置的场强；W的计算公式为：式中，p
Cu
、p
EP
、m
SR
、W
Al
分别铜导杆密度、环氧玻纤棒密度、伞裙组质量和法兰质量；E
Cu
的求解方程为：方程中，ε为预设位置的介电常数；为预设位置的电势；ρ为预设位置的空间电荷密度；σ为预设位置的界面电荷密度；J为预设位置的电流密度矢量，J
n
和J
s
为别表示预设位置的法向电流密度和切向电流密度；S
e
是电荷产生率，t表示时间变量。4.根据权利要求1所述的复合干式穿墙套管的结构优化方法，其特征在于，所述基于所
述约束条件，以所述多目标函数最优化为目标，采用优化算法对所述结构的各参数进行优化，获得参数优化结果，具体包括：生成满足所述约束条件的初始的父代种群；对所述父代种群进行选择、交叉和变异生成满足所述约束条件的子代种群；将所述子代种群和所述父代种群合并，得到合并种群；根据所述多目标函数对合并种群中的个体进行快速非支配排序，确定合并种群中每个个体的非支配等级；根据所述多目标函数计算所述合并种群中每个个体的拥挤度；根据所述非支配等级和所述拥挤度，从所述合并种群中选取较优的个体，组成下一次迭代的父代种群，返回步骤“对所述父代种群进行选择、交叉和变异生成子代种群”，进行下一次迭代，直到预设迭代次数，输出合并种群中非支配等级最低的个体，作为参数优化结果。5.根据权利要求4所述的复合干式穿墙套管的结构优化方法，其特征在于，所述根据所述多目标函数对合并种群中的个体进行快速非支配排序，确定合并种群中每个个体的非支配等级，具体包括：根据所述多目标函数确定所述合并种群中每个个体的第一参数和第二参数；其中，第i个个体的第一参数为合并种群中支配第i个个体的其他个体的数量，第i个个体的第二参数为合并种群中被第i个体支配的其他个体的集合；当第i个个体的所有目标函数值均比第j个个体对应的目标值优时，则第i个体与第j个个体之间的支配关系为：第i个个体支配第j个个体，否则第i个个体不能支配第j个个体；初始化m的数值为1；把合并种群中所有第一参数等于0的个体存入集合F
m
中，并将集合F
m
中的每个个体的非支配等级设置为m；将集合F
m
中每个个体的第二参数的并集中的每个个体的第一参数减1；令m的数值增加1，将所述并集中第一参数等于0的个体存入集合F
m
中，并将集合F
m
中的每个个体的非支配等级设置为m，返回步骤“将集合F
m
中每个个体的第二参数的并集中的每个个体的第一参数减1”，直到并集为空。6.一种复合干式穿墙套管的结构优化系统，其特征在于，所述系统包括：约束条件确定模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏君怡，卞星明，熊沛琪，马字宇，孙栩，赵瑞斌，李春华，奚嘉雯，郭小江，申旭辉，卢铁兵，沈博洋，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：