【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及牵引变压器，尤其涉及一种基于高阶奇异值分解的牵引变压器的温度场计算方法。
技术介绍
1、近年来，城市轨道交通发展迅速，在解决我国交通拥堵方面发挥巨大作用的同时改善了人民的出行体验。牵引变压器作为轨道交通牵引供电系统的关键设备之一，连接不同的电压等级进行电能传输，其可靠性和安全性对整个系统的安全稳定运行有重要影响。变压器出现异常情况或发生故障的绝大部分原因是设备的绝缘性能下降，并表现为温度异常上升。因此，牵引变压器的温度是反映其运行状态的重要指标。变压器在实际运行过程中产生的损耗以热量的形式传递并散失到周围环境中，生热和散热过程中导致的温升会加剧绝缘性能的退化，缩短绝缘寿命。因此，有必要对变压器的热特性进行监测，保障变压器安全运行。
2、目前，牵引变压器在出厂之前会在绕组内部固定位置装设温度传感器，但在设备运行过程中负载率的变化会引起热点温度位置的偏移，导致热点温度测量并不准确。因此，需要对牵引变压器温度场模型进行计算，得到设备内部整体的温度分布，便于对变压器不易测量部位的温度进行观测。传统的温度场数值模型自由度高、计算量大和计算耗时长，无法实时获得温度。为解决这一问题，可在保证一定精度的基础上对变压器温度场模型进行降阶，减少计算时间。现有的研究大多针对变压器负荷波动较小的稳态情况进行降阶，对牵引变压器冲击性负荷的动态研究较少。牵引变压器在投入运行之后经常面临冲击性负荷，负荷波动快且剧烈。由于传热的时间常数要远大于电磁常数，因此牵引变压器的温度场处于动态变化之中，无法采用稳态场参数进行描述，需要对瞬态温度
技术实现思路
1、本专利技术的实施例提供了一种基于高阶奇异值分解的牵引变压器的温度场计算方法，以实现有效地获取牵引变压器的温度。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
3、一种基于高阶奇异值分解的牵引变压器的温度场计算方法，包括：
4、构建电-热-流耦合的牵引变压器温度场全阶模型，对所述牵引变压器温度场全阶模型进行参数设置；
5、利用所述牵引变压器温度场全阶模型求解出牵引变压器的稳态场并进行瞬态场迭代；
6、基于所述牵引变压器的瞬态场通过高阶奇异值分解，求解出牵引变压器的瞬态温度场降阶模型；
7、对所述牵引变压器的温度场降阶模型进行评估。
8、优选地，所述的构建电-热-流耦合的牵引变压器温度场全阶模型，对所述牵引变压器温度场全阶模型进行参数设置，包括：
9、根据牵引变压器的实际结构，构建包括铁芯和高低压绕组的牵引变压器全尺寸简化模型，铁芯是由多层硅钢片堆叠而成的，忽略每层硅钢片之间的气隙，将铁芯和高低压绕组各看成一个整体，将芯柱作为圆柱体处理；将高低压绕组作为圆环柱体，在变压器本体外部建立空气域；
10、设置牵引变压器中的高低压绕组、铁芯和绝缘材料的比热、密度以及在x、y、z方向上的导热系数，设置空气域的导热率、比热、动力粘度参数，对牵引变压器施加激励源，高低压绕组损耗pdc的计算方法如下：
11、
12、式中，i1n和i2n分别代表一、二次侧绕组的额定相电流；r1,120℃和r2,120℃分别代表一、二次侧绕组折算到120℃时的电阻值；
13、通过采集牵引变压器绕组实际电流，根据高低压绕组损耗pdc计算绕组和铁芯的单位体积热率q，将热源施加到牵引变压器温度场全阶模型的相应部位；
14、
15、式中，q为各部分单位体积热率，w/m3；p为铁芯或绕组损耗值，w；v为各部分损耗的等效体积，m3；
16、将铁芯和绕组作为牵引变压器的热传导边界条件，变压器与空气接触的表面为对流散热边界，选择共轭传热物理场，通过求解温度场、流场的控制方程，不断迭代得到最终温度，得到电-热-流耦合的牵引变压器温度场全阶模型。
17、优选地，所述的利用所述牵引变压器温度场全阶模型求解出牵引变压器的稳态场并进行瞬态场迭代，包括：
18、选取变压器的三相平均负载率，求解不同部位的稳态热源，进行稳态计算，将计算结果作为初始状态；
19、将三相电流值代入所述牵引变压器温度场全阶模型，求得变压器不同部位的热源，将瞬态热源代替稳态时的热源，将稳态场最后时刻的解作为初始条件和不求解的量，其他条件的设置不变，求解之后的温度场；
20、获取下一时刻的电流值计算更新热源，将上一次计算的瞬态场在最后时刻的解作为初始条件和不求解的量，其他条件的设置不变，求解之后的温度场；
