一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法及系统技术方案

本发明专利技术提供的一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法及系统，包括以下步骤：步骤1，建立待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型；步骤2，确定动态非线性模型所需参数，并利用遗传算法对该所需参数进行优化，得到优化后的待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型所需参数；本发明专利技术提高了待测金属氧化物避雷器在μs～ns范围的动态非线性特性模型的计算准确性。计算准确性。计算准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法及系统


[0001]本专利技术属于电力系统暂态防护
，具体涉及一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法及系统。

技术介绍

[0002]电力系统在运行过程中，难免遭受各种不同类型的扰动，如操作冲击、雷电冲击等前沿时间为μs级的电磁瞬态干扰，如全封闭气体绝缘变电站(Gas Insulated Switchgear,GIS)内部隔离开关、接地开关投切操作形成的特快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage,VFTO),高空核爆产生的电磁脉冲(High
‑
altitude Electromagnetic Pulse,HEMP)等前沿时间为ns级的电磁瞬态干扰。
[0003]由于金属氧化物避雷器具有高度的非线性和较大的能量耐受能力，是电力系统中不可或缺的过电压保护装置；但是操作、雷电、VFTO和HEMP冲击波形差异较大，使得金属氧化物避雷器的非线性特性也会呈现出较大差异，而非线性特性与金属氧化物避雷器对系统的保护作用直接相关，因此研究金属氧化物避雷器在μs～ns范围内的动态非线性特性模型对电力系统暂态防护具有重要意义。
[0004]然而，现有的研究中金属氧化物避雷器动态非线性模型的参数较多，使用静态伏安特性预估参数法会使得动态非线性模型的计算误差变大，因此需要通过算法来优化模型中的多参数，最终生成金属氧化物避雷器在μs～ns范围的动态非线性特性模型，提高计算准确性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法及系统，解决了现有的金属氧化物避雷器动态非线性模型参数预估法存在误差大的缺陷。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术提供的一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，建立待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型；
[0009]步骤2，确定动态非线性模型所需参数，并利用遗传算法对该所需参数进行优化，得到优化后的待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型所需参数。
[0010]优选地，步骤1中，所述的待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型包括频变电容、频变电感、一个电阻以及一个非线性电阻，其中,所述频变电容、电阻和非线性电阻并联连接，所述频变电感和非线性电阻串联连接。
[0011]优选地，所述非线性电阻满足以下数学方程：
[0012][0013]其中，u(t)表示待测金属氧化物避雷器两端电压；i(t)表示注入待测金属氧化物避雷器的脉冲激励；A(t)为随着脉冲种类变化而变化的计算系数；α(t)为待测金属氧化物避雷器的动态非线性系数；α0为待测金属氧化物避雷器在直流下的静态非线性系数；s表示注入待测金属氧化物避雷器的脉冲陡度；V是待测金属氧化物避雷器中电阻片的体积；k1～k4为方程的修正常数，其均为正值；τ为脉冲注入待测金属氧化物避雷器期间的第τ时刻。
[0014]优选地，步骤2中，利用遗传算法对该所需参数进行优化，具体方法是：
[0015]S21，确定步骤1中建立得到的待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型所需参数；
[0016]S22，预估该所需参数的初始值，并获取同一型号下多个待测金属氧化物避雷器对应的所需参数初始值，得到多组所需参数初始值；
[0017]S23，从多组所需参数初始值中任选一组所需参数初始值作为初始参数种群；
[0018]S24，判断该初始参数种群是否满足要求，其中，若满足要求，则进入S25；否则，从多组所需参数初始值中剩余的所需参数初始值中任选一组所需参数初始值作为初始参数种群，进入S24；
[0019]S25，将该初始参数种群对应的所需参数初始值代入步骤1中得到的动态非线性电路模型，生成得到待测金属氧化物避雷器模型；将生成得到的待测金属氧化物避雷器模型进行仿真，得到待测金属氧化物避雷器对应的仿真结果；
[0020]S26，对待测金属氧化物避雷器进行电磁效应实验，得到实验结果，判断S25中得到的仿真结果与实验结果之间的误差值是否满足要求，其中，若满足要求，则完成待测金属氧化物避雷器动态非线性模型所需参数优化；否则，进入S27；
[0021]S27，选择多组满足S24中要求的初始参数种群，并将该多组初始参数种群中的参数进行交叉组合或其中一组初始参数种群中任一参数进行变异，生成计算参数种群；
[0022]S28，判断计算参数种群是否满足条件，其中，若满足条件，则进入S25；否则进入S27。
[0023]优选地，S22中，预估所需参数的初始值具体：
