[发明专利]一种非晶合金变压器的电磁设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶合金变压器的电磁设计方法。

背景技术

在我国电能损耗中，配电网的损耗约占全网损耗的70％，成为整个电网损耗的主要部分。配电网的负荷多为季节性负荷或日负荷，长期轻载或空载的配电变压器大量存在，它们的空载损耗在配电网损耗中占据较大部分，降低变压器的空载损耗可以带来巨大的节能和环保效益。

非晶合金变压器是一种使用非晶合金材料代替硅钢片制造变压器铁心的变压器，它与现行S9系列变压器相比空载损耗下降74％、空载电流下降45％，在经济与节能方面具有较大的优势：(1)非晶合金铁心变压器拥有优异的空载特性，在季节性负荷和日负荷变化明显的农网、工业区、商业区中应用节能效果非常显著。(2)运行成本低。相较于S9型变压器，年运行成本平均降低30％；与S11型相比，年运行成本平均降低20％。

由此可见，非晶合金变压器节能效果突出，十分符合我国建设节能环保型社会的要求，因此在配电系统中得到了广泛应用。

然而，非晶合金变压器的性能受工艺水平的影响较大，生产厂家不同，工艺水平不同，适配的设计方案就不同，不恰当的方案带来的是成本的提高和产品质量的失控；另一方面变压器设计的自动化程度不高、设计工作量大、设计周期长，不利于最优方案的获得。对非晶合金铁心变压器的优化设计进行研究，进而开发出适用性强且功能全面的优化设计系统，有利于非晶合金铁心变压器的推广应用，对于节能降耗也具有重要的意义。在现有技术中，常用的变压器的参数优化设计方法有以下几种：

1.Powell法

鲍威尔(Powell)法是由鲍威尔于1964年提出，是一种共轭方向法。设定初始值和n个线性独立的方向向量，从初始值出发沿第一个方向向量的搜寻极小值，后从该极小值出发沿下一个方向向量继续搜寻，依次搜寻n次得到终值。由该终值与初始值构建新的方向向量。利用这个新的方向替换原n个方向向量中的一个，上次搜寻的终值作为下一轮搜寻的起点，依次进行。

2.模拟退火法

模拟退火法是一种随机搜寻算法。热力学中的退火是将材料加热后再经冷却以材料原子位置达到更合理分布的状态。温度高时，原子位置变动的可能性加剧；随着退火的进行温度的降低，原子位置移动的可能性越来越小。模拟退火法是将物理退火类比运用于统计学上，在解空间随机搜寻最优解的过程。引入“温度”参数T类比退火过程中的温度来反映替换的可能性。随机搜寻中发现更优解则将当前解进行更替；搜寻到劣解则以与T值相关的概率决定是否更替。模拟退火法仍是一种贪心算法，但是它的搜索过程引入了一个呈递减态势的随机因素，来表征搜寻到劣解后的替换概率，理论上可以跳出局部的最优解，保证了全局最优解的获取。但是这种方法在同一参数T下搜索的充分与否将极大地影响全局搜索性能，而较为充分的搜索又会影响运算速度。

3.蚁群算法

蚁群算法是在对蚂蚁觅食习性进行研究的基础上，提出的一种仿生类优化算法。其原理是“信息素”浓度大小反映路径的优劣，引入增强机制加强信息素的积累，促使最优路径的发现。但是初始信息素的匮乏致使蚁群算法存在寻优速度缓慢的缺点。

4、正多面体法

正多面体法是在单纯形法的基础上提出的一种优化算法。基本原理是通过初始点以及初始边长的设定，构造以初始点为形心的正多面体，通过不断对正多面体运用放缩、移动以及翻转来对可行域进行搜索，利用目标函数值的大小权衡解的优劣。变化的过程中始终保持形心在可行域内，且保证变化后形心处的目标函数值相对于变化前有所减小。通过不断变动使形心接近最优点。当正多面体的边长小于设定正值时，即可认为该形心位置是最优点。但是正多面体法应用于多变量优化时，通常会出现无法收敛于最优点的情况：若最优点的位置邻近多个约束面，则在搜索到最优点附近时，往往会受约束的限制而无法继续向最优点靠拢。

可见上述变压器的参数设计方法均存在一定缺陷。同时，非晶合金变压器的材料的特殊性使其电磁参数的优化设计有别于普通变压器，理想优化方案的获取需建立在对其材料特性、绝缘结构综合分析的基础上。因此上述参数设计方法无法满足非晶合金变压器的设计需求。

发明内容