非均匀剖分的变压器仿真方法、装置、设备和介质与流程

本发明涉及变压器暂态分析，尤其是涉及一种非均匀剖分的变压器仿真方法、装置、设备和介质。

背景技术：

1、电力系统发生故障、切除故障或是误操作时伴随的电磁暂态过程会对电力变压器产生较大影响，是电力变压器发生事故的主要原因之一。通过研究变压器的暂态过程的电磁振荡、传播机理，可有效避免变压器的损坏和用电事故的进一步扩大，也可以提高电力变压器的设计制造水平，为变压器的制造、运行、维护和故障处理提供理论依据，因此对电力变压器暂态过程的研究是十分必要的。

2、目前，常用的变压器暂态分析方法为时域有限差分法(fdtd)。传统fdtd算法采用全局渐变非均匀网格技术实现空间尺度层面的大小转换，当需要从大尺寸网格过渡至小尺寸网格时，需要以小于或等于1.2倍的变化比例将大尺寸网格逐渐的过度到小尺寸网格。但电力变压器的空间几何尺寸跨度极大，部分组件的尺寸为毫米级，当考虑频变损耗时甚至到达微米级，而变压器油箱、油枕等部件的尺寸为米级，即变压器建模时在空间尺度层面需跨越6个数量级。

3、可见，因为需要全局渐变过渡，传统的fdtd算法在过渡时会额外产生大量的网格，这会增加内存消耗，降低计算效率。并且当网格尺寸存在渐变时，即使渐变倍数小于1.2，仍旧会产生一阶误差，这会影响仿真精度。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供非均匀剖分的变压器仿真方法、装置、设备和介质，以解决传统fdtd算法计算效率低，且因一阶误差的存在而导致仿真精度不足的问题。

2、一种非均匀剖分的变压器仿真方法，所述方法包括：

3、将时域有限差分全域以非均匀网格剖分方式离散化为尺寸突变的网格；其中，所述时域有限差分全域基于变压器的尺寸确定，所述非均匀网格剖分方式设置有尺寸突变的网格之间的分界面及缩比系数；

4、根据所述非均匀网格剖分方式的设置，从预设的参数表中获取相关修正参数；其中，所述相关修正参数用于修正磁场向量的一次空间导数中的一阶误差；

5、在每个网格的任意一个正交方向上，根据上一时间步长的电场向量和环绕电场向量的磁场向量计算当前时间步长的电场向量，以得到所述时域有限差分全域的初始电场值；

6、基于所述相关修正参数调整位于所述分界面处的电场向量的计算公式，并使用调整后的计算公式更新所述初始电场值以得到所述时域有限差分全域的目标电场值；

7、在每个网格的任意一个正交方向上，根据上一时间步长的磁场向量和环绕磁场向量的电场向量计算当前时间步长的磁场向量，以得到所述时域有限差分全域的目标磁场值；其中，所述目标电场值包括所述环绕磁场向量的电场向量；

8、根据当前的目标电场值和目标磁场值判断当前是否满足预设的仿真停止条件，若当前未满足所述仿真停止条件，则返回执行所述在每个网格的任意一个正交方向上，根据上一时间步长的电场向量和环绕电场向量的磁场向量计算当前时间步长的电场向量，以得到所述时域有限差分全域的初始电场值的步骤及后续步骤；

9、若当前满足所述仿真停止条件，则输出当前所述时域有限差分全域的目标电场值和目标磁场值。

10、在其中一个实施例中，所述将时域有限差分全域以非均匀网格剖分方式离散化为尺寸突变的网格之前，还包括：

11、将网格的网格尺寸设置为与网格所覆盖电磁场的电磁场变化率匹配，且与网格所覆盖组件的组件尺寸匹配；其中，网格尺寸与电磁场变化率之间呈反相关，且与组件尺寸之间呈正相关。

12、在其中一个实施例中，所述将时域有限差分全域以非均匀网格剖分方式离散化为尺寸突变的网格，包括：

13、在所述时域有限差分全域的任意一个正交方向上，将电场向量所在的平面设定为所述分界面；

14、在所述分界面的第一侧剖分第一尺寸的第一网格，及在所述分界面第二侧分别以第一位置和第二位置为中心剖分第二尺寸的第二网格；其中，所述第一尺寸大于所述第二尺寸，所述第二尺寸与所述第一尺寸之间的比值为所述缩比系数，所述第一网格的一条边界线位于所述分界面内，所述第一位置和所述第二位置沿着中心线对称，所述中心线在所述分界面第二侧且与所述分界面之间的距离为所述第一尺寸的一半。

