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一種用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法.pdf

關 鍵 詞:
一種 用于 高壓 電機 絕緣 結構 優化 計算方法
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摘要
申請專利號:

CN201510306481.3

申請日:

2015.06.05

公開號:

CN104899375A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):G06F 17/50申請公布日:20150909|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20150605|||公開
IPC分類號: G06F17/50; G06F19/00(2011.01)I 主分類號: G06F17/50
申請人: 株洲時代新材料科技股份有限公司
發明人: 侯海波; 李鴻巖; 黃友根; 王楷; 李忠良
地址: 412007湖南省株洲市天元區海天路18號
優先權:
專利代理機構: 湖南兆弘專利事務所43008 代理人: 趙洪; 譚武藝
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510306481.3

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2019.01.18|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法,步驟包括:利用有限元多物理場耦合仿真軟件對主絕緣防暈結構進行物理建模、定義材料屬性、添加邊界條件及激勵源、設置求解器頻率求解,將計算過程轉存為腳本文件;將腳本文件修改為仿真計算函數文件,將待優化參數引入變量向量p作為仿真計算函數文件的輸入變量并建立用于評價防暈結構效果優劣的目標函數;設置待優化計算的防暈結構參數的變化范圍并生成多組變量向量,將多組變量向量分別循環調用仿真計算函數進行計算,并在循環計算完成后輸出目標函數最優解所對應的變量向量。本發明能夠避免防暈結構優化過程中重復建模、仿真計算、分析等繁瑣過程,降低了人工成本,提高了設計效率。

權利要求書

權利要求書
1.  一種用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法,其特征在于步驟包括:
1)利用有限元多物理場耦合仿真軟件對高壓電機的主絕緣防暈結構進行物理建模、定義材料屬性、添加邊界條件及激勵源、剖分網格、設置求解器頻率并求解,求解完成后將計算過程轉存為腳本文件;
2)將所述腳本文件修改為仿真計算函數文件,將待優化計算的防暈結構參數引入變量向量p作為仿真計算函數的輸入變量,刪除腳本文件中原有的云圖后處理語句并采取仿真計算得到的物理模型中防暈層末端相對線棒的電位、防暈層表面的電場強度和表面損耗密度,并建立用于評價防暈結構效果優劣的目標函數;
3)設置待優化計算的防暈結構參數的變化范圍,根據變化范圍生成多組變量向量p,將多組變量向量p分別循環調用仿真計算函數進行計算,并在循環計算完成后輸出目標函數最優解所對應的變量向量p。

2.  根據權利要求1所述的用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法,其特征在于,所述步驟1)的詳細步驟包括:

1.  1)在有限元多物理場耦合仿真軟件中選擇3D頻域靜態電場求解器,將待優化計算的防暈結構參數進行參數化處理,選擇一組參數進行物理建模,得到的物理模型為嵌入鐵心的單根直的線棒,所述線棒外的體域包括主絕緣、空氣域以及由低阻防暈層、中阻防暈層、高阻防暈層依次搭接形成的防暈層;所述待優化計算的防暈結構參數包括各個防暈層的長度、電阻率和非線性系數;

1.  2)將所述物理模型中線棒、鐵心、空氣三個體域的材料屬性由有限元多物理場耦合仿真軟件內部自帶的系統材料庫內調用,根據3D頻域靜態電場求解器的類型選擇輸入主絕緣及防暈層的電阻率及介電常數,其中防暈層的電阻率如式(1)所示;
ρ=ρse-β|dU/dx|               (1)
式(1)中,ρ表示各防暈層的電阻率,ρs表示各防暈層的初始電阻率,β表示各防暈層的非線性系數,dU表示各防暈層上某一處的電位增量,dx表示各防暈層上某一處的位移增量;

1.  3)在添加邊界條件時,將所述物理模型中線棒銅導體所有外表面設置為高壓源,高壓源的電位值輸入高壓電機的一分鐘耐壓正弦電壓峰值,將鐵心所有外表面設置為接地條件,添加邊界條件后,對所述物理模型進行剖分網格;

