[發明專利]一種基于數字孿生和閉環尋優的變壓器狀態感知方法

在審

• 申請號: 202310326575.1
• 申請日: 2023-03-28
• 公開（公告）號: CN116413541A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 郭煥輝;王志強;王濤;周晉濤;王之飛;李德金;張波;吳延明;韓丙光;張兆斌;李棟倫;徐立千;高林;張敏
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司德州供電公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G06F30/27;G06N3/0499;G06F119/08;G06F119/14;G06F119/04;G06F119/06;G06F119/02;G06F113/04
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

1.一種基于數字孿生和閉環尋優的變壓器狀態感知方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：采集變壓器電氣應力，所述電氣應力包括工頻電壓、電流、頻率、峰值磁感應強度；

步驟2：通過采集的變壓器電氣應力計算變壓器初始損耗，具體計算公式如下：

Pv＝k×f^a×B^b

式中：Pv表示變壓器初始損耗，f是頻率，B是峰值磁感應強度，k、a、b表示斯坦梅茨系數；

步驟3：根據變壓器初始損耗和變壓器結構參數，初始化變壓器磁芯、繞組的熱阻和熱容，建立溫度模型，進行變壓器內部空間溫度測算，得到變壓器芯溫和外殼溫度；

步驟4：采集變壓器外殼溫度，通過極限學習機網絡模型計算采集的變壓器外殼溫度與計算得到的外殼溫度的溫差，如果溫差小于百分之二則繼續步驟5；如果溫差大于百分之二則根據整體誤差選擇ELM參數，調諧初始損耗計算中的參數k、a、b，并調諧溫度模型的參數，直至計算得到的變壓器外殼溫度與采集的變壓器外殼溫度溫差小于百分之二；

步驟5：輸出變壓器熱阻、熱點溫度；通過熱阻、熱點溫度判斷變壓器老化狀態和剩余壽命，實現變壓器的精準運維和壽命周期管理。

2.根據權利要求1所述的基于數字孿生和參數閉環尋優的電力變壓器內部狀態感知方法，其特征在于，所述溫度模型具體公式如下：

式中：P_loss表示總的耗散功率，V表示變壓器體積，ΔT表示芯溫或外殼溫度與環境溫度之差，Z_th表示從變壓器內到外的整體熱阻抗。

3.根據權利要求2所述的基于數字孿生和參數閉環尋優的電力變壓器內部狀態感知方法，其特征在于，所述變壓器內到外的整體熱阻抗Z_th的具體計算公式如下：

式中：R_th表示熱阻，C_th表示熱容，f表示功率變化頻率，j表示虛部；

所述熱阻R_th具體計算公式如下：

所述熱容C_th具體計算公式如下：

C_th＝c·ρ·d·A，

式中：d表示材料厚度，λ_th表示材料導熱系數，A表示有效傳熱面積，c表示單位體積熱容，ρ表示材料密度。

4.根據權利要求1所述的基于數字孿生和參數閉環尋優的電力變壓器內部狀態感知方法，其特征在于，所述采集變壓器外殼溫度采用熱電偶+數/模轉換模塊。

5.根據權利要求1所述的基于數字孿生和參數閉環尋優的電力變壓器內部狀態感知方法，其特征在于，所述極限學習機網絡模型包括輸入層、隱藏層和輸出層；

所述輸入層接收輸入變量，并且經過自適應差分優化傳遞到隱藏層；所述隱藏層通過獲取的輸入變量進行計算、識別，并將結果輸入到輸出層；所述輸出層用于輸出結果。

6.根據權利要求1所述的基于數字孿生和參數閉環尋優的電力變壓器內部狀態感知方法，其特征在于，所述通過熱阻、熱點溫度判斷變壓器老化狀態和剩余壽命，實現變壓器的精準運維和壽命周期管理的具體方式如下：根據變壓器芯溫的上升幅度和變壓器熱阻抗增加規律，以熱阻增加20％為標準進行剩余服役壽命評估。