【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及变压器，特别涉及一种干式变压器发生匝间短路故障温升快速计算方法。
技术介绍
1、实时监测作为一种有用的工具，可以提供干式变压器的工作状态(如功率、电压、电流、损耗、效率等)和温升快速准确的数据。由于温度的升高会使变压器损坏甚至烧毁，引起不必要的安全隐患，因此实现干式变压器温度的实时监测，发现温度异常情况并及时采取措施显得极其重要。对变压器的运行状况进行有限元分析时当下最流行的方式，尽管变压器的有限元仿真技术给出了准确结果，但是非常耗时，不适合用于实时监测和用于控制。因此，既可以减少仿真时间又可以保证仿真准确度的数值仿真显得尤为重要。本专利基于上述需求，通过结合有限元仿真和模型降阶，提供了一种快速计算变压器温升的方法。
2、孟一飞在《配电变压器匝间短路故障发展特性及检测方法研究[d]》(华北电力大学硕士论文，2023.doi：10.27140/d.cnki.ghbbu.2023.001490)中，对配电变压器不同程度匝间短路故障进行了有限元建模，基于“电磁-结构”耦合场分析了配电变压器发生匝间短路故障的温升、损耗、受力情况。但是，该解决方法存在以下不足：
3、1、配电变压器作为电力系统的重要设备之一，他的安全稳定运行对电网的稳定性、安全性和经济性都有重要影响，实现对变压器实现快速、实时仿真从而获得变压器运行的最新状况越来越成为需求；
4、2、利用有限元仿真仿真进行温升仿真需要需要消耗大量的计算资源，尤其是对变压器这种较大设备进行三维的温升仿真非常耗时，所需时间达数小时甚至几天的时间
5、题为“油浸式变压器绕组瞬态温升降阶快速计算方法[j]”(电工技术学报，2024，39(03)：643-657.)提出将本征正交分解法与离散经验插值法相结合实现对油浸式变压器温升的降阶计算，其存在不足为：
6、1、构建的是油浸式变压器的二维模型，仿真出的温升结果也是二维的，不好观测三维立体变压器的整体温升；
7、2、只考虑了变压器正常情况下的温升情况，其余故障情况下的温升情况没有叙述；
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：干式变压器发生匝间短路的温升有限元仿真计算耗时，难以做到实时仿真。本专利技术基于奇异值分解法和遗传聚合算法，利用变压器运行时的散热系数和辐射系数，针对干式变压器发生匝间短路故障的温升数值进行训练并形成降阶模型。降阶模型的建立，大大缩短了温升仿真所需的时间，为3d模型温升降阶并实现降阶模型可视化提供了一个新的思路。
2、为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种干式变压器发生匝间短路故障温升快速计算方法，包括建立干式变压器的三维模型，开展干式变压器发生匝间短路的数值模拟，确定输入输出参数从而构建初始的温升数据矩阵a，基于奇异值分解法生成降维温升数据矩阵a′，最后利用遗传聚合算法对降维温升数据矩阵a′进行优化，获得最优降维温升数据矩阵a″，具体包括以下步骤：
3、步骤1，建模得到干式变压器模型
4、根据干式变压器的尺寸和外观，在有限元仿真软件ansys maxwell中对干式变压器进行等比例的三维建模，得到干式变压器模型；设在该干式变压器模型中，高压绕组和低压绕组中的每一相中均包含g匝，将每一相中的非第一匝、非最后一匝记为中间匝；
5、在有限元仿真软件ansys maxwell中，对干式变压器模型进行自适应网格划分，记划分后的节点数为m，然后在有限元仿真软件ansys maxwell中设置以下求解器参数：求解时间为ts，步长为tσ，ts＝εctσ，εc为仿真步数；
6、步骤2，搭建干式变压器的“电路-磁场”耦合仿真模型
7、所述“电路-磁场”耦合仿真模型为：
8、对低压绕组做开路处理；
9、给高压绕组的三相分别添加电压源ua(v)，ub(v)，uc(v)；
10、在有限元仿真软件ansys maxwell的外电路设置中，将干式变压器模型中的高压绕组中的每一匝作为一个电感，每一相的g个电感依次串联后形成三个串联电路，且三相串联电路的第g个电感并联；在b相高压绕组的中间匝对应的电感中任意选择两个相邻电感，并记为电感α和电感β，在电感α和电感β中串联一个在t时刻闭合的开关sw和一个电阻rω，即开关sw、电阻rω、电感α和电感β形成一个回路，实现干式变压器高压绕组匝间短路；所述t时刻为仿真过程中的任意时刻；
