[發(fā)明專利]一種基于多種群遺傳算法的盆式絕緣子電氣和機(jī)械性能綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

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• 申請日: 2015-12-16
• 公開（公告）號: CN105574266B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭宗仁;王浩然;郭子豪;王闖;李禾
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/12
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉霞

本發(fā)明公開了一種基于多種群遺傳算法的盆式絕緣子電氣和機(jī)械性能綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：建立盆式絕緣子的電場和應(yīng)力有限元分析程序；劃分盆式絕緣子待優(yōu)化部位；確定盆式絕緣子各部位優(yōu)化決策變量和約束條件，建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；構(gòu)造盆式絕緣子結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)評價(jià)函數(shù)；采用多種群遺傳算法，調(diào)用有限元分析程序進(jìn)行求解。本發(fā)明綜合考慮了盆式絕緣子的電氣性能和機(jī)械性能，可以為具有復(fù)雜形狀的盆式絕緣子的整體結(jié)構(gòu)確定出全面的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，有效降低盆式絕緣子的設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)成本，具有廣泛的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于多種群遺傳算法的盆式絕緣子電氣和機(jī)械性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

盆式絕緣子是氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(Gas Insulated Switchgear，GIS)的關(guān)鍵部件，在GIS中起著支撐導(dǎo)體、隔離氣室和電氣絕緣的作用，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮電氣和機(jī)械兩方面的性能。目前對于盆式絕緣子的設(shè)計(jì)主要是借助計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算手段，針對盆式絕緣子的某一位置的電性能進(jìn)行優(yōu)化，這忽視了盆式絕緣子結(jié)構(gòu)改變時(shí)對其機(jī)械性能的影響，具有局限性。

盆式絕緣子結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)涉及到內(nèi)、外屏蔽電極形狀與位置，盆體形狀等多個變量，性能要求包括盆體表面電場，內(nèi)、外屏蔽電極表面場強(qiáng)，盆體表面應(yīng)力等多個目標(biāo)，屬于多變量多目標(biāo)約束的最優(yōu)化問題范疇。盆式絕緣子形狀復(fù)雜，需要較多參數(shù)才能確定一種結(jié)構(gòu)，采用經(jīng)典遺傳算法同時(shí)求解整體最優(yōu)結(jié)構(gòu)很難收斂。

中國優(yōu)秀碩士論文全文數(shù)據(jù)庫中公開了一種特高壓電氣設(shè)備的電場特性及絕緣性能的研究(沈陽工業(yè)大學(xué)、梁超、2010年7月)，該論文對特高壓GIS隔離開關(guān)氣室三維電場進(jìn)行了分析計(jì)算。針對模型實(shí)際結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，應(yīng)用自定義網(wǎng)格劃分控制工具的參數(shù)設(shè)置對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，解決了智能剖分后的一系列問題。基于電場數(shù)值分析理論，采用有限元分析方法，對隔離開關(guān)的氣室進(jìn)行電場計(jì)算，獲得其內(nèi)部電場強(qiáng)度分布和內(nèi)部絕緣部件表面電場強(qiáng)度的分布曲線，通過電場強(qiáng)度結(jié)果分析，得出隔離開關(guān)氣室內(nèi)電場強(qiáng)度較大的位置及電場強(qiáng)度值。最后，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行絕緣校核，驗(yàn)證特高壓隔離開關(guān)的絕緣水平。快速暫態(tài)過電壓(VFTO)是GIS中特有的一種過電壓，是隔離開關(guān)分合母線電容電流時(shí)產(chǎn)生的，具有上升時(shí)間短及幅值高的特點(diǎn)，并且工作氣壓下絕緣子沿面在VFTO作用下比雷電波作用下要危險(xiǎn)得多。因而，該論文研究VFTO作用下的盆式絕緣子的沿面電場分布。利用暫態(tài)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了VFTO作用下，盆式絕緣子的電位分布與電場強(qiáng)度分布。通過對盆式絕緣子暫態(tài)和靜態(tài)電場計(jì)算結(jié)果的比較分析，說明以往對GIS及其相連設(shè)備的絕緣設(shè)計(jì)大部分是通過靜電場計(jì)算，只考慮雷電沖擊下與操作沖擊下的電場特性是不準(zhǔn)確的，應(yīng)該考慮到暫態(tài)特性，高頻下介電常數(shù)的非線性變化，考察盆式絕緣子的絕緣水平時(shí)，應(yīng)以暫態(tài)電場計(jì)算的最大值為判據(jù)。從而為盆式絕緣子的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論參考。