基于R-L型分数阶导数的动态解析逆Preisach模型动态磁滞回线的计算方法技术

基于R

【技术实现步骤摘要】
基于R
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L型分数阶导数的动态解析逆Preisach模型动态磁滞回线的计算方法


[0001]本专利技术涉及磁滞回线计算领域，特别是涉及一种基于R
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L型分数阶导数的动态解析逆 Preisach模型动态磁滞回线的计算方法。

技术介绍

[0002]在电力变压器运行过程中，需要准确的变压器电磁暂态模型，以保障电力变压器的安全、可靠运行。而在变压器低频电磁暂态时，变压器的饱和特性、铁芯损耗以及涡流损耗具有显著的影响，需要先构建准确的变压器铁芯模型，因此针对铁芯的非线性磁滞特性及动态损耗特性建立准确的动态磁滞模型，对变压器电磁暂态模型的建立具有重要意义。
[0003]对于铁芯的非线性磁滞特性，目前已建立了多种经典模型，如文献[1]:董张卓,伍弘, 尚腾,王清亮.铁磁元件J
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A磁滞模型参数辨识[J].电气应用,2017,36(09):22
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28.采用参数辨识方法对静态J
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A模型进行参数辨识；文献[2]:刘任,李琳.基于模拟退火与 Levenberg
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Marquardt混合算法的Energetic磁滞模型参数提取[J].中国电机工程学报,2019,39(03):875
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884+966.DOI:10.13334/j.0258
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8013.pcsee.180372.采用拟退火与Levenberg
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Marquardt混合算法对静态Energetic模型进行参数辨识；文献[3]:赵志刚,李晓雪,姬俊安,魏乐,温涛.基于Preisach磁滞模型的电工钢片磁特性模拟[J].高电压技术,2019,45(12):4038
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4046.DOI:10.13336/j.1003
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6520.hve.20191125032.采用了静态Preisach模型。
[0004]上述经典模型，均是以磁场强度H为输入，磁通密度B为输出的正模型，此类正模型虽能准确模拟静态磁滞特性，然而在动态模型的建立以及实际应用中通常难以运用。同时在铁磁材料的实际应用中，因其工作频率通常并非为零，仅用考虑非线性磁滞特性的静态模型，已不能准确描述变压器铁芯的动态特性，需要引入动态涡流分量与剩余损耗分量，构建变压器铁芯准确的动态模型。如文献[4]:Bertotti G..Dynamic generalization ofthe scalar Preisach model of hysteresis[J].IEEE Transactions on Magnetics,1992, 28(5):2599
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2601.研究了损耗统计理论，引入动态涡流损耗以及额外损耗，构建动态磁滞模型。
[0005]传统的损耗统计理论以及场分离技术在保证计算精度的基础上，减小了损耗求解的复杂程度，但在涡流分量计算方面仍不能准确体现涡流分量与频率的相关特性。如文献[5]: Kowal Damian et al.Comparison of Iron Loss Models for Electrical Machines WithDifferent Frequency Domain and Time Domain Methods for Excess Loss Prediction[J]. IEEE Transactions on Magnetics,2015,51(1):1
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10.提出了损耗统计理论在频率相关特性方面的不足。文献[6]:Ducharne Benjamin et al.Fractional model of magneticfield penetration into a toroidal soft ferromagnetic sample[J].Interna
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tionalJournal of Dynamics and Control,2018,6(1):89
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96.提出了R
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L分数阶导数理论，并用于改进动态涡流损耗分量。
[0006]综上所述，尽管国内外针对变压器的动态铁芯模型的研究工作较多，但是大多数研究都不够全面，且存在模拟精度不准确，误差较大等问题。目前针对铁磁材料的动态特性的模拟方法的研究工作较多，且在不同方面均有进展，但在动态模型的构建，以及动态特性的参数确认方面仍有不足。