1.  4)設置3D頻域靜態電場求解器的頻率并進行求解;

1.  5)在求解完成后,將整個計算過程另存為腳本文件編譯軟件能夠識別的腳本文件,在語言編譯軟件環境下運行腳本文件可以重現有限元仿真軟件所有操作過程,記錄防暈層所有 表面在有限元多物理場耦合仿真軟件內所相對應的面域編號、高阻防暈層末端所有線段在有限元多物理場耦合仿真軟件內所對應的線域編號。

3.  根據權利要求2所述的用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法,其特征在于:所述步驟1.1)得到的物理模型中,所述線棒、主絕緣、防暈層及鐵心四者中相鄰兩者之間無氣隙或介質,各防暈層之間忽略搭接的影響且搭接處的等效電阻率等同于電阻率較低一側防暈層的電阻率;所述線棒采用直線化處理來取代真實情況中的線圈,所述低阻防暈層覆蓋端部線圈直線及轉角部分,且所述物理模型中曲線部分的曲率及周圍其他線圈所帶來的影響忽略不計。

4.  根據權利要求1或2或3所述的用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法,其特征在于,所述步驟2)的詳細步驟包括:

2.  1)在所述腳本文件的首行引入函數名以及需要進行編譯的變量向量p,將所述腳本文件修改為將變量向量p作為輸入參數的仿真計算函數文件;

2.  2)在所述腳本文件內將變量向量p內的各個變量賦值給腳本文件中的參數化數據;

2.  3)刪除所述腳本文件后的原后處理程序語句以及涉及模型的可視操作,利用腳本文件編譯軟件的采取函數對物理模型中記錄的防暈層所有表面在有限元多物理場耦合仿真軟件內所相對應的面域編號的表面電場強度和表面損耗密度、高阻防暈層末端所有線段在有限元多物理場耦合仿真軟件內所對應的線域編號的電位進行采取,在采取完畢后分別獲取防暈層末端的電位、表面電場強度和表面損耗密度的數據結構;

2.  4)根據高壓電機對于防暈層表面的電位、表面電場強度和表面損耗密度的要求建立用于評價防暈結構效果優劣的目標函數。

5.  根據權利要求4所述的用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法,其特征在于,所述步驟2.4)中建立的目標函數的內容如下:

2.  4.1)針對防暈層末端相對線棒的電位、表面電場強度和表面損耗密度的數據結構,判斷所述防暈層末端相對線棒的電位的最大值Uend小于預設的高壓電機對于防暈層表面相對線棒的電位要求值Uend0、所述表面電場強度的最大值Emax小于預設的高壓電機對于防暈層表面的表面電場強度要求值Emax0、所述表面損耗密度的最大值Wmax小于預設的高壓電機對于防暈層表面的表面損耗密度要求值Wmax0三個條件是否同時成立,如果同時成立則跳轉執行步驟2.4.2);否則,目標函數輸出結果為目標函數默認值;

2.  4.2)目標函數輸出結果為所述表面電場強度的最大值Emax除以預設的高壓電機對于防暈層表面的電場強度要求值Emax0、所述表面損耗密度的最大值Wmax除以預設的高壓電機對于防暈層表面的表面損耗密度要求值Wmax0、所述電位的最大值Uend除以預設的高壓 電機對于防暈層表面相對線棒的電位要求值Uend0的結果再加上目標函數默認值減1三者的乘積。

6.  根據權利要求5所述的用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法,其特征在于:所述預設的高壓電機對于防暈層表面的表面電場強度的要求值Emax0為8.1e5,預設的高壓電機對于防暈層表面的表面損耗密度要求值Wmax0為6e6,預設的高壓電機對于防暈層表面相對線棒的電位的要求值Uend0為3.9e4。

7.  根據權利要求6所述的用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法,其特征在于,所述步驟3)的詳細步驟如下:

3.  1)初始設置目標函數最優解、迭代次數、輸出向量零矩陣、輸入變量零矩陣以及待優化計算的防暈結構參數的離散變化范圍;