[0024]根据该待测金属氧化物避雷器对应的静态非线性伏安特性预估得到该所需参数的初始值。
[0025]优选地，S24中，该初始参数种群满足的要求是：
[0026]‑3(α0+1s)+4>0
[0027]其中，α0为待测金属氧化物避雷器在直流下的静态非线性系数；k1、k3和k4均为方程的修正常数；s为注入待测金属氧化物避雷器的脉冲陡度。
[0028]优选地，S26中，仿真结果与实验结果之间的误差值满足的要求是：E<0.05，其中，E为误差值。
[0029]优选地，S28中，计算参数种群满足的要求是：
[0030]‑3(α0+1s)+4>0
[0031]其中，α0为待测金属氧化物避雷器在直流下的静态非线性系数；k1、k3和k4均为方程的修正常数；s为注入待测金属氧化物避雷器的脉冲陡度。
[0032]本专利技术提供的一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化系统，包括：
[0033]模型建立单元，用于建立待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型；
[0034]参数优化单元，用于确定动态非线性模型所需参数，并利用遗传算法对该所需参数进行优化，得到优化后的待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型所需参数。
[0035]优选地，所述参数优化单元包括：
[0036]参数确定模块，用于确定建立得到的待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型所需参数；
[0037]参数初始值获取模块，用于预估该所需参数的初始值，并获取同一型号下多个待测金属氧化物避雷器对应的所需参数初始值，得到多组所需参数初始值；
[0038]初始参数种群获取模块，用于从多组所需参数初始值中任选一组所需参数初始值作为初始参数种群；
[0039]初始参数种群条件判断模块，用于判断该初始参数种群是否满足要求，其中，若满足要求，则进入仿真模块；否则，从多组所需参数初始值中剩余的所需参数初始值中任选一组所需参数初始值作为初始参数种群，进入初始参数种群条件判断模块；
[0040]仿真模块，用于将该初始参数种群对应的所需参数初始值代入得到的动态非线性电路模型，生成得到待测金属氧化物避雷器模型；将生成得到的待测金属氧化物避雷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型；步骤2，确定动态非线性模型所需参数，并利用遗传算法对该所需参数进行优化，得到优化后的待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型所需参数。2.根据权利要求1所述的一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法，其特征在于，步骤1中，所述的待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型包括频变电容、频变电感、一个电阻以及一个非线性电阻，其中,所述频变电容、电阻和非线性电阻并联连接，所述频变电感和非线性电阻串联连接。3.根据权利要求2所述的一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法，其特征在于，所述非线性电阻满足以下数学方程：其中，u(t)表示待测金属氧化物避雷器两端电压；i(t)表示注入待测金属氧化物避雷器的脉冲激励；A(t)为随着脉冲种类变化而变化的计算系数；α(t)为待测金属氧化物避雷器的动态非线性系数；α0为待测金属氧化物避雷器在直流下的静态非线性系数；s表示注入待测金属氧化物避雷器的脉冲陡度；V是待测金属氧化物避雷器中电阻片的体积；k1～k4为方程的修正常数，其均为正值；τ为脉冲注入待测金属氧化物避雷器期间的第τ时刻。4.根据权利要求1所述的一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法，其特征在于，步骤2中，利用遗传算法对该所需参数进行优化，具体方法是：S21，确定步骤1中建立得到的待测金属氧化物避雷器的动态非线性模型所需参数；S22，预估该所需参数的初始值，并获取同一型号下多个待测金属氧化物避雷器对应的所需参数初始值，得到多组所需参数初始值；S23，从多组所需参数初始值中任选一组所需参数初始值作为初始参数种群；S24，判断该初始参数种群是否满足要求，其中，若满足要求，则进入S25；否则，从多组所需参数初始值中剩余的所需参数初始值中任选一组所需参数初始值作为初始参数种群，进入S24；S25，将该初始参数种群对应的所需参数初始值代入步骤1中得到的动态非线性电路模型，生成得到待测金属氧化物避雷器模型；将生成得到的待测金属氧化物避雷器模型进行仿真，得到待测金属氧化物避雷器对应的仿真结果；S26，对待测金属氧化物避雷器进行电磁效应实验，得到实验结果，判断S25中得到的仿真结果与实验结果之间的误差值是否满足要求，其中，若满足要求，则完成待测金属氧化物避雷器动态非线性模型所需参数优化；否则，进入S27；S27，选择多组满足S24中要求的初始参数种群，并将该多组初始参数种群中的参数进行交叉组合或其中一组初始参数种群中任一参数进行变异，生成计算参数种群；S28，判断计算参数种群是否满足条件，其中，若满足条件，则进入S25；否则进入S27。
5.根据权利要求4所述的一种金属氧化物避雷器动态非线性模型参数优化方法，其特征在于，S22中，预估所需参数的初始值具体：根据该待测金属氧化物避雷器对应的静态非线性伏安特性预估得到该所需参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢彦召，吴钰颖，田爽，韦宣，董宁，李泽同，
申请(专利权)人：西安交通大学华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：