【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁芯磁化特性，具体为一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法及系统。
技术介绍
1、随着城市轨道交通的快速发展，因走行轨对地不完全绝缘而产生的动态杂散电流逐渐增多，其对变压器的影响日益增大。动态杂散电流即随时间动态变化的杂散电流在通过中性点流入变压器后会导致变压器出现振动噪声加剧，损耗增大，励磁电流谐波增加等一系列问题，因此对动态杂散电流干扰下变压器铁芯的磁特性进行探究非常重要。
2、磁滞回线参数辨识作为研究铁芯磁特性的关键手段之一，现有的研究主要针对在正常工作条件、材料特性发生改变等工况下的磁滞回线进行参数辨识，从而使得磁滞回线的描绘更加准确。传统的磁滞回线用于表示磁性物质在周期变化的磁场强度下的磁滞现象，表明了磁性物质在反复磁化过程中磁感应强度b与磁场强度h的关系，具有明显的周期性。但动态杂散电流因其电流值随时间动态变化，产生的磁场强度也随时间动态变化，故而对铁芯磁特性造成的影响随时间变化而变化，不再具有周期性。由于传统的磁滞回线仅能表示二维层面上h与b的变化关系，忽视了时间域上h与b的变化关系，因此传统磁滞回线已经无法准确表述时间域上h与b的变化规律，也即无法准确表述动态杂散电流影响下磁性材料的磁滞特性。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种能够准确描述磁性材料的磁滞特性在动态杂散电流影响下的变化情况的方法及系统，为后续磁滞损耗和磁性材料工作温度的研究提供帮助。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方
3、构建目标铁芯对应的j-a磁滞模型；
4、获取目标铁芯多个不同时刻的动态杂散电流的电流值，根据获取的电流值计算动态杂散电流产生的磁场强度，将动态杂散电流产生的磁场强度与正常工频交流电流在目标铁芯内部产生的交流磁场强度叠加得到的目标磁场强度作为j-a磁滞模型的总输入；
5、采用回溯搜索优化算法对输入目标磁场强度后的j-a磁滞模型进行参数辨识，将参数辨识后得到j-a磁滞模型的模型参数代入j-a磁滞模型，并在此基础上基于目标磁场强度得到对应的实际磁化强度，利用目标磁场强度和实际磁化强度得到目标磁感应强度b(t)；
6、对目标磁场强度和目标磁感应强度进行曲线拟合，得到目标铁芯的三维磁滞回线。
7、进一步的，所述目标铁芯对应的j-a磁滞模型表示为：
8、（1）；
9、式中，表示实际磁化强度对目标磁场强度的微分；表示微分算子；为防止出现非物理解而引出的系数；为可逆磁化系数；为不可逆损耗系数；为方向系数，当目标磁场强度的变化率dh(t)/dt>0时，，当dh(t)/dt<0时，；t表示时间；为无磁滞效应磁化强度，为畴壁相互作用系数。
10、进一步的，所述无磁滞效应磁化强度表示为：
11、（2）；
12、式中，为饱和磁化强度；为无磁滞效应磁化强度形状系数；表示有效磁场强度，其中，为畴壁相互作用系数。
13、进一步的，根据获取的电流值计算动态杂散电流产生的磁场强度的具体过程为：基于安培环路定律求解动态杂散电流产生的磁场强度：
14、（3）；
15、式中，为绕组线圈匝数；为动态杂散电流；为有效磁路长度。
16、进一步的，将动态杂散电流产生的磁场强度与正常工频交流电流在目标铁芯内部产生的交流磁场强度叠加得到的目标磁场强度作为j-a磁滞模型的总输入由式（4）表示：
17、（4）。
18、进一步的，采用回溯搜索优化算法对j-a磁滞模型进行参数辨识，将参数辨识后得到的模型参数代入j-a磁滞模型，并在此基础上基于目标磁场强度得到对应的实际磁化强度，利用目标磁场强度和实际磁化强度得到目标磁感应强度b(t)的具体过程为：
19、对回溯搜索优化算法的参数初始化；
20、设置回溯搜索优化算法的种群大小和种群迭代次数，同时，给定步长因子γ和随机扰动因子r，并在约束条件内初始化产生满足约束条件的个体，其中，每个个体由、、、、共五个j-a磁滞模型内的参数组成，、、、、的取值范围组成约束条件；
21、对回溯搜索优化算法的种群内个体进行迭代更新；
22、通过式（5）改变个体包含的、、、、参数，实现种群内个体的迭代更新；
23、（5）；
24、式中，为种群内个体包含的、、、、参数的变化步长，其中，为约束条件的上界，为约束条件的下界；为第代种群；为第代种群；表示产生由0~1之间均匀分布的随机数组成的数组；表示获取目标矩阵的行数和列数；
25、对超出约束条件的个体包含的、、、、参数按式（6）和式（7）进行上下限控制：
26、超出上限：（6）；
27、超出下限：（7）；
28、式中，表示个体中第m个包含的、、、、参数；表示上限的第m个、、、、参数；表示下限的第m个、、、、参数；
29、将更新后的所有种群内个体代入j-a磁滞模型，得到每个时刻的实际磁化强度，基于每个时刻的目标磁场强度和每个时刻的实际磁化强度确定每个时刻的目标磁感应强度b(t)；
30、使用适应度函数计算每次迭代更新后的种群内每个个体的适应度值，适应度函数f表示为：
31、（8）；