3.  2)將所有待優化計算的防暈結構參數的離散變化范圍構成多層循環結構來生成變量向量p,每一次迭代對應一個變量向量p;每生成一組變量向量p,循環調用仿真計算函數進行計算變量向量p的目標函數值,并將變量向量p的目標函數值和上一次循環后的目標函數最優解進行比較,如果變量向量p的目標函數值比上一次循環后的目標函數最優解小,則將變量向量p的目標函數值賦值給目標函數最優解并將變量向量p賦值給輸出向量零矩陣;如果循環調用仿真計算函數過程中由于變量向量p的參數結構導致有限元計算結果無法收斂而出錯被強制退出,則跳轉執行步驟3.1)重新設置待優化計算的防暈結構參數的離散變化范圍;

3.  3)輸出目標函數最優解以及對應的變量向量p矩陣。

說明書

說明書一種用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法
技術領域
本發明涉及高電壓絕緣設計領域,具體涉及一種用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法。
背景技術
大型高壓電機端部出槽口處容易引起電場集中而引發局部電暈甚至放電,電暈的產生不僅使得電機在運行過程產生不穩定因素,效率降低,還會破壞電機絕緣層的結構,影響定子線圈的使用壽命,這也成為了大型高壓電機提升自身容量的一個限制條件。傳統電機絕緣防暈結構設計主要有三種方法:經驗與工程近似法、鏈路模型法和有限元法,其中有限元法在近幾年不斷發展完善的過程中越發地被廣泛應用于電機設計當中,但由于高壓電機主絕緣防暈層結構參數之間相關度較高,單純考慮其中一個參數變化對于電機端部電場分布的影響毫無意義,而且人工修改計算過程中的參數重復計算會消耗過多的人工物力,更加不便于分析。
發明內容
本發明要解決的技術問題是:針對現有技術的上述問題,提供一種能夠避免防暈結構優化過程中重復建模、設置材料屬性、仿真計算、分析等繁瑣過程,節省了人力物力,能夠提高電機端部防暈結果的設計效率,計算精度高、工作流程簡單的用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法。
為了解決上述技術問題,本發明采用的技術方案為:
一種用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法,步驟包括:
1)利用有限元多物理場耦合仿真軟件對高壓電機的主絕緣防暈結構進行物理建模、定義材料屬性、添加邊界條件及激勵源、剖分網格、設置求解器頻率并求解,求解完成后將計算過程轉存為腳本文件;
2)將所述腳本文件修改為仿真計算函數文件,將待優化計算的防暈結構參數引入變量向量p作為仿真計算函數的輸入變量,刪除腳本文件中原有的云圖后處理語句并采取仿真計算得到的物理模型中防暈層末端相對線棒的電位、防暈層表面的電場強度和表面損耗密度,并建立用于評價防暈結構效果優劣的目標函數;
3)設置待優化計算的防暈結構參數的變化范圍,根據變化范圍生成多組變量向量p,將多組變量向量p分別循環調用仿真計算函數進行計算,并在循環計算完成后輸出目標函數最優解所對應的變量向量p。
優選地,所述步驟1)的詳細步驟包括:
1.1)在有限元多物理場耦合仿真軟件中選擇3D頻域靜態電場求解器,將待優化計算的防暈結構參數進行參數化處理,選擇一組參數進行物理建模,得到的物理模型為嵌入鐵心的單根直的線棒,所述線棒外的體域包括主絕緣、空氣域以及由低阻防暈層、中阻防暈層、高阻防暈層依次搭接形成的防暈層;所述待優化計算的防暈結構參數包括各個防暈層的長度、電阻率和非線性系數;
1.2)將所述物理模型中線棒、鐵心、空氣三個體域的材料屬性由有限元多物理場耦合仿真軟件內部自帶的系統材料庫內調用,根據3D頻域靜態電場求解器的類型選擇輸入主絕緣及防暈層的電阻率及介電常數,其中防暈層的電阻率如式(1)所示;
ρ=ρse-β|dU/dx|           (1)
式(1)中,ρ表示各防暈層的電阻率,ρs表示各防暈層的初始電阻率,β表示各防暈層的非線性系數,dU表示各防暈層上某一處的電位增量,dx表示各防暈層上某一處的位移增量;
1.3)在添加邊界條件時,將所述物理模型中線棒銅導體所有外表面設置為高壓源,高壓源的電位值輸入高壓電機的一分鐘耐壓正弦電壓峰值,將鐵心所有外表面設置為接地條件,添加邊界條件后,對所述物理模型進行剖分網格;