11、步骤3，开展干式变压器发生匝间短路的温升仿真
12、在有限元仿真软件ansys maxwell中点击开始运行按钮，有限元仿真软件ansysmaxwell软件进行温升仿真，得到干式变压器发生匝间短路时的电磁损耗，并记为电磁损耗ω，将仿真得到的结果另存为.aedt文件；
13、将.aedt文件导入有限元仿真软件ansys workbench，电磁损耗ωloss就作为热源导入有限元仿真软件ansys workbench的steay-state thermal模块，同时，在steay-statethermal模块中，输入以下5个参数：干式变压器高压绕组的散热系数、最外侧高压绕组接触的环境温度、发生匝间短路的高压绕组的辐射系数、发生匝间短路的两个高压绕组的环境温度、发生匝间短路的两个高压绕组以外的高压绕组的辐射系数；
14、进行稳态电磁热仿真，得到给定5个参数值情况下的干式变压器的整体温升，并记为整体温升t，整体温升t包括了m个节点上的温升值；
15、步骤4，构建初始温升数据矩阵a
16、步骤4.1，在steay-state thermal模块中将干式变压器高压绕组的散热系数定为输入参数p1、最外侧高压绕组接触的环境温度定为输入参数p2、发生匝间短路的高压绕组的辐射系数定为输入参数p3、发生匝间短路的两个高压绕组的环境温度定为输入参数p4、发生匝间短路的两个高压绕组以外的高压绕组的辐射系数定为输入参数p5，将整体温升t定为输出参数；
17、步骤4.2，确定输入参数的取值范围，并在各个输入参数相应的取值范围内，有限元仿真软件ansys workbench的response surface模块使用拉丁超立方采样法抽取εa个样本点，按照步骤3的方法对εa个样本点进行温升仿真计算，得到包含k个样本的温升数据矩阵a，表示第εb个样本的温升情况，εb＝1，2，...，εa；将温升矩阵a的数据以二进制文件格式存放于计算机中。
18、步骤5，基于奇异值分解法获得降维温升数据矩阵a′
19、对步骤4得到的初始温升数据矩阵a进行奇异值分解，得到降维温升数据矩阵a′；
20、步骤6，利用遗传聚合算法生成最优降维温升数据矩阵a″
21、利用遗传聚合算法对降维温升数据矩阵a′进行优化，生成最优降维温升数据矩阵a″，并形成干式变压器温升云图，最优降维温升数据矩阵a″和干式变压器温升云图给出了5个输入参数与变压器整体温升t的映射关本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种干式变压器发生匝间短路故障温升快速计算方法，其特征在于，包括建立干式变压器的三维模型，开展干式变压器发生匝间短路的数值模拟，确定输入输出参数从而构建初始的温升数据矩阵A，基于奇异值分解法生成降维温升数据矩阵A′，最后利用遗传聚合算法对降维温升数据矩阵A′进行优化，获得最优降维温升数据矩阵A″，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种干式变压器发生匝间短路故障温升快速计算方法，其特征在于，所述步骤5的实现过程如下：
3.根据权利要求2所述的一种干式变压器发生匝间短路故障温升快速计算方法，其特征在于，所述步骤6的实现过程如下：
【技术特征摘要】
1.一种干式变压器发生匝间短路故障温升快速计算方法，其特征在于，包括建立干式变压器的三维模型，开展干式变压器发生匝间短路的数值模拟，确定输入输出参数从而构建初始的温升数据矩阵a，基于奇异值分解法生成降维温升数据矩阵a′，最后利用遗传聚合算法对降维温升数据矩阵a′进行优化，获得最优降维...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈志伟，叶娇娇，向念文，吕增威，吴杰，杨海涛，吴兴旺，王超群，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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