技术实现思路

[0007]在传统静态Preisach模型的基础上，本专利技术提供一种基于R
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L型分数阶导数的动态解析逆Preisach模型动态磁滞回线的计算方法，该方法首先改进解析静态正Preisach模型，提出考虑可逆分量的基于洛伦兹函数的解析逆Preisach模型；基于损耗统计理论与场分离技术引入动态涡流分量与额外损耗分量，并运用R
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L分数阶导数改进涡流分量表达式，构建动态解析逆Preisach模型；引入量子遗传算法，对分数阶导数参数进行全局寻优处理。最终对比实验数据，该方法能够对铁磁材料动态磁滞特性进行有效和准确的模拟。
[0008]本专利技术采取的技术方案为：
[0009]基于R
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L型分数阶导数的动态解析逆Preisach模型动态磁滞回线的计算方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1：建立考虑可逆分量的解析静态正Preisach模型；
[0011]步骤2：建立虑可逆分量的静态解析逆Preisach模型；
[0012]步骤3：基于损耗统计理论与场分离技术，引入动态涡流损耗分量与额外损耗分量，构建动态解析逆Preisach模型；
[0013]步骤4：运用R
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L分数阶导数，改进动态涡流损耗分量；
[0014]步骤5：对动态解析逆Preisach模型中基于R
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L分数阶导数改进的动态涡流损耗分量进行参数辨识。
[0015]所述步骤1中，考虑可逆分量的解析静态正Preisach模型包括不可逆分量、可逆分量，其中，不可逆分量表达式为：
[0016]不可逆分量上升支：
[0017][0018]式中:H为磁场强度；M(H)为磁化强度、i表示此公式为磁滞回线不可逆分量上升支表达式、A、σ、H
d
三个参数为洛伦兹函数的三个基本参数、H
s
为饱和磁场强度、M
s
为饱和磁化强度。
[0019]不可逆分量下降支：
[0020][0021]式中：d表示此公式为磁滞回线不可逆分量下降支表达式。
[0022]其中，loren(x,a)函数定义为：
[0023][0024]式中：x、a没有物理含义，是自定义loren函数的参数指代。例如在不可逆分量上升支表达式中，x表示a表示2σ。
[0025]可逆分量表达式为
[0026][0027]式中：B
d
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于R
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L型分数阶导数的动态解析逆Preisach模型动态磁滞回线的计算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：建立考虑可逆分量的解析静态正Preisach模型；步骤2：建立虑可逆分量的静态解析逆Preisach模型；步骤3：基于损耗统计理论与场分离技术，引入动态涡流损耗分量与额外损耗分量，构建动态解析逆Preisach模型；步骤4：运用R
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L分数阶导数，改进动态涡流损耗分量；步骤5：对动态解析逆Preisach模型中基于R
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L分数阶导数改进的动态涡流损耗分量进行参数辨识。2.根据权利要求1所述基于R
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L型分数阶导数的动态解析逆Preisach模型动态磁滞回线的计算方法，其特征在于：所述步骤1中，考虑可逆分量的解析静态正Preisach模型包括不可逆分量、可逆分量，其中，不可逆分量表达式为：不可逆分量上升支：式中:H为磁场强度；M(H)为磁化强度、i表示此公式为磁滞回线不可逆分量上升支表达式、A、σ、H
d
三个参数为洛伦兹函数的三个基本参数、H
s
为饱和磁场强度、M
s
为饱和磁化强度；不可逆分量下降支：式中：d表示此公式为磁滞回线不可逆分量下降支表达式；其中，loren(x,a)函数定义为：可逆分量表达式为：3.根据权利要求1所述基于R
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L型分数阶导数的动态解析逆Preisach模型动态磁滞回线的计算方法，其特征在于：所述步骤2中，静态解析逆Preisach模型具体表达式为：静态解析逆Preisach模型上升支公式：
式中：H(t)为每一时刻的磁场强度；H(t+Δt)为下一时刻的磁场强度；B(t)为每一时刻的磁通密度；B(t+Δt)为下一时刻的磁通密度；t为每一时刻值；Δt为时刻变化量；静态解析逆Preisach模型下降支公式：4.根据权利要求1所述基于R
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L型分数阶导数的动态解析逆Preisach模型动态磁滞回线的计算方法，其特征在于：所述步骤3中，根据损耗分离理论，将铁磁材料的总损耗W分解为磁滞损耗W
h
、涡流损耗W
cl
与剩余损耗W
ex
：W
t
＝W
h
+W
cl
+W
ex
；而基于场分离技术，总损耗W能够进一步表示为：式中：H
h
(B)为磁滞损耗对应的磁滞磁场强度；H
cl
(B)为涡流损耗对应的涡流磁场强度；H
ex
为剩余损耗对应的剩余磁场强度；T为周期；涡流磁场强度计算公式为：式中：d为铁磁材料厚度、σ为电导率、为磁通密度对时间的积分；剩余磁场强度计算公式为：式中：G为无量纲数，G＝0.1356、S为铁磁材料横截面积、V0为统计系数、λ为符号函数，当dB/dt&gt...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彬，王斐然，万妮娜，唐波，袁发庭，黄力，刘任，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：