一种高压电抗器的优化设计方法

本发明属于高精度计算领域，尤其是涉及一种高压电抗器的优化设计方法。

背景技术：

1、超高压电抗器单层螺线管线圈结构复杂，为满足高电压、超高电压环境下的绝缘和电感需求，线圈间不仅采用了绝缘材料，还在轴向和纵向设置了一定的空隙。这导致磁力线不能完全穿过中心区域，从而产生误差。为提高电感计算精度，常用的电抗器电感计算经验公式中包含多个结构项。然而，在实际工况下，超高压电抗器的优化设计过程中，传统方法所采用的复杂物理原理推导的电感计算公式误差较大，易引发优化误导问题。

2、当前，电抗器设计正朝着紧凑、低成本的方向发展，优化过程中需要多次计算电感。为了提高计算精度，通常需要反复调用繁琐的数值模拟软件，导致优化效率低下。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种高压电抗器的优化设计方法，以解决复杂拓扑结构的超高压电抗器在实际工况下的优化设计，其面临的电感计算误差较大、优化效率低的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种高压电抗器的优化设计方法，包括如下步骤：

4、s1：采集数据样本，并建立样本数据库；

5、s2：根据电抗器的物理特性数据以及敏感性分析结果，确定电感计算模型显示表达式中的待辨识项和变量；

6、s3：根据待辨识项和变量，对样本数据库中的部分数据进行迭代计算，得到具有最佳适应度的待辨识项的具体参数；

7、s4：基于待辨识项的具体参数，构建高精度电感计算模型；

8、s5：将样本数据库中的部分数据，导入高精度电感计算模型验证精度；

9、s6：将所需数据输入高精度电感计算模型，得到高压电抗器的相应数据，完成高压电抗器的优化设计。

10、进一步的，步骤s1中采集数据样本的过程如下：

11、s101：建立参数空间，并确定每个变量参数的取值范围；

12、s102：将每个变量参数的取值范围等分为抽样数量的区间；

13、s103：将每个参数，随机放置于一个划分区间，并在相应的划分区间内生成一个随机样本点；

14、s104：将每个参数所在划分区间内的样本点进行随机重排，得到数据样本采集结果。

15、进一步的，步骤s1中建立样本数据库的过程如下：

16、根据步骤s104中得到的数据样本采集结果，使用数值模拟软件，建立超高压电抗器的几何模型，在几何模型内添加磁场仿真模块，为几何模型施加边界条件，对几何模型设定求解域内的相对磁导率、电导率，对几何模型进行网格剖分，对几何模型进行参数化扫描，并根据扫描结果进行磁场模拟计算，得到电感参数的计算结果，进而建立样本数据库。

17、进一步的，步骤s2得到待辨识项的过程如下：

18、s201：根据超高压电抗器的几何结构，获取所有影响电感计算精度的变量，得到电抗器的物理特性数据；

19、s202：使用数值模拟产生输出电感结果并进行统计分析，计算每个变量对电感的敏感性影响程度；

20、s203：根据电抗器的物理特性数据以及敏感性分析结果，确定电感计算模型显示表达式中的待辨识项和变量。

21、进一步的，步骤s3得到待辨识项具体参数的过程如下：

22、s301：将样本数据库中的数据划分为训练集和测试集；

23、s302：根据训练集数据，进行初始化训练，得到多个代表变量的高维个体；

24、s303：对每一个高维个体的变量，进行组合得到显示表达式，并进行结果预测计算，与实际输出数据进行比较，计算得到个体的适应度；

25、s304：选择适应度高的个体进行遗传操作得到新的个体，并进行迭代计算，迭代得到最终适应度值；

26、s305：根据最终适应度值，分析得到待辨识项的具体参数。

27、相对于现有技术，本发明所述的一种高压电抗器的优化设计方法具有以下有益效果：

28、1.高精度：基于半开放候选集的知识发现模型结合机器学习和优化算法，能够识别辨识项的参数个数、阶次、系数，构建出具有显式表达的高精度电感计算模型，提高了电感计算的准确性；

29、2.提高优化效率：通过应用高精度电感计算模型，避免了反复调用笨重的数值模拟软件，大大提高了电抗器优化设计过程中的计算效率；

30、3.降低优化误导问题：本发明克服了传统方法依赖复杂物理原理推导的电感计算公式误差较大的问题，减少了优化误导问题的出现；

31、4.灵活性：基于半开放候选集的知识发现模型可以灵活地处理不同类型的电抗器设计参数，具有较强的通用性和适用性；

32、5.促进紧凑、低成本设计：本发明提供的优化方法有助于实现超高压电抗器的紧凑、低成本设计，满足现阶段电抗器设计的发展趋势。

技术特征：

1.一种高压电抗器的优化设计方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种高压电抗器的优化设计方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种高压电抗器的优化设计方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种高压电抗器的优化设计方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种高压电抗器的优化设计方法，其特征在于：

技术总结
本发明提供了一种高压电抗器的优化设计方法，包括如下步骤：采集数据样本，并建立样本数据库；根据电抗器的物理特性数据以及敏感性分析结果，确定电感计算模型显示表达式中的待辨识项和变量；根据待辨识项和变量，对样本数据库中的部分数据进行迭代计算，得到具有最佳适应度的不同变量组合，根据辨识的具体参数，构建高精度电感计算模型；将样本数据库中的部分数据，导入高精度电感计算模型进行验证，最后对高压电抗器进行优化设计。本发明有益效果：通过应用高精度电感计算模型，避免了反复调用笨重的数值模拟软件，大大提高了电抗器优化设计过程中的计算效率。

技术研发人员：金亮,祝登锋,杨承晓
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14