1.4)設置3D頻域靜態電場求解器的頻率并進行求解;
1.5)在求解完成后,將整個計算過程另存為腳本文件編譯軟件能夠識別的腳本文件,在語言編譯軟件環境下運行腳本文件可以重現有限元仿真軟件所有操作過程,記錄防暈層所有表面在有限元多物理場耦合仿真軟件內所相對應的面域編號、高阻防暈層末端所有線段在有限元多物理場耦合仿真軟件內所對應的線域編號。
優選地,所述步驟1.1)得到的物理模型中,所述線棒、主絕緣、防暈層及鐵心四者中相鄰兩者之間無氣隙或介質,各防暈層之間忽略搭接的影響且搭接處的等效電阻率等同于電阻率較低一側防暈層的電阻率;所述線棒采用直線化處理來取代真實情況中的線圈,所述低阻防暈層覆蓋端部線圈直線及轉角部分,且所述物理模型中曲線部分的曲率及周圍其他線圈所帶來的影響忽略不計。
優選地,所述步驟2)的詳細步驟包括:
2.1)在所述腳本文件的首行引入函數名以及需要進行編譯的變量向量p,將所述腳本文件修改為將變量向量p作為輸入參數的仿真計算函數文件;
2.2)在所述腳本文件內將變量向量p內的各個變量賦值給腳本文件中的參數化數據;
2.3)刪除所述腳本文件后的原后處理程序語句以及涉及模型的可視操作,利用腳本文件編譯軟件的采取函數對物理模型中記錄的防暈層所有表面在有限元多物理場耦合仿真軟件內 所相對應的面域編號的表面電場強度和表面損耗密度、高阻防暈層末端所有線段在有限元多物理場耦合仿真軟件內所對應的線域編號的電位進行采取,在采取完畢后分別獲取防暈層末端的電位、表面電場強度和表面損耗密度的數據結構;
2.4)根據高壓電機對于防暈層表面的電位、表面電場強度和表面損耗密度的要求建立用于評價防暈結構效果優劣的目標函數。
優選地,所述步驟2.4)中建立的目標函數的內容如下:
2.4.1)針對防暈層末端相對線棒的電位、表面電場強度和表面損耗密度的數據結構,判斷所述防暈層末端相對線棒的電位的最大值Uend小于預設的高壓電機對于防暈層表面相對線棒的電位要求值Uend0、所述表面電場強度的最大值Emax小于預設的高壓電機對于防暈層表面的表面電場強度要求值Emax0、所述表面損耗密度的最大值Wmax小于預設的高壓電機對于防暈層表面的表面損耗密度要求值Wmax0三個條件是否同時成立,如果同時成立則跳轉執行步驟2.4.2);否則,目標函數輸出結果為目標函數默認值;
2.4.2)目標函數輸出結果為所述表面電場強度的最大值Emax除以預設的高壓電機對于防暈層表面的電場強度要求值Emax0、所述表面損耗密度的最大值Wmax除以預設的高壓電機對于防暈層表面的表面損耗密度要求值Wmax0、所述電位的最大值Uend除以預設的高壓電機對于防暈層表面相對線棒的電位要求值Uend0的結果再加上目標函數默認值減1三者的乘積。
優選地,所述預設的高壓電機對于防暈層表面的表面電場強度的要求值Emax0為8.1e5,預設的高壓電機對于防暈層表面的表面損耗密度的要求值Wmax0為6e6,預設的高壓電機對于防暈層表面相對線棒的電位的要求值Uend0為3.9e4。
優選地,所述步驟3)的詳細步驟如下:
3.1)初始設置目標函數最優解、迭代次數、輸出向量零矩陣、輸入變量零矩陣以及待優化計算的防暈結構參數的離散變化范圍;
3.2)將所有待優化計算的防暈結構參數的離散變化范圍構成多層循環結構來生成變量向量p,每一次迭代對應一個變量向量p;每生成一組變量向量p,循環調用仿真計算函數進行計算變量向量p的目標函數值,并將變量向量p的目標函數值和上一次循環后的目標函數最優解進行比較,如果變量向量p的目標函數值比上一次循環后的目標函數最優解小,則將變量向量p的目標函數值賦值給目標函數最優解并將變量向量p賦值給輸出向量零矩陣;如果循環調用仿真計算函數過程中由于變量向量p的參數結構導致有限元計算結果無法收斂而出錯被強制退出,則跳轉執行步驟3.1)重新設置待優化計算的防暈結構參數的離散變化范圍;
3.3)輸出目標函數最優解以及相對的變量向量p矩陣。
