双断口隔离开关的模型降阶和多目标优化方法技术

本发明专利技术提供一种双断口隔离开关的模型降阶和多目标优化方法

【技术实现步骤摘要】
双断口隔离开关的模型降阶和多目标优化方法、装置、系统及介质


[0001]本专利技术涉及双断口隔离开关模型仿真领域，具体是一种双断口隔离开关模型降阶与多目标优化方法
、
装置
、
系统及介质
。

技术介绍

[0002]GIS
不停电扩建与试验需求日益增长，双隔离断口的
110kV
三相共箱型
GIS
的研究有助于推动
GIS
不停电扩建技术的实现，通过将双隔离断口的
110kV
三相共箱型
GIS
应用在电网扩建工程
、
电网应急抢修工程中，可有效避免在
110kV GIS
电网扩建工程
、
电网应急抢修中大范围停电
。。
[0003]110kV GIS
为三相共箱型结构，相较于三相分箱型结构，需要在有限空间下放置更多的组部件，因此其空间更紧凑
、
结构更复杂，对于绝缘
、
机械受力
、
温升等性能要求更高，设计与制造难度更大，需要在原有基础上进一步地优化设计
。
[0004]目前，部分厂家设计
GIS
的结构时通常利用“经验设计
‑
数值计算修改”的手动优化方法，手动优化方法既没能实现参数化建模的便利性，也没有兼顾各场域的要求，很难找到全局较为优化的结构设计参数，具体步骤为将初始
CAD
模型导入仿真软件中进行求解，根据以往经验进行模型参数修改，再重新导入仿真软件中求解，验证优化效果
。
[0005]还有部分厂家设计
GIS
的结构时，采用了参数化建模和算法寻优的方法
。
公告号为
CN106126819A、
公告日为
2016
年
11
月
16
日的中国专利文件公开了一种触头开关形状的优化方法；公告号为
CN111553089A、
公告日为
2020
年8月
18
日的中国专利文件公开了一种
GIS
盆式绝缘子的优化设计方法；公告号为
CN108319781B、
公告日为
2021
年8月
13
日的中国专利文件公开了一种
GIS
内部绝缘件优化方法
。
这些厂家的设计方法具有如下共同点：对
GIS
内部组部件进行参数化分析，建立数值仿真模型或传统方法拟合模型，利用传统精确算法或智能算法等寻优方法获得最优结果
。
但这些设计方法存在的缺点是：仅针对
GIS
中某一部件或某个场域进行优化设计，并没有考虑到多物理场域下的整体设计，仿真模型的复杂度低，采用的优化方法较为简单，不足以解决
GIS
复杂模型的多目标优化设计问题；而在涉及到
GIS
多物理场优化的专利中，优化设计过程仅仅是对一开始建立的多个模型进行多物理场计算筛选，设计参数较少且选取范围小，并没有获得全局最优解的优化效果，不能应用于结构更复杂，对参数优化要求更高的双断口隔离开关的优化设计
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提供一种双断口隔离开关的模型降阶和多目标优化方法
、
装置
、
系统及介质，针对双断口隔离开关的电场
、
温度场
、
应力场等多物理场域进行仿真分析，利用响应表面法进行模型降阶，基于降阶后的响应表面模型采用多目标优化算法
NSGA
‑
II
遗传算法，通过各组部件众多尺寸参数的寻优，找到满足电场
、
温度场
、
应力场性能指标的全局最优解，其综合考虑了热
、
力
、
电三个物理场域要求，保证了双断口隔
离开关在小型化设计的同时，满足最大电场强度
、
最高温升
、
最大应力等设备性能指标
。
[0007]一种双断口隔离开关模型降阶与多目标优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008]构建
GIS
双断口隔离开关的初始
CAD
模型，并搭建相应的温度场
、
静电场
、
应力场模型，形成初步仿真模型在预设的温度场
、
预设的静电场
、
预设的应力场下对初始
CAD
模型进行初步仿真试验，得到初步仿真结果；
[0009]基于所述初步仿真模型确定优化对象，基于所述初步仿真结果确定优化对象，所述优化对象包括待优化区域初始
CAD
模型中的待优化区域
、
与待优化区域所对应的物理场域；
[0010]基于
Box
‑
Behnken
设计方法构建样本设计点，将样本设计点代入参数化设计模型后进行仿真求解获得仿真结果，采用响应表面法拟合所述仿真结果得到响应表面模型，所述响应表面模型为以待优化区域的尺寸参数为自变量
、
各场域计算结果为因变量的参数化设计函数；
[0011]基于
Box
‑
Behnken
设计方法构建样本设计点，将样本设计点代入参数化设计模型后进行仿真求解获得仿真结果，采用响应表面法拟合所述仿真结果得到响应表面模型，所述响应表面模型为以待优化区域的尺寸参数为自变量