15、在其中一个实施例中，根据上一时间步长的电场向量和环绕电场向量的磁场向量计算当前时间步长的电场向量的公式为：

16、

17、上式中，ex、ey、ez为三个正交方向上的电场向量，hx、hy、hz为三个正交方向上的磁场向量，q表示时间步数，i、j、k为网格内以电场向量的位置编号，σ表示对应网格内的等效电导率，ε表示对应网格内的介电常数，δt为预设间隔时间，δx、δy、δz为三个正交方向上的第一尺寸。

18、在其中一个实施例中，调整后的位于所述分界面处的电场向量的计算公式为：

19、

20、上式中，δl和δr为所述相关修正参数，δl指示所述第一位置到所述中心线的距离，δr指示所述第二位置到所述中心线的距离。

21、在其中一个实施例中，根据上一时间步长的磁场向量和环绕磁场向量的电场向量计算当前时间步长的磁场向量的公式为：

22、

23、上式中，μ为磁导率，σm为导磁系数。

24、在其中一个实施例中，所述将时域有限差分全域以非均匀网格剖分方式离散化为尺寸突变的网格之前，还包括：

25、在不同非均匀网格剖分方式下，计算所述分界面处磁场向量的一次空间导数，并通过矢量加权平滑的方式消除所述一次空间导数中的一阶误差，以计算得到不同非均匀网格剖分方式下的相关修正参数；

26、汇总所有非均匀网格剖分方式下的相关修正参数，以形成所述参数表。

27、一种非均匀剖分的变压器仿真装置，所述装置包括：

28、剖分模块，用于将时域有限差分全域以非均匀网格剖分方式离散化为尺寸突变的网格；其中，所述时域有限差分全域基于变压器的尺寸确定，所述非均匀网格剖分方式设置有尺寸突变的网格之间的分界面及缩比系数；及根据所述非均匀网格剖分方式的设置，从预设的参数表中获取相关修正参数；其中，所述相关修正参数用于修正磁场向量的一次空间导数中的一阶误差；

29、仿真模块，用于在每个网格的任意一个正交方向上，根据上一时间步长的电场向量和环绕电场向量的磁场向量计算当前时间步长的电场向量，以得到所述时域有限差分全域的初始电场值；基于所述相关修正参数调整位于所述分界面处的电场向量的计算公式，并使用调整后的计算公式更新所述初始电场值以得到所述时域有限差分全域的目标电场值；在每个网格的任意一个正交方向上，根据上一时间步长的磁场向量和环绕磁场向量的电场向量计算当前时间步长的磁场向量，以得到所述时域有限差分全域的目标磁场值；其中，所述目标电场值包括所述环绕磁场向量的电场向量；

30、循环判断模块，用于根据当前的目标电场值和目标磁场值判断当前是否满足预设的仿真停止条件，若当前未满足所述仿真停止条件，则返回执行所述在每个网格的任意一个正交方向上，根据上一时间步长的电场向量和环绕电场向量的磁场向量计算当前时间步长的电场向量，以得到所述时域有限差分全域的初始电场值的步骤及后续步骤；若当前满足所述仿真停止条件，则输出当前所述时域有限差分全域的目标电场值和目标磁场值。

31、一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述非均匀剖分的变压器仿真方法的步骤。

32、一种非均匀剖分的变压器仿真设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述非均匀剖分的变压器仿真方法的步骤。

33、本发明提供了非均匀剖分的变压器仿真方法、装置、设备和介质，首先将时域有限差分全域以非均匀网格剖分方式离散化为尺寸突变的网格，并根据非均匀网格剖分方式的设置，从预设的参数表中获取相关修正参数，该相关修正参数用于修正磁场向量的一次空间导数中的一阶误差。从而实现对非均匀网格的突变设置，及将其与一次空间导数修正匹配，可实现突变的一次性完成，避免传统非均匀网格技术需要以渐变的形式改变网格尺寸，这样就能节省内存消耗，提升计算效率。接着进行电磁场向量间的迭代仿真，包括在每个网格的任意一个正交方向上，根据上一时间步长的电场向量和环绕电场向量的磁场向量计算当前时间步长的电场向量，以得到时域有限差分全域的初始电场值；及基于相关修正参数调整位于分界面处的电场向量的计算公式，并使用调整后的计算公式更新初始电场值以得到时域有限差分全域的目标电场值；及在每个网格的任意一个正交方向上，根据上一时间步长的磁场向量和环绕磁场向量的电场向量计算当前时间步长的磁场向量，以得到时域有限差分全域的目标磁场值；该过程中修正磁场向量的一次空间导数，可消除电场向量迭代求解中由于非均匀网格设置而产生的一阶误差，从而提升仿真精度；最后根据当前的目标电场值和目标磁场值进行仿真停止条件的判断，直至当前满足仿真停止条件，则输出当前时域有限差分全域的目标电场值和目标磁场值。