[发明专利]一种基于梯度下降法的特高压桥臂电抗器优化设计方法

权利要求书

1.一种基于梯度下降法的特高压桥臂电抗器优化设计方法，其特征在于所述设计方法包括包封等效电压方程组的分解列写方法以及基于梯度下降法的包封参数优化设计，其中：

包封电感的精确计算是建立等效电压方程组的基础，对由n个包封组成的电抗器，可以计算得到各包封的自感和与其他包封的互感，在此基础上根据基尔霍夫定律，可以建立包封等效电压方程组：

由于电抗器的感抗远远大于电阻，所以可忽略电阻的影响，即消除相位因素；在工频时，结合电感的化简计算，上述方程组变为：

其中包封工频端电压为：

U′＝I′_N×ωL_N

式中，ω为工频角频率，L_N为额定电感；

等电阻电压法以各包封电阻电压相等为约束条件：

等温升法以各包封温升相等为约束条件，假设各包封附加损耗系数和撑条遮挡系数近似相等，则约束方程为：

当采用等温升法或等电阻电压法设计时，联立上述方程可得到各包封匝数和工频电流，同时，以工频下计算得到的匝数为准，在此基础上计算各包封的二倍频和直流电流：

其中包封二倍频端电压为：

U″＝I″_N×2ωL_N

式中，I”_N为额定二倍频电流；

其中包封直流端电压为：

U″′＝I″′_N×R_N

式中，I”’_N为额定直流电流，R_N为额定电阻；

第i包封的总电流为：

式中，I’_i、I”_i、I”’_i分别为包封i的工频交流、二倍频交流和直流电流；

为在交直流复合工况下实现“等电阻电压”和“等温升”，分别构建以下两个目标函数：

Y₁是使相邻两包封温升之差的平方和最小；Y₂是使相邻两包封电阻电压之差的平方和最小；梯度下降法作为众所周知的优化方法，在最优化理论中占有重要地位，该方法指出负梯度方法为目标函数的最速下降方向，为提高优化效率，只对各包封匝数进行调整，其他结构参数保持不变，对目标函数分别求各包封匝数的梯度，设定步长为1，则第i包封经过一次优化的匝数为：

式中，N_i(0)为匝数初始值，N_i(1)为经过一次优化的匝数，α为步长，Y为目标函数；以此类推可对匝数不断优化；

在优化后重点关注是否满足额定电感等设计要求，若不满足，经过调整作为新的初始值继续优化。

2.根据权利要求1所述的基于梯度下降法的特高压桥臂电抗器优化设计方法，其特征在于以某±800kV特高压柔性直流工程换流阀桥臂电抗器为例，其已知参数见下表：

分别以等电阻电压和等温升进行优化，目标函数值随迭代次数不断变化；

通过等电阻电压优化，各包封电阻电压最大值与最小值之差由3.4V降至0.1V；通过等温升优化，各包封温升最大值与最小值之差由2.2K降至0.9K，最终在交直流复合工况下分别实现了“等电阻电压”和“等温升”；

对电阻电压较大的包封来说，优化使包封匝数减少、包封电流减小；对电阻电压较小的包封来说，优化使包封匝数增加、包封电流增大，总体使包封电阻电压趋于均衡；同样的，对温升较高的包封来说，优化使包封电流减小；对温升较低的包封来说，优化使包封电流增大，总体使包封温升趋于均衡，体现了交直流复合工况下设计的适用性。