一种GIS设备仿真模型的设计方法、系统及电子设备与流程

本申请属于电气设备仿真领域，具体涉及一种gis设备仿真模型的设计方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear，gis)因占地面积小，运行可靠性高等优点，在电力系统中被广泛的应用。gis设备温度过高会导致设备老化，影响设备可靠运行，因此gis设计时需要充分考虑温升情况。

2、由于gis产品零部件多、空间结构复杂，无法通过理论计算获得温度分布情况，因此目前的gis设计过程一般先进行初步的结构设计，然后利用cfd仿真软件进行温升的校核计算，如果温升情况不满足要求，则需要重新修改设计。先设计后校核的方法可能需要多次试错，并且难以获得最优解。

技术实现思路

1、基于此，本发明提供一种gis设备仿真模型的设计方法、系统及电子设备，利用cfd仿真软件获得gis设备的温升特性，建立温升值与gis设备结构参数的关系，进而优化仿真模型的设计，有效降低gis设备的温升。

2、本发明提供一种gis设备仿真模型的设计方法，包括：

3、建立gis设备的三维几何模型；

4、基于三维几何模型进行cfd仿真，得到gis设备各零部件的温升值；

5、建立各零部件的温升值与gis设备结构参数的关系，得到温升-结构参数关系式；

6、以gis设备结构参数为变量建立多目标优化模型，温升-结构参数关系式用于确定多目标优化模型中目标函数的约束条件；

7、求解多目标优化模型得到gis设备结构参数的最优解；

8、根据gis设备结构参数的最优解更新三维几何模型。

9、进一步地，基于三维几何模型进行cfd仿真，得到gis设备各零部件的温升值包括：

10、把三维几何模型导入cfd仿真软件；

11、利用cfd仿真软件执行如下过程：

12、抽取gis设备内外的气体域；

13、对gis设备的三维几何模型及气体域划分网格；

14、基于划分的网格进行温升仿真计算，得到gis设备各零部件的温升值。

15、进一步地，建立各零部件的温升值与gis设备结构参数的关系，得到温升-结构参数关系式包括：

16、获取gis设备各零部件的热流密度；

17、根据gis设备各零部件的温升值计算gis设备各零部件的平均温度；

18、计算gis设备内部的绝缘气体的平均温度；

19、根据gis设备各零部件的热流密度和平均温度，以及绝缘气体的平均温度，计算gis设备各零部件的自然对流换热系数；

20、把gis设备各零部件的自然对流换热系数作为已知量，建立gis设备各零部件的温升值与gis设备结构参数的关系，得到温升-结构参数关系式。

21、进一步地，温升-结构参数关系式利用热阻网络方法建立如下：

22、ti＝f(x1，x2，x3…，xn)，i＝1，2，3…m

23、其中，ti表示第i个零部件的温升值，xn表示结构参数，m为零部件的数量，n为结构参数数量，gis设备各零部件的自然对流换热系数作为关系式的已知量参与关系式的建立。

24、进一步地，多目标优化模型以gis设备的材料成本最低及占地面积最小为目标。

25、进一步地，多目标优化模型中的目标函数为gis设备的材料成本与占地面积的加权函数，目标函数表达如下：

26、f(x1，x2…xn)＝ω1f1(x1，x2…xn)+ω2f2(x1，x2…xn)

27、其中，f(x1，x2…xn)表示目标函数，f1(x1，x2…xn)表示gis设备的材料成本，f2(x1，x2…xn)表示gis设备的占地面积，ω1和ω2分别为材料成本和占地面积的权重，x1，x2…xn表示gis设备结构参数。

28、本发明提供一种gis设备仿真模型的设计系统，包括：

29、几何建模单元，用于建立gis设备的三维几何模型；

30、cfd仿真单元，用于基于三维几何模型进行cfd仿真，得到gis设备各零部件的温升值，及，建立各零部件的温升值与gis设备结构参数的关系，得到温升-结构参数关系式；

31、目标优化单元，用于以结构参数为变量建立多目标优化模型，温升-结构参数关系式用于确定多目标优化模型中目标函数的约束条件；

32、目标求解单元，用于求解多目标优化模型得到gis设备结构参数的最优解；

33、模型更新单元，用于根据gis设备结构参数的最优解更新三维几何模型。

34、进一步地，cfd仿真单元还用于执行如下过程：

35、获取gis设备各零部件的热流密度；

36、根据gis设备各零部件的温升值计算gis设备各零部件的平均温度；

37、计算gis设备内部的绝缘气体的平均温度；

38、根据gis设备各零部件的热流密度和平均温度，以及绝缘气体的平均温度，计算gis设备各零部件的自然对流换热系数；

39、把gis设备各零部件的自然对流换热系数作为已知量，建立gis设备各零部件的温升值与gis设备结构参数的关系，得到温升-结构参数关系式。

40、另外，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器；

41、所述存储器，用于存储程序；

42、所述处理器，用于执行所述程序，实现前述gis设备仿真模型的设计方法的各个步骤。

43、本发明提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现前述gis设备仿真模型的设计方法的各个步骤。

44、本发明具有如下有益效果：

45、本发明提供了一种gis设备仿真模型的设计方法、系统及电子设备，其中的设计方法通过cfd仿真获得gis设备的温升特性，据此建立gis设备各零部件的温升值与gis设备结构参数之间的关系，并以此为约束条件进行多目标优化，求解得到gis设备结构参数的最优解，可以在gis设备的设计阶段获得更合理的设备结构，有效降低gis设备成品的温升，并降低设备制造成本。

技术特征：

1.一种gis设备仿真模型的设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的gis设备仿真模型的设计方法，其特征在于，所述基于所述三维几何模型进行cfd仿真，得到gis设备各零部件的温升值包括：

3.根据权利要求1所述的gis设备仿真模型的设计方法，其特征在于，所述建立各零部件的温升值与gis设备结构参数的关系，得到温升-结构参数关系式包括：

4.根据权利要求3所述的gis设备仿真模型的设计方法，其特征在于，所述温升-结构参数关系式利用热阻网络方法建立如下：

5.根据权利要求1所述的gis设备仿真模型的设计方法，其特征在于，所述多目标优化模型以gis设备的材料成本最低及占地面积最小为目标。

6.根据权利要求5所述的gis设备仿真模型的设计方法，其特征在于，所述多目标优化模型中的目标函数为gis设备的材料成本与占地面积的加权函数，所述目标函数表达如下：

7.一种gis设备仿真模型的设计系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的gis设备仿真模型的设计系统，其特征在于，所述cfd仿真单元还用于执行如下过程：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；

10.一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1～6任一项所述的gis设备仿真模型的设计方法。

技术总结
本申请提出一种GIS设备仿真模型的设计方法、系统及电子设备，所述设计方法先建立GIS设备初始的三维几何模型，通过CFD仿真获得GIS设备的温升特性，据此建立GIS设备各零部件的温升值与GIS设备结构参数之间的关系，并基于温升值与结构参数的关系确定约束条件进行多目标优化，求解多目标优化问题得到GIS设备结构参数的最优解，根据最优解更新初始的三维几何模型，可以在GIS设备的设计阶段获得更合理的设备结构，有效降低GIS设备成品的温升，提高GIS设备的产品质量，并降低设备制造成本。

技术研发人员：顾乐,王勇,刘智勇,朱信红,叶建斌,曲烽瑞
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司广州供电局
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1