本發明用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法具有下述優點:本發明考慮了各防暈層參數集體發生變化時對于電機端部防暈效果的影響,采用了有限元方法計算電機端部電場,擁有較高的計算精度,采用自循環方法尋找最優目標函數求得防暈層各個參數的最佳組合,程序可以自行循環設計電機防暈層結構參數,并通過比較每一次目標函數的計算結果,得出防暈結果的最佳方案,能夠避免防暈結構優化過程中重復建模、設置材料屬性、仿真計算、分析等繁瑣過程,節省了人力物力,能夠提高電機端部防暈結果的設計效率,具有計算精度高、工作流程簡單的優點,對高壓電機防暈層結構的優化設計起到指導作用。
附圖說明
圖1為本發明實施例方法的基本流程示意圖。
圖2為本發明實施例方法中物理建模得到的物理模型的局部剖視結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示,本實施例用于高壓電機的主絕緣防暈結構優化計算方法的步驟包括:
1)利用有限元多物理場耦合仿真軟件對高壓電機的主絕緣防暈結構進行物理建模、定義材料屬性、添加邊界條件及激勵源、剖分網格、設置求解器頻率并求解,求解完成后將計算過程轉存為腳本文件;
2)將腳本文件修改為仿真計算函數文件,將待優化計算的防暈結構參數引入變量向量p作為仿真計算函數的輸入變量,刪除腳本文件中原有的云圖后處理語句并采取仿真計算得到的物理模型中防暈層末端相對線棒的電位、防暈層表面的電場強度和表面損耗密度,并建立用于評價防暈結構效果優劣的目標函數;
3)設置待優化計算的防暈結構參數的變化范圍,根據變化范圍生成多組變量向量p,將多組變量向量p分別循環調用仿真計算函數進行計算,并在循環計算完成后輸出目標函數最優解所對應的變量向量p。
本實施例中,步驟1)的詳細步驟包括:
1.1)在有限元多物理場耦合仿真軟件中選擇3D頻域靜態電場求解器,將待優化計算的防暈結構參數進行參數化處理,選擇一組參數進行物理建模,參見圖2,本實施例得到的物理模型為嵌入鐵心1的單根直的線棒2,線棒2外的體域包括主絕緣21、空氣域22以及由低阻防暈層231、中阻防暈層232、高阻防暈層233依次搭接形成的防暈層23;待優化計算的防暈結構參數包括各個防暈層的長度、電阻率和非線性系數,具體如表1所示;
表1:待優化計算的防暈結構參數表。
參數名稱參數化數值低阻防暈層長度(mm)length_l300中阻防暈層長度(mm)length_m150
高阻防暈層長度(mm)length_h180線棒厚度(mm)thickness_coil18.2線棒寬度(mm)width_coil98主絕緣厚度(mm)thickness_diel3.8防暈層厚度(mm)thickness_anti1低阻防暈層電阻率(Ω)r_l1×103中阻防暈層電阻率(Ω)r_m01×107高阻防暈層電阻率(Ω)r_h01×109中阻防暈層非線性系數(cm/kV)beta_m1.3高阻防暈層非線性系數(cm/kV)beta_h0.6
1.2)將物理模型中線棒、鐵心、空氣三個體域的材料屬性由有限元多物理場耦合仿真軟件內部自帶的系統材料庫內調用,根據3D頻域靜態電場求解器的類型選擇輸入主絕緣及防暈層的電阻率及介電常數,其中防暈層的電阻率如式(1)所示;
ρ=ρse-β|dU/dx|          (1)
式(1)中,ρ表示各防暈層的電阻率,ρs表示各防暈層的初始電阻率,β表示各防暈層的非線性系數,dU表示各防暈層上某一處的電位增量,dx表示各防暈層上某一處的位移增量;本實施例中,主絕緣以及各防暈層屬于非典型材料,需要利用第二種方法定義其材料屬性,電機主絕緣電導率設置為2e-17,相對介電常數為4;低阻層、中阻層以及高阻層的相對介電常數定義為12,而在定義防暈層材料屬性電導率時輸入值分別為:
低阻防暈層:1/(r_l*thickness_anti*1e-3);
中阻防暈層:exp(beta_m*1e-5*ec.normE)/(r_m0*thickness_anti*1e-3);
高阻防暈層:exp(beta_h*1e-5*ec.normE)/(r_h0*thickness_anti*1e-3);
其中,1e-5與1e-3為單位換算系數,ec.normE表示電場強度,其余參數的中文含義詳見表1。
1.3)在添加邊界條件時,將物理模型中線棒銅導體所有外表面設置為高壓源,高壓源的電位值輸入高壓電機(額定電壓26kV)的一分鐘耐壓正弦電壓峰值110kV,將鐵心所有外表面設置為接地條件,添加邊界條件后,對物理模型進行剖分網格;