21、重复上述处理过程，求解得到牵引变压器不同时刻的温度场；
22、优选地，所述的基于所述牵引变压器的瞬态场通过高阶奇异值分解，求解出牵引变压器的瞬态温度场降阶模型，包括：
23、根据牵引变压器不同时刻的温度场选取典型工况下的温度样本数据，随机抽取负荷、温度、风速组合生成正常运行场景，模拟不同运行场景下的牵引变压器的温度变化特性，获取牵引变压器的温度样本数据；
24、在牵引变压器的温度样本数据中抽取p个不同工况下的样本解，对于每个不同工况选取m个离散时刻的各网格节点温度值，得到变压器温度场样本点空间t，对所述变压器温度场样本点空间t进行高阶奇异值分解，得到牵引变压器的瞬态温度场降阶模型。
25、优选地，所述的对所述变压器温度场样本点空间t进行高阶奇异值分解，得到牵引变压器的瞬态温度场降阶模型，包括：
26、设置t是一个大小为n×p×m的三维张量，n代表网格节点数量，p代表不同工况的数量，m代表抽取的离散时间点，每个数据点代表相应工况下对应时刻该网格节点的温度；通过高阶奇异值分解可将张量t分解为一个核张量和3个因子矩阵的模式积，表示为：
27、t＝s×1u1×2u2×3u3 (9)
28、式中，s是大小为r1×r2×r3的核张量，矩阵u1、u2、u3为因子矩阵，矩阵u1的大小为n×r1，矩阵u2的大小为p×r2，矩阵u3的大小为m×r3，u1、u2、u3三个因子矩阵是网格节点温度、工况、时间点三个不同空间对应的正交基；
29、对于j工况下第k个时刻的第i个网格节点温度，通过分解后将第i个网格节点温度表示为：
30、
31、式中，smnl、uim、vjn、wkl分别为s、u1、u2、u3对应位置的元素；
32、通过高阶奇异值分解后截取前s个最大的子张量及其对应的特征向量，重构各网格节点的温度当重构节点温度与实际节点温度tijk的范数不断接近于0时，重构节点温度和实际节点温度不断接近于相等，将优化问题转化为求解张量t的核张量和因子矩阵并最小化温度误差的模型：
33、
34、对于公式(6)所示的优化问题可采用交替最小二乘法进行求解，得到牵引变压器瞬态温度场降阶模型。
35、优选地，所述的对所述牵引变压器的温度场降阶模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高阶奇异值分解的牵引变压器的温度场计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的构建电-热-流耦合的牵引变压器温度场全阶模型，对所述牵引变压器温度场全阶模型进行参数设置，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的利用所述牵引变压器温度场全阶模型求解出牵引变压器的稳态场并进行瞬态场迭代，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的基于所述牵引变压器的瞬态场通过高阶奇异值分解，求解出牵引变压器的瞬态温度场降阶模型，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的对所述变压器温度场样本点空间T进行高阶奇异值分解，得到牵引变压器的瞬态温度场降阶模型，包括：
6.根据权利要求4或者5所述的方法，其特征在于，所述的对所述牵引变压器的温度场降阶模型进行评估，包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于高阶奇异值分解的牵引变压器的温度场计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的构建电-热-流耦合的牵引变压器温度场全阶模型，对所述牵引变压器温度场全阶模型进行参数设置，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的利用所述牵引变压器温度场全阶模型求解出牵引变压器的稳态场并进行瞬态场迭代，包括：
4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈林，赵媛媛，解晓勇，李更彧，俞屹，王璐，张钢，陈杰，杨静俭，刘怡凡，
申请(专利权)人：北京市地铁运营有限公司供电分公司，
类型：发明
国别省市：
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