32、式中，为通过j-a磁滞模型计算得到的目标磁感应强度数据中的第个值；为基准磁感应强度数据中的第j个值；为数据点的个数；
33、判断是否达到终止条件，当达到终止条件时，选择适应度值最小的个体作为最优输出，否则判断迭代更新次数是否为规定值，当迭代更新次数为规定值则重新初始化，否则开始下一次种群内个体的迭代更新。
34、进一步的，对目标磁场强度和目标磁感应强度进行曲线拟合，得到目标铁芯的三维磁滞回线的具体过程为：构建以x轴、y轴、z轴为坐标轴的三维直角坐标系，将目标磁场强度和目标磁感应强度分别作为三维直角坐标系的x轴和y轴数据，将时间t作为三维直角坐标系的z轴数据绘制目标铁芯的三维磁滞回线。
35、一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘系统，包括：
36、构建模块，用于构建目标铁芯对应的j-a磁滞模型；
37、计算模块，用于获取目标铁芯多个不同时刻的动态杂散电流的电流值，根据获取的电流值计算动态杂散电流产生的磁场强度，将动态杂散电流产生的磁场强度与正常工频交流电流在目标铁芯内部产生的交流磁场强度叠加得到的目标磁场强度作为j-a磁滞模型的总输入；
38、辨识模块，用于采用回溯搜索优化算法对输入目标磁场强度后的j-a磁滞模型进行参数辨识，将参数辨识后得到j-a磁滞模型的模型参数代入j-a磁滞模型，并在此基础上基于目标磁场强度得到对应的实际磁化强度，利用目标磁场强度和实际磁化强度得到目标磁感应强度；
39、拟合模块，用于对目标磁场强度和目标磁感应强度进行曲线拟合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：所述目标铁芯对应的J-A磁滞模型表示为：
3.根据权利要求2所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：所述无磁滞效应磁化强度表示为：
4.根据权利要求3所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：根据获取的电流值计算动态杂散电流产生的磁场强度的具体过程为：基于安培环路定律求解动态杂散电流产生的磁场强度：
5.根据权利要求4所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：将动态杂散电流产生的磁场强度与正常工频交流电流在目标铁芯内部产生的交流磁场强度叠加得到的目标磁场强度作为J-A磁滞模型的总输入由式（4）表示：
6.根据权利要求5所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：采用回溯搜索优化算法对J-A磁滞模型进行参数辨识，将参数辨识后得到的模型参数代入J-A磁滞模型，并在此基础上基于目标磁场强度得到对应的实际
7.根据权利要求6所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：对目标磁场强度和目标磁感应强度进行曲线拟合，得到目标铁芯的三维磁滞回线的具体过程为：构建以x轴、y轴、z轴为坐标轴的三维直角坐标系，将目标磁场强度和目标磁感应强度分别作为三维直角坐标系的x轴和y轴数据，将时间t作为三维直角坐标系的z轴数据绘制目标铁芯的三维磁滞回线。
8.一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘系统，其特征在于：所述目标铁芯对应的J-A磁滞模型表示为：
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求 1至7中任意一项所述的基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：所述目标铁芯对应的j-a磁滞模型表示为：
3.根据权利要求2所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：所述无磁滞效应磁化强度表示为：
4.根据权利要求3所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：根据获取的电流值计算动态杂散电流产生的磁场强度的具体过程为：基于安培环路定律求解动态杂散电流产生的磁场强度：
5.根据权利要求4所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：将动态杂散电流产生的磁场强度与正常工频交流电流在目标铁芯内部产生的交流磁场强度叠加得到的目标磁场强度作为j-a磁滞模型的总输入由式（4）表示：
6.根据权利要求5所述的一种基于磁滞模型的三维时域磁滞回线描绘方法，其特征在于：采用回溯搜索优化算法对j-a磁滞模型进行参数辨识，将参数辨...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐碧川，刘欣，童涛，蔡智超，晏年平，李唐兵，
申请(专利权)人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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