【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于换流变压器，具体而言，涉及一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法。
技术介绍
1、换流变压器作为电力系统中的关键设备,其工作稳定性直接关系到电网的安全运行。然而,随着电力系统的日益复杂化和负荷的不断增长,换流变压器经常会遇到各种故障的复杂工况,如多点接地故障、片间短路故障等。这些复杂工况下的故障会导致换流变压器内部局部区域出现严重过热,极大地缩短了设备的使用寿命,甚至引发严重的事故。因此,准确识别和定位这些局部过热故障区域,对于换流变压器的可靠运行和故障诊断至关重要。
2、现有的换流变压器故障诊断技术主要集中在对整机的振动、声发射、油色谱等参数的监测与分析。这些方法能够大致判断出设备是否发生故障,但很难精确定位故障的具体区域。另一种基于有限元模拟的方法,可以通过建立精细的电磁场和温度场模型,分析不同故障工况下换流变压器内部的电磁特性和温度分布。由于有限元分析需要尽量缩小网格尺寸以获得更高精度的模拟结果,因此对计算机的硬件配置要求很高,需要耗费大量的计算时间和存储空间,效率低下。且有限元仿真结果缺乏自动化的故障识别和分类功能。通常需要人工分析和判读有限元仿真得到的电磁场和温度场分布,无法自动快速识别出不同故障工况下的特征模式,劳动强度大。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，能够解决现有技术在利用有限元进行复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位时，存在精细的有限元模型计算机的硬件配置要求很高，且无
2、本专利技术是这样实现的：
3、本专利技术的第一方面提供一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其中，包括以下步骤:
4、s10、建立待测换流变压器的多组缩比模型,根据相似理论确定缩比规则获得多组缩比模型对应的待选缩比因子组；经过优化得到最优缩比因子组；
5、s20、建立待测换流变压器的电磁场方程，利用所述最优缩比因子组对所述电磁场方程进行缩放，获得所述缩比模型的电感缩放因子和电阻缩放因子，并将所述电感缩放因子和电阻缩放因子加入所述最优缩比因子组；
6、s30、根据所述最优缩比因子组，采用有限元分析软件对换流变压器的叠片铁心进行三维电磁场建模，得到缩比叠片铁心三维电磁场模型,确定铁心的等效磁导率和等效电导率；
7、s40、构建无故障工况下仿真的第一模型,以及多点接地故障工况下仿真的第二模型和片间短路故障工况下仿真的第三模型，并对所述第一、第二、第三模型进行有限元仿真；
8、s50、采用卷积神经网络对第一、第二和第三模型的有限元仿真结果进行特征提取和分类,快速识别不同故障工况下的铁心损耗分布；
9、s60、将得到的铁心损耗分布作为热负荷,建立第一、第二、第三模型分别对应的温度场有限元模型,对温度场模型施加预设的对流换热边界条件；
10、s70、对第一、第二、第三模型分别对应的温度场有限元模型进行热仿真计算,获得三种工况下的铁心温度分布；
11、s80、采用无监督学习的聚类算法，根据获得的三种工况下的铁心温度分布识别不同故障工况下的温度异常区域,定位局部过热故障区域；
12、s90、根据所述最优缩比因子组，基于定位的局部过热故障区域，得到所述待测换流变压器中局部过热易发区域。
13、其中，所述复杂工况包括无故障工况、多点接地故障工况以及片间短路故障工况。
14、其中，所述构建无故障工况下仿真的第一模型,以及多点接地故障下仿真的第二模型和片间短路故障工况下仿真的第三模型，具体是：针对无故障工况,利用s20步骤获得的等效参数对缩比模型进行非故障电磁场建模记为第一模型；针对多点接地故障工况,在所述非故障建模中插入铜片并对其进行短路处理,构建多点接地故障的电磁场模型记为第二模型；针对片间短路故障工况,在所述非故障建模中设置铁芯的短路区域和短路故障点,构建片间短路故障的电磁场模型记为第三模型。
15、其中，所述缩比因子组包括尺寸缩比因子、电流密度缩比因子、电位移矢量缩比因子、电场强度缩比因子和磁场强度缩比因子。
16、其中，优化得到最优缩比因子组的方法为遗传算法。
17、所述步骤s10,具体包括:
18、步骤101、根据待测换流变压器的尺寸和结构参数,建立多组几何缩比的数学模型作为缩比模型,以反映换流变压器在不同尺度下的电磁场分布特征；
19、步骤102、通过相似理论分析,确定尺寸缩比因子、电流密度缩比因子、电位移矢量缩比因子、电场强度缩比因子和磁场强度缩比因子作为一组待选的缩比因子组合；
20、可选的，步骤103、采用遗传算法进行迭代优化,寻找使缩比模型与实际换流变压器最为吻合的最优缩比因子组合,得到用于准确描述待测换流变压器电磁场分布的最优缩比模型；可选的，优化得到最优缩比因子组的方法也可以根据专家意见选择。
21、所建立的多组几何缩比数学模型能够反映换流变压器在不同尺度下的电磁场分布特征。
22、所述步骤s20的具体步骤包括:
23、步骤201、基于换流变压器的几何结构和材料参数,建立其等效的电磁场方程；
24、步骤202、利用步骤s10得到的最优缩比因子组,对电磁场方程进行缩放,获得缩比模型的电感缩放因子和电阻缩放因子；
25、步骤203、将电感缩放因子和电阻缩放因子添加到最优缩比因子组中,得到更加完整的缩比参数集合。
26、其中，建立的换流变压器等效电磁场方程,反映了换流变压器的几何结构和材料参数；获得的电感缩放因子和电阻缩放因子,反映了缩比模型在电磁特性上与实际换流变压器的对应关系；建立的换流变压器叠片铁心三维电磁场模型,能够准确描述铁心在缩比条件下的电磁场分布。
27、所述步骤s30具体包括:
28、步骤301、利用步骤s20得到的完整缩比参数集,在有限元分析软件中建立换流变压器叠片铁心的三维电磁场模型；
29、步骤302、通过有限元分析,获得铁心在缩比条件下的等效磁导率和等效电导率。