1.4)設置3D頻域靜態電場求解器的頻率(本實施例中具體為50Hz)并進行求解;
1.5)在求解完成后,將整個計算過程另存為腳本文件編譯軟件能夠識別的腳本文件,在語言編譯軟件環境下運行腳本文件可以重現有限元仿真軟件所有操作過程,記錄防暈層所有表面在有限元多物理場耦合仿真軟件內所相對應的面域編號、高阻防暈層末端所有線段在有限元多物理場耦合仿真軟件內所對應的線域編號。
本實施例中,步驟1.1)得到的物理模型中,線棒、主絕緣、防暈層及鐵心四者中相鄰兩者之間無氣隙或介質,各防暈層之間忽略搭接的影響且搭接處的等效電阻率等同于電阻率較 低一側防暈層的電阻率;線棒采用直線化處理來取代真實情況中的線圈,低阻防暈層覆蓋端部線圈直線及轉角部分,且物理模型中曲線部分的曲率及周圍其他線圈所帶來的影響忽略不計。
本實施例中,步驟2)的詳細步驟包括:
2.1)在腳本文件的首行引入函數名以及需要進行編譯的變量向量p,將腳本文件修改為將變量向量p作為輸入參數的仿真計算函數文件;
本實施例中,具體為在腳本文件的首行引入:function out=e_optimation(p),其中e_optimation為仿真計算函數的函數名,p表示仿真計算函數的參數(變量向量)。
2.2)在腳本文件的將變量向量p內的各個變量賦值給腳本文件中的參數化數據;
本實施例中,具體賦值偽代碼為:
model.param.set('length_l',p(1));
model.param.set('length_m',p(2));
model.param.set('length_h',p(3));
model.param.set('r_l',p(4));
model.param.set('r_m0',p(5));
model.param.set('r_h0',p(6));
model.param.set('beta_m',p(7));
model.param.set('beta_h',p(8));
上述偽代碼中,model.param.set表示賦值操作函數,第一個參數的含義詳見表1,length代表長度,r代表電阻,beta代表非線性系數,后標l代表低阻層,m代表中阻層,h代表高阻層;第二個參數則分別表示變量向量p內的各個變量,例如p(1)表示變量向量p內的第一個變量,p(2)表示變量向量p內的第二個變量,依次類推。
2.3)刪除腳本文件后的原后處理程序語句(“model.sol('sol1').runAll;”語句后面)以及涉及模型的可視操作,利用腳本文件編譯軟件的采取函數對物理模型中記錄的防暈層所有表面在有限元多物理場耦合仿真軟件內所相對應的面域編號內的表面電場強度和表面損耗密度、高阻防暈層末端所有線段在有限元多物理場耦合仿真軟件內所對應的線域編號的電位進行采取,在采取完畢后分別獲取防暈層末端電位、表面電場強度和表面損耗密度的數據結構;
由于云圖后處理程序將會占用過多電腦內存,影響程序計算時間,降低優化效率,本實施例中通過刪除腳本文件后的原后處理程序語句以及涉及模型的可視操作,能夠極大地減少對計算機資源的占用以及提高計算的效率。
本實施例中,具體是利用腳本文件編譯軟件的采取函數mpheval對物理模型中防暈層指定域的電位、電場強度和表面損耗密度進行采取,其偽代碼為:
Wonsurface_i=mpheval(model,{'ec.Qh'},'edim',2,'selection',i);
Eonsurface_i=mpheval(model,{'-ec.Ez'},'edim',2,'selection',i);
Uonline_i=mpheval(model,{'V'},'edim',1,'selection',i);
其中,model,{'ec.Qh'}代表表面損耗密度;model,{'-ec.Ez'}代表防暈層切向電場強度分量;model,{'V'}代表電位;'edim'后面的第一個數字1代表選取的域為線域,2代表選取的域為面域;'selection',i代表記錄的的面域或線域的編號,編譯時需要填入記錄的防暈層所有表面在有限元多物理場耦合仿真軟件內所相對應的面域編號、高阻防暈層末端所有線段在有限元多物理場耦合仿真軟件內所對應的線域編號的具體數值。mpheval函數的計算結果表面損耗密度Wonsurface_i、電場強度Eonsurface_i及電位Uonline_i等數據是結構型,并不是計算所用的矩陣型數據,所以采取數據后,在結構性數據后面加上“.d1”取出可用于計算的矩陣型數據,然后需要先后兩次利用max函數取出其中每組數據的最大值以幫助目標函數的編寫,其偽代碼如下:
