【技术实现步骤摘要】
线圈侵入式的高性能绝缘子分层优化设计方法和装置
[0001]本申请涉及绝缘子结构设计和无线传能
，尤其涉及一种线圈侵入式的高性能绝缘子分层优化设计方法和装置。
技术介绍
[0002]作为输电线路和电站电器设备的主要绝缘部件，绝缘子需要承受机械和电气负荷，其结构设计目标主要包括均压设计，防雷设计，防污/湿闪、耐紫外/酸碱性能，耐电痕化和蚀损、抗鸟啄、抗拉伸/撕裂、憎水性、耐极端温度等，需要统筹伞裙、芯棒、金属附件和均压环的设计。而在电压等级较低的情况下，伞裙材料选取和结构设计是主要环节。
[0003]典型WPT系统的工作原理为：直流电经过能量转换装置转换为高频交流电，发射线圈产生高频交流磁场，在谐振补偿网络作用下实现与接收端的磁耦合，接收线圈又经过谐振补偿网络将电能传递给整流器，从而将高频交流电变换成直流电，实现供给负载用电的目的。而具备多中继线圈的WPT系统设计可以显著提高系统传输效率和增加传输距离，在较远距离供电场合有较多应用，尤其是在高压输电线路杆塔侧在线监测设备的无线供电领域。
[0004]绝缘子...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种线圈侵入式的高性能绝缘子分层优化设计方法，其特征在于，所述高性能绝缘子分层优化设计方法包括：(1)以单片绝缘子的磁通密度、电蚀损深度、硬度作为优化目标，建立材料特性的底层优化模型，确定绝缘材料；(2)以绝缘子整体的击穿强度、击穿电压、拉伸强度作为优化目标，建立伞裙结构的中层优化模型，确定伞裙结构；(3)以绝缘子的输出功率和效率作为优化目标，建立线圈结构的顶层优化模型，确定线圈结构；(4)根据所述绝缘材料、所述伞裙结构和所述线圈结构形成线圈侵入式的高性能绝缘子，检验其机电特性和传能特性，如不满足设计性能要求，则重复执行步骤(1)至步骤(4)直至满足设计性能要求。2.根据权利要求1所述的高性能绝缘子分层优化设计方法，其特征在于，所述以单片绝缘子的磁通密度、电蚀损深度、硬度作为优化目标，建立材料特性的底层优化模型，确定绝缘材料包括：根据磁导率μ、电导率σ、介电常数ε、密度ρ建立绝缘材料的性能函数X1＝(μ,σ,ε,ρ,...)；利用有限元软件仿真绝缘子磁场、电场和应力场分布，以单片绝缘子的磁通密度B、电蚀损深度D
e
、硬度H
v
作为优化目标，建立材料特性的底层优化模型y＝f[B(X1),D
e
(X1),Η
v
(X1),...]；以B≥B
r
,D
e
≤D
er
,H
v
≥H
vr
,...作为优化指标结果，得到磁通密度B、硬度H
v
均大于预设目标阈值、电蚀损深度D
e
小于预设目标阈值的绝缘材料确定为选定的优化绝缘材料。3.根据权利要求1所述的高性能绝缘子分层优化设计方法，其特征在于，所述以绝缘子整体的击穿强度、击穿电压、拉伸强度作为优化目标，建立伞裙结构的中层优化模型，确定伞裙结构包括：根据伞裙外径H、厚度t、相邻伞裙间距d、大伞裙的个数A
i
和小伞裙的个数B
j
、大小伞裙排布方式a建立的伞裙结构的表征函数：X2＝(H,t,d,A
i
,B
j
,a,...),a∈N
a
；其中，伞裙外径H、厚度t、相邻伞裙间距d、大伞裙的个数A
i
和小伞裙B
j
的个数的变化范围为：H
min
≤H≤H
max
,t
min
≤t≤t
max
,d
min
≤d≤d
max
,A
imin
≤A
i
≤A
imax
,B
jmin
≤B
j
≤B
jmax
,...；N
a
为大小伞裙排布方式的集合，集合元素的个数采用计算，a为集合中任意一个元素；利用有限元软件仿真绝缘子电场和应力场分布，以绝缘子击穿强度E
b
、击穿电压V
b
、拉伸强度R
m
作为优化目标，建立伞裙结构的中层优化模型u＝g[E
b
(X2),V
b
(X2),R
m
(X2),...]；以E
b
≥E
br
,V
b
≥V
br
,R
m
≥R
mr
,...作为优化指标结果，得到击穿强度E
b
、击穿电压V
b
、拉伸强度R
m
均大于预设目标阈值的伞裙结构确定为选定的优化伞裙结构。4.根据权利要求1所述的高性能绝缘子分层优化设计方法，其特征在于，所述以绝缘子的输出功率和效率作为优化目标，建立线圈结构的顶层优化模型，确定线圈结构包括：
绝缘子大伞裙中放置大线圈，小伞裙中放置小线圈。结构参数中线圈内径X
in
大于芯棒直径C
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