30、所述步骤s40具体包括:
31、步骤401、利用步骤s30得到的等效磁导率和等效电导率,建立无故障工况下的第一电磁场模型；
32、步骤402、在第一模型的基础上,插入短路铜片,构建多点接地故障的第二电磁场模型；
33、步骤403、在第一模型中设置铁心短路区域和短路故障点,构建片间短路故障的第三电磁场模型。所述步骤401中建立的无故障工况下的第一模型,反映了换流变压器在正常工况下的电磁场特性；所述步骤402和步骤403中分别构建的多点接地故障和片间短路故障的电磁场模型,模拟了换流变压器在不同故障工况下的电磁场行为。
34、其中，采用的采用无监督学习的聚类算法为k-means聚类。
35、其中，采用卷积神经网络对第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，所述构建无故障工况下仿真的第一模型,以及多点接地故障工况下仿真的第二模型和片间短路故障工况下仿真的第三模型，具体是：针对无故障工况,利用S20步骤获得的等效参数对缩比模型进行非故障电磁场建模记为第一模型；针对多点接地故障工况,在所述非故障建模中插入铜片并对其进行短路处理,构建多点接地故障的电磁场模型记为第二模型；针对片间短路故障工况,在所述非故障建模中设置铁芯的短路区域和短路故障点,构建片间短路故障的电磁场模型记为第三模型。
3.根据权利要求1所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，所述缩比因子组包括尺寸缩比因子、电流密度缩比因子、电位移矢量缩比因子、电场强度缩比因子和磁场强度缩比因子。
4.根据权利要求1所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，优化得到最优缩比因子组的方法为遗传算法。
5.根据权利要求1所述的一种复杂工
6.根据权利要求1所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，采用卷积神经网络对第一、第二和第三模型的有限元仿真结果进行特征提取和分类的步骤，具体是：构建一个包含多个卷积层、池化层和全连接层的CNN模型，输入为无故障工况、多点接地故障工况以及片间短路故障工况这三种工况下的电磁场分布图像,经过卷积和池化操作,提取出多尺度的特征，然后,使用全连接层对这些特征进行分类,输出不同故障工况下的铁心损耗分布。
7.根据权利要求4所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，所述遗传算法的初始化种群为多个缩比因子组；适应度函数用于计算缩比因子组对应的缩比模型之间的偏差，包括磁场强度偏差和电场强度偏差两个部分。
8.根据权利要求7所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，所述适应度函数的公式具体是：f(X)＝‖Bsim(X)-‖Bsim(X)-Breal‖2+λ‖Esim(X)-Ereal‖2；其中,Bsim(X)和Esim(X)分别表示在缩比因子组合X下,通过有限元仿真得到的磁场强度和电场强度；Breal和Ereal分别表示实际换流变压器测量的磁场强度和电场强度；λ为调节参数,用于平衡磁场和电场之间的权重。
9.根据权利要求7所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，所述遗传算法中的交叉草坪做，采用算数交叉方式实现，具体是种群中随机选择两个父代个体采用一个交叉系数实现交叉生成两个新的子代个体。
10.根据权利要求7所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，所述遗传算法中的终止条件为达到最大迭代次数则终止，其中最大迭代次数＝10×缩比因子组数×每个缩比因子组内元素数。
...【技术特征摘要】
1.一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，所述构建无故障工况下仿真的第一模型,以及多点接地故障工况下仿真的第二模型和片间短路故障工况下仿真的第三模型，具体是：针对无故障工况,利用s20步骤获得的等效参数对缩比模型进行非故障电磁场建模记为第一模型；针对多点接地故障工况,在所述非故障建模中插入铜片并对其进行短路处理,构建多点接地故障的电磁场模型记为第二模型；针对片间短路故障工况,在所述非故障建模中设置铁芯的短路区域和短路故障点,构建片间短路故障的电磁场模型记为第三模型。
3.根据权利要求1所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，所述缩比因子组包括尺寸缩比因子、电流密度缩比因子、电位移矢量缩比因子、电场强度缩比因子和磁场强度缩比因子。
4.根据权利要求1所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，优化得到最优缩比因子组的方法为遗传算法。
5.根据权利要求1所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，采用的采用无监督学习的聚类算法为k-means聚类。
6.根据权利要求1所述的一种复杂工况换流变局部过热故障易发区域定位方法，其特征在于，采用卷积神经网络对第一、第二和第三模型的有限元仿真结果进行特征提取和分类的步骤，具体是：构建一个包含多个卷积层、池化层和全连接层的...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗艳，周秀，白金，朱林，田天，潘亮亮，刘博，李秀广，柴毅，沙伟燕，魏莹，马云龙，徐玉华，赵文良，刁成武，
申请(专利权)人：国网宁夏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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