基于NSGA-II的高频融冰电源参数优化设计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于NSGA

【技术实现步骤摘要】
基于NSGA
‑
II的高频融冰电源参数优化设计方法


[0001]本专利技术属于输电线路融冰
，特别是涉及一种基于NSGA
‑
II的高频融冰电源参数优化设计方法。

技术介绍

[0002]在过去的几十年，输电线路因寒冷的天气，覆冰问题十分常见，严重时甚至可使得电网解列，导致电网的大面积瘫痪，是电力系统的一大隐患。
[0003]故此，许多研究员对覆冰线路的融冰技术展开研究。目前，交流工频短路融冰和直流短路融冰是应用较为广泛和成熟的融冰手段。交流工频短路融冰由于输电线路的电抗很大，会导致无功功率的浪费，一般仅适用于220kv电压等级以下线路。直流融冰电源造价昂贵，导致融冰成本变大，且两者均需要较长的停运时间。故探寻新型高效的在线融冰技术依旧是电力系统当前的重要课题之一。
[0004]高频融冰技术是McCurdyJD等人基于介质损耗和集肤效应在中高频激励下显著增强而提出的一种新型融冰技术。高频融冰由于集肤效应和介质损耗，故在较小的融冰电流时仍能产生较大的热量，且由于高频陷波器使得高频分量与工频分量的可区分性，具备实现在线融冰的可能性。其关键技术是制备高频融冰电源，近年来，随着电力电子器件的飞速发展，为高频融冰电源的研制提供了技术支撑，高频融冰技术也被越来越多的学者关注。但大部分学者未从在线融冰角度考虑高频分量与工频分量的叠加可能超过导线的约束条件，且临界融冰功率基于传统交直流融冰传热问题，冰层介质热与导线欧姆热分布的不同会通过影响冰层外表面温度，而影响临界融冰功率。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种基于NSGA
‑
II的高频融冰电源参数优化设计方法，以解决现有高频融冰技术中融冰电源参数难以确定的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是，一种基于NSGA
‑
II的高频融冰电源参数设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：建立覆冰线路高频激励下的等效均匀传输线模型；
[0008]步骤二：求解覆冰线路高频激励下的等效均匀传输线电路模型，得到高频融冰关键数据，包括：沿线电压、沿线电流、沿线热功率；
[0009]步骤三：构建高频在线融冰多目标优化模型；
[0010]步骤四：求解高频在线融冰多目标优化模型得到高频融冰电源参数。
[0011]进一步地，所述步骤一具体是指：对待覆冰线路，建立由一系列集总元件构成的，包含长度元dx集总电路的分布式参数电路，每一个长度元dx由串联电阻R0dx、串联电感L0dx、并联电容C
eq
dx和并联电阻G
eq
dx组成，其中，串联电阻R0dx和串联电感L0dx串联后串联接入覆冰线路中，并联电容C
eq
dx和并联电阻G
eq
dx并联后并联接入覆冰线路。
[0012]进一步地，所述步骤一建立的覆冰线路高频激励下的等效均匀传输线模型中各参
数具体计算公式为：
[0013][0014]式中，σ为导线电导率，μ0为真空磁导率，ε0为真空介电常数，ε
r
为冰层相对介电常数实部，tanδ为冰层介质损耗角正切值，μ
r
为导线相对磁导率，d为集肤效应深度，h
d
为导线中心离地高度，C
ice
为冰层的等效电容，G
ice
为冰层等效电导，C为冰层对地等效电容，d为趋肤效应深度，ω为角频率，r1为导线半径，r2为导线覆冰后的半径，R0，L0，C
eq
，G
eq
分别表示传输线对应电源频率下单位长度的电阻、电感、电容、电导，f为电源频率。
[0015]进一步地，所述步骤二中沿线电压沿线电流沿线热功率P
sum
表达式如下：
[0016][0017][0018]式中，代表融冰电源电压相量，x代表距电源端距离，l为覆冰线路长度，γ＝α+jβ为传播常数，α、β为γ的实部和虚部，Z
c
为线路的波阻抗，I
x
、V
x
分别为沿线电流电压的有效值，I为工频电流有效值，R
dc
为导线的直流电阻，P
ohm
、P
die
为在线融冰时的沿线欧姆热、沿线介质热，e为自然常数，R0为导线对应电源频率下单位长度的电阻，G
eq
表示导线对应电源频率下单位长度的电导。
[0019]进一步地，所述步骤三中高频在线融冰多目标优化模型的目标函数包括：最大化功率均匀度f1(f,U
s
)、最大化沿线最小热f2(f,U
s
)、最小化高频融冰电源频率f3(f,U
s
)、最小化高频融冰电源电压f4(f,U
s
)，具体公式为：
[0020][0021]f2(f,U
s
)＝min(P
sum