Wmaxon_i=max(Wonsurface_i.d1);
Emaxon_i=max(Eonsurface_i.d1);
Umaxon_i=max(abs(Uonline_i.d1-Uoncoil));
其中i代表記錄的防暈層所有表面在有限元多物理場耦合仿真軟件內所相對應的面域編號、高阻防暈層末端所有線段在有限元多物理場耦合仿真軟件內所對應的線域編號的具體數值,編譯時需要填入具體數值;Uoncoil是線棒上的實時電壓值。
需要注意的是,利用mpheval函數采取所得到的防暈層末端電位是絕對電位,也就是相對于大地為參考零電位時的值,而在進行優劣判斷前,需要將防暈層末端電位Uonline_i.d1與線棒的實時電壓值Uoncoil(Uoncoil同樣可以通過mpheval函數得到,也可以通過線棒電壓幅值與相角計算得到)相減并取絕對值,也就是取防暈層末端電位Uonline_i.d1、線棒的實時電壓值Uoncoil兩者之間的電位差,要求控制在高壓電機對于防暈層表面相對線棒的電位要求值Uend0以內保證主絕緣不被擊穿。在第一次使用max函數得到Wmaxon_i、Emaxon_i、Umaxon_i后,再次使用max函數得到所有防暈層表面的最大電場強度Emax和最大損耗密度Wmax、所有防暈層末端相對線棒電位的最大值Uend。
2.4)根據高壓電機對于防暈層表面的電位、表面電場強度和表面損耗密度的要求建立用于評價防暈結構效果優劣的目標函數。
本實施例中,步驟2.4)中建立的目標函數的內容如下:
2.4.1)針對防暈層末端相對線棒的電位、表面電場強度和表面損耗密度的數據結構,判斷防暈層末端相對線棒電位的最大值Uend小于預設的高壓電機對于防暈層表面相對線棒的電位要求值Uend0、表面電場強度的最大值Emax小于預設的高壓電機對于防暈層表面的表面 電場強度要求值Emax0、表面損耗密度的最大值Wmax小于預設的高壓電機對于防暈層表面的表面損耗密度要求值Wmax0三個條件是否同時成立,如果同時成立則跳轉執行步驟2.4.2);否則,目標函數輸出結果為目標函數默認值(本實施例中具體值為5);
2.4.2)目標函數輸出結果為表面電場強度的最大值Emax除以預設的高壓電機對于防暈層表面相對線棒的電場強度要求值Emax0、表面損耗密度的最大值Wmax除以預設的高壓電機對于防暈層表面的表面損耗密度要求值Wmax0、電位的最大值Uend除以預設的高壓電機對于防暈層表面的電位要求值Uend0的結果再加上目標函數默認值減1(本實施例中具體值為4)三者的乘積。
本實施例中,預設的高壓電機對于防暈層表面的表面電場強度要求值Emax0為8.1e5,預設的高壓電機對于防暈層表面的表面損耗密度的要求值Wmax0為6e6,預設的高壓電機對于防暈層表面相對線棒的電位的要求值Uend0為3.9e4。
參見前述步驟2.4.1)~2.4.2),本實施例中目標函數G_function的偽代碼如下:
if Wmax<6e6&Uend<3.9e4&Emax<8.1e5
G_function=(Emax/8.1e5)*(Wmax/6e6)*(4+Uend/3.9e4)
else
G_function=5;
end
out=G_function;
其中“out=G_function”表示將G_function的結果賦予out并返回到函數定義行。
需要說明的是,步驟3)的具體實現方式有多種,例如采用遺傳算法工具箱或腳本文件編譯軟件自帶的循環方法,都可以實現對防暈層參數進行一定數值范圍內的循環計算,得到防暈結構的最優解。本實施例中,步驟3)中具體是使用腳本文件編譯軟件自帶的循環方法來實現對防暈層參數進行一定數值范圍內的循環計算,得到防暈結構的最優解。
本實施例中,步驟3)的詳細步驟如下:
3.1)初始設置目標函數最優解(為目標函數默認值)、迭代次數(0)、輸出向量零矩陣、輸入變量零矩陣以及待優化計算的防暈結構參數的離散變化范圍;
本實施例中,步驟3.1)的偽代碼為(%后為注釋):