、
各场域计算结果为因变量的参数化设计函数；
[0012]对所述参数化设计函数进行优化求解得到近似最优解参数，根据所述近似最优解参数对待优化区域所对应的物理场域进行优化
。
[0013]进一步的，所述构建
GIS
双断口隔离开关的初始
CAD
模型，在预设的温度场
、
预设的静电场
、
预设的应力场下对初始
CAD
模型进行初步仿真试验，得到初步仿真结果，具体包括：
[0014]在
SolidWorks
中建立
GIS
双断口隔离开关的初始
CAD
模型；
[0015]利用
ANSYS
仿真软件联合
SolidWorks
，将双断口隔离开关的初始
CAD
模型导入
ANSYS
软件的
Workbench
中，并设置静电场
、
温度流体场以及机械结构计算所需的材料属性；
[0016]分别对初始
CAD
模型进行静电场仿真
、
应力场仿真和温度场仿真，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双断口隔离开关模型降阶与多目标优化方法，其特征在于，包括如下步骤：构建
GIS
双断口隔离开关的初始
CAD
模型，在预设的温度场
、
预设的静电场
、
预设的应力场下对初始
CAD
模型进行初步仿真试验，得到初步仿真结果；基于所述初步仿真结果确定优化对象，所述优化对象包括初始
CAD
模型中的待优化区域
、
与待优化区域所对应的物理场域；根据相关标准与设计限制确定待优化区域及待优化区域所对应的物理场域的参数可调节范围，结合用户输入的基本参数对初始
CAD
模型中的待优化区域进行优化调整，得到优化后的多个不同尺寸的参数化设计模型；基于
Box
‑
Behnken
设计方法构建样本设计点，将样本设计点代入参数化设计模型后进行仿真求解获得仿真结果，采用响应表面法拟合所述仿真结果得到响应表面模型，所述响应表面模型为以待优化区域的尺寸参数为自变量
、
各场域计算结果为因变量的参数化设计函数；对所述参数化设计函数进行优化求解得到近似最优解参数，根据所述近似最优解参数对待优化区域所对应的物理场域进行优化
。2.
如权利要求1所述的双断口隔离开关模型降阶与多目标优化方法，其特征在于：所述构建
GIS
双断口隔离开关的初始
CAD
模型，在预设的温度场
、
预设的静电场
、
预设的应力场下对初始
CAD
模型进行初步仿真试验，得到初步仿真结果，具体包括：在
SolidWorks
中建立
GIS
双断口隔离开关的初始
CAD
模型；利用
ANSYS
仿真软件联合
SolidWorks
，将双断口隔离开关的初始
CAD
模型导入
ANSYS
软件的
Workbench
中，并设置静电场
、
温度流体场以及机械结构计算所需的材料属性；分别对初始
CAD
模型进行静电场仿真
、
应力场仿真和温度场仿真，得到初步仿真结果
。3.
如权利要求1所述的双断口隔离开关模型降阶与多目标优化方法，其特征在于：所述待优化区域指的是初始
CAD
模型中的双断口触头形状
、
导体
、
壳体，所述与待优化区域所对应的物理场域包括双断口触头形状的电场
、
导体的温度场
、
壳体的应力场
。4.
如权利要求1所述的双断口隔离开关模型降阶与多目标优化方法，其特征在于：所述对所述参数化设计函数进行优化求解得到近似最优解参数，根据所述近似最优解参数对待优化区域所对应的物理场域进行优化，具体包括：设置
NSGA
‑
II
算法的参数：初始化种群个数
、
最大迭代次数
、
叉概率以及变异概率，得到父代种群；对个体进行非支配排序，得到非支配集，在每个非支配集对各个体计算拥挤度，再通过选择
、
交叉
、
变异得到子代种群
Qt
；将子代种群
Qt
与父代种群
Pt
合并组成大小为
2N
的种群
Rt
，根据精英策略对种群进行非支配排序生成非支配集并计算拥挤度，产生新的子代种群
Qt+1
；进行迭代计算，至迭代次数至最大迭代次数
500
；得到一组近似最优解系后，根据对电场
、
应力
、
温升以及不同部位的侧重不同，对各目标函数施加不同权重，获得期望的近似最优解参数，根据所述近似最优解参数对待优化区域所对应的物理场域进行优化
。5.
一种双断口隔离开关模型降阶与多目标优化装置，其特征在于，包括：仿真模型构建模块，用于构建
GIS

【专利技术属性】
技术研发人员：陈隽，任劼帅，袁召，刘学良，陈立学，殷建刚，李劲彬，文雅钦，吴传奇，夏天，李红兵，董子凡，肖冕，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司电力科学研究院华中科技大学，
类型：发明
国别省市：