直流盆式绝缘子的几何形态优化方法、装置、设备及介质

本申请涉及电力，特别涉及一种直流盆式绝缘子的几何形态优化方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、gis(gas insulated switchgear，气体绝缘金属封闭开关设备)及gil(gas-insulated metal-enclosed transmission lin，气体绝缘金属封闭输电线路)具有安全性高以及环境友好等诸多特点，已经逐步得到广泛应用；然而，长期工作于高压直流环境下，gis及gil设备内部的绝缘子存在电场法向分量，导致工作环境下表面会有电荷的积聚。另外，交流 gis/gil设备中当开关断开后，母线上也将会有一定幅值的直流电势存在，这也将使其内部绝缘件表面积聚电荷；这种表面电荷的存在将畸变原有电场，会导致设备中的内部绝缘件闪络电压显著降低。

2、因此，gis/gil主要应用于交流电网中，并未应用于直流输电系统中。随着高压直流输电工程的快速发展、对直流gis/gil设备需求的日益迫切，对内部绝缘件在高压直流下的表面电荷积聚特性及控制措施的研究已成为电力科研人员研究的热点问题之一。

3、相关技术中，针对直流gis/gil中内部绝缘件表面电荷积聚问题的研究大部分仍停留在电磁场这一个物理场中。而实际工作状态下，内部绝缘件面临着电、热等多物理场的考验，不同物理场相互之间还存在着诸多制约关系。因此内部绝缘设计工作面临着这三者的重重考验。为了贴合生产实际，在直流盆式绝缘子几何形态优化过程中，需要反复进行复杂物理场的重复运算，大大增加了优化计算成本与计算难度。

技术实现思路

1、本申请提供一种直流盆式绝缘子的几何形态优化方法、装置、电子设备及存储介质，可以基于电-热耦合的多物理场仿真方式，并基于等效气体电导率实现直流盆式绝缘子几何形态优化，能够在保证仿真精度的同时，大幅提升直流盆式绝缘子几何形态的优化效率，有效解决直流电场仿真计算量大、仿真效率低等问题。

2、本申请第一方面实施例提供一种直流盆式绝缘子的几何形态优化方法，包括以下步骤：获取待仿真直流盆式绝缘子的几何形态参数和至少一个优化目标；基于所述至少一个优化目标匹配所述直流盆式绝缘子的至少一个目标函数，并基于预设等效气体电导率优化后的优化后的算法和所述几何形态参数计算所有目标函数的最优解；基于所述最优解优化所述待仿真直流盆式绝缘子的几何形态，并在预设直流电场仿真环境中仿真得到所述待仿真直流盆式绝缘子优化后的几何形态。

3、可选地，在基于预设等效气体电导率优化后的优化后的算法和所述几何形态参数计算所有目标函数的最优解之前，包括：利用离子动力学方程生成仿真数据；利用岭回归从所述仿真数据中训练得到等效气体电导率的函数表达式，基于所述函数表达式得到所述预设等效气体电导率。

4、可选地，所述基于预设等效气体电导率优化后的优化后的算法和所述几何形态参数计算所有目标函数的最优解，包括：以所述几何形态参数作为可行解，并对所述可行解进行编码得到多个个体，并基于多个个体构建种群；计算每个个体的目标函数值，根据所述每个个体的目标函数值确定所述种群的最优解；根据每次迭代得到的所述种群的最优解中的最优个体，并将所述最优个体解码得到可行解作为所述所有目标函数的最优解。

5、可选地，在预设直流电场仿真环境中仿真得到所述待仿真直流盆式绝缘子优化后的几何形态之前，包括：获取所述待仿真直流盆式绝缘子的仿真设置参数；基于所述仿真设置参数生成所述直流盆式绝缘子的预设直流电场仿真环境。

6、可选地，所述几何形态参数包括绝缘子轮廓参数和屏蔽结构参数。

7、可选地，所述至少一个优化目标包括：施加正向直流电场的时刻与电场仿真一致、电荷积聚至稳态过程中的温度分布影响程度小于第一预设程度、电场极性反转瞬间的电场畸变程度小于第二预设程度、极性反转后的稳态时刻电荷消散与积聚再次达到稳态、绝缘子的力学强度达到预设强度中的至少一个。

8、本申请第二方面实施例提供一种直流盆式绝缘子的几何形态优化装置，包括：获取模块，用于获取待仿真直流盆式绝缘子的几何形态参数和至少一个优化目标；求解模块，用于基于所述至少一个优化目标匹配所述直流盆式绝缘子的至少一个目标函数，并基于预设等效气体电导率优化后的优化后的算法和所述几何形态参数计算所有目标函数的最优解；仿真模块，用于基于所述最优解优化所述待仿真直流盆式绝缘子的几何形态，并在预设直流电场仿真环境中仿真得到所述待仿真直流盆式绝缘子优化后的几何形态。