上述依次設定離散形式的8個輸入變量變化范圍的偽代碼中,左側的變量表示待優化計算的防暈結構參數,具體定義參見表1。
3.2)將所有待優化計算的防暈結構參數的離散變化范圍構成多層循環結構來生成變量向量p,每一次迭代對應一個變量向量p;每生成一組變量向量p,循環調用仿真計算函數進行計算變量向量p的目標函數值,并將變量向量p的目標函數值和上一次循環后的目標函數最優解進行比較,如果變量向量p的目標函數值比上一次循環后的目標函數最優解小,則將變量向量p的目標函數值賦值給目標函數最優解并將變量向量p賦值給輸出向量零矩陣;如果循環調用仿真計算函數過程中由于變量向量p的參數結構導致有限元計算結果無法收斂而出錯被強制退出,則跳轉執行步驟3.1)重新設置待優化計算的防暈結構參數的離散變化范圍,以保證每一次循環向量p都可以得到收斂的計算結果;
本實施例中,步驟3.2)的偽代碼為(%后為注釋):


3.3)輸出目標函數最優解以及相對應的變量向量p矩陣。
本實施例中,步驟3.3)的偽代碼為(%后為注釋):
op            %輸出最優目標函數值
simu          %輸出最優目標函數值所對應的輸入變量
以上所述僅是本發明的優選實施方式,本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例,凡 屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出,對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。

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