(x))
[0022]f3(f,U
s
)＝f
[0023]f4(f,U
s
)＝U
s
[0024]式中，min(P
sum
(x))表示沿线最小热；max(P
sum
(x))表示沿线最大热，f为电源频率，U
s
为电源电压值，P
sum
表示沿线热功率。
[0025]进一步地，所述步骤三中高频在线融冰多目标优化模型的约束条件包括：导线允许载流量约束、导线耐压值约束、电源端功率因素约束、临界融冰功率约束，其中，
[0026]临界融冰功率约束指：
[0027][0028]式中，t
e
为环境温度；λ1、λ2分别为导线、冰层的热传导系数；h为冰层外表面的对流换热系数；S1为冰层外表面辐射散热系数；E1为Stenfan
‑
Boltcoman常数，大小为：5.67
×
10
‑8W/(m2·
K4)；r1、r2分别为导线和覆冰后导线的半径；P
ohm
为在线融冰时的沿线欧姆热，P
die
为在线融冰时的沿线介质热；
[0029]导线允许载流量约束指需满足以下公式：
[0030][0031]其中h为对流散热系数，按如下公式计算：
[0032][0033]式中，I
x
为沿线电流的有效值，R
dc
为导线的直流电阻，R0为导线对应电源频率下单位长度的电阻，μ为空气密度，ρ
a
为空气粘滞系数，V为风速，I
max
为线路允许最大载流量，W
F
、W
R
、W
S
分别为导线外表面对流散热、辐射散热、光照吸热量，t
max
为导线允许的最高温度，A...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NSGA
‑
II的高频融冰电源参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立覆冰线路高频激励下的等效均匀传输线模型；步骤二：求解覆冰线路高频激励下的等效均匀传输线电路模型，得到高频融冰关键数据，包括：沿线电压、沿线电流、沿线热功率；步骤三：构建高频在线融冰多目标优化模型；步骤四：求解高频在线融冰多目标优化模型得到高频融冰电源参数。2.根据权利要求1所述的一种基于NSGA
‑
II的高频融冰电源参数设计方法，其特征在于，所述步骤一具体是指：对待覆冰线路，建立由一系列集总元件构成的，包含长度元dx集总电路的分布式参数电路，每一个长度元dx由串联电阻R0dx、串联电感L0dx、并联电容C
eq
dx和并联电阻G
eq
dx组成，其中，串联电阻R0dx和串联电感L0dx串联后串联接入覆冰线路中，并联电容C
eq
dx和并联电阻G
eq
dx并联后并联接入覆冰线路。3.根据权利要求2所述的一种基于NSGA
‑
II的高频融冰电源参数设计方法，其特征在于，所述步骤一建立的覆冰线路高频激励下的等效均匀传输线模型中各参数具体计算公式为：式中，σ为导线电导率，μ0为真空磁导率，ε0为真空介电常数，ε
r
为冰层相对介电常数实部，tanδ为冰层介质损耗角正切值，μ
r
为导线相对磁导率，d为集肤效应深度，h
d
为导线中心离地高度，C
ice
为冰层的等效电容，G
ice
为冰层等效电导，C为冰层对地等效电容，d为趋肤效应深度，ω为角频率，r1为导线半径，r2为导线覆冰后的半径，R0，L0，C
eq
，G
eq
分别表示传输线对应电源频率下单位长度的电阻、电感、电容、电导，f为电源频率。4.根据权利要求1所述的一种基于NSGA
‑
II的高频融冰电源参数设计方法，其特征在于，所述步骤二中沿线电压沿线电流沿线热功率P
sum
表达式如下：
式中，代表融冰电源电压相量，x代表距电源端距离，l为覆冰线路长度，γ＝α+jβ为传播常数，α、β为γ的实部和虚部，Z
c
为线路的波阻抗，I
x
、V
x
分别为沿线电流电压的有效值，I为工频电流有效值，R
dc
为导线的直流电阻，P
ohm
、P
die
为在线融冰时的沿线欧姆热、沿线介质热，e为自然常数，R0为导线对应电源频率下单位长度的电阻，G
eq
表示导线对应电源频率下单位长度的电导。5.根据权利要求1所述的一种基于NSGA
‑
II的高频融冰电源参数设计方法，其特征在于，所述步骤三中高频在线融冰多目标优化模型的目标函数包括：最大化功率均匀度f1(f,U
s
)、最大化沿线最小热f2(f,U
s
)、最小化高频融冰电源频率f3(f,U
s
)、最小化高频融冰电源电压f4(f,U
s
)，具体公式为：f2(f,U
s
)＝min(P
sum
(x))f3(f,U
s
)＝ff4(f,U...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤赐，杜涵，彭曙蓉，刘智，肖宁，肖辉，周羽生，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：