9、可选地，所述直流盆式绝缘子的几何形态优化装置还包括：计算模块，用于利用离子动力学方程生成仿真数据；利用岭回归从所述仿真数据中训练得到等效气体电导率的函数表达式，基于所述函数表达式得到所述预设等效气体电导率。

10、可选地，所述求解模块进一步用于：以所述几何形态参数作为可行解，并对所述可行解进行编码得到多个个体，并基于多个个体构建种群；计算每个个体的目标函数值，根据所述每个个体的目标函数值确定所述种群的最优解；根据每次迭代得到的所述种群的最优解中的最优个体，并将所述最优个体解码得到可行解作为所述所有目标函数的最优解。

11、可选地，本申请的直流盆式绝缘子的几何形态优化装置还包括：生成模块，用于获取所述待仿真直流盆式绝缘子的仿真设置参数；基于所述仿真设置参数生成所述直流盆式绝缘子的预设直流电场仿真环境。

12、可选地，所述几何形态参数包括绝缘子轮廓参数和屏蔽结构参数。

13、可选地，所述至少一个优化目标包括：施加正向直流电场的时刻与电场仿真一致、电荷积聚至稳态过程中的温度分布影响程度小于第一预设程度、电场极性反转瞬间的电场畸变程度小于第二预设程度、极性反转后的稳态时刻电荷消散与积聚再次达到稳态、绝缘子的力学强度达到预设强度中的至少一个。

14、本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的直流盆式绝缘子的几何形态优化方法。

15、本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的直流盆式绝缘子的几何形态优化方法。

16、由此，本申请至少具有如下有益效果：

17、本申请实施例可以基于电-热耦合的多物理场仿真方式，并基于等效气体电导率实现直流盆式绝缘子几何形态优化，能够在保证仿真精度的同时，大幅提升直流盆式绝缘子几何形态的优化效率，有效解决直流电场仿真计算量大、仿真效率低等问题。

18、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种直流盆式绝缘子的几何形态优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于预设等效气体电导率优化后的优化后的算法和所述几何形态参数计算所有目标函数的最优解之前，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设等效气体电导率优化后的优化后的算法和所述几何形态参数计算所有目标函数的最优解，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在预设直流电场仿真环境中仿真得到所述待仿真直流盆式绝缘子优化后的几何形态之前，包括：

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述几何形态参数包括绝缘子轮廓参数和屏蔽结构参数。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个优化目标包括：施加正向直流电场的时刻与电场仿真一致、电荷积聚至稳态过程中的温度分布影响程度小于第一预设程度、电场极性反转瞬间的电场畸变程度小于第二预设程度、极性反转后的稳态时刻电荷消散与积聚再次达到稳态、绝缘子的力学强度达到预设强度中的至少一个。

7.一种直流盆式绝缘子的几何形态优化装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7的装置，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述求解模块进一步用于：

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

11.根据权利要求7-10任意一项所述的装置，其特征在于，所述几何形态参数包括绝缘子轮廓参数和屏蔽结构参数。

12.根据权利要求7-10任意一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个优化目标包括：施加正向直流电场的时刻与电场仿真一致、电荷积聚至稳态过程中的温度分布影响程度小于第一预设程度、电场极性反转瞬间的电场畸变程度小于第二预设程度、极性反转后的稳态时刻电荷消散与积聚再次达到稳态、绝缘子的力学强度达到预设强度中的至少一个。

13.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-6任一项所述的直流盆式绝缘子的几何形态优化方法。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-6任一项所述的直流盆式绝缘子的几何形态优化方法。

技术总结
本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种直流盆式绝缘子的几何形态优化方法、装置、设备及介质，其中，方法包括：获取待仿真直流盆式绝缘子的几何形态参数和至少一个优化目标；基于至少一个优化目标匹配直流盆式绝缘子的至少一个目标函数，并基于预设等效气体电导率优化后的优化后的算法和几何形态参数计算所有目标函数的最优解；基于最优解优化待仿真直流盆式绝缘子的几何形态，并在预设直流电场仿真环境中仿真得到待仿真直流盆式绝缘子优化后的几何形态。由此，本申请实施例可以在保证仿真精度的同时，大幅提升直流盆式绝缘子几何形态的优化效率，有效解决直流电场仿真计算量大、仿真效率低等问题。

技术研发人员：何金良,胡军,梁作栋,庄伟建,李传扬,公多虎,岳云凯
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13