[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

说明书

本发明涉及一种基于梯度下降法的特高压桥臂电抗器优化设计方法，随着我国特高压输电工程的加速建设，桥臂电抗器向着高压大容量化发展，现有成熟的设计方法鲜有考虑到其交直流复合工况，使实际与理论设计的偏差变大。本文提出桥臂电抗器交直流复合工况下的优化设计，以工频下计算得到的包封结构参数为准，在此基础上计算二倍频和直流电流；同时，依据等电阻电压法和等温升法的原理，分别构建目标函数，提出优化流程，利用梯度下降法对包封结构进行优化，在交直流复合工况下分别满足“等电阻电压”和“等温升”。本设计方法对降低桥臂电抗器故障率，提高桥臂电抗器运行可靠性具有一定意义。

技术领域

本发明属于桥臂电抗器理论设计领域，具体是一种基于梯度下降法的特高压桥臂电抗器优化设计方法。

背景技术

在我国，特高压电网的投资不断增加，特高压电抗器的市场不断扩大，作为柔直输电系统的关键部件，特高压桥臂电抗器的体积更大、包封数更多，设计要求更为苛刻。电抗器在运行时各包封中上部的温升较高，由于局部过热导致的绝缘材料老化，时常发生故障甚至烧损事故，其热点温度与其寿命直接相关，一旦发生故障，会造成较大的损失。随着交直流输电工程的互联，桥臂电抗器工况更加复杂，国内外学者针对如何高效便捷地设计电抗器开展了大量研究。

成熟的设计方法为等电阻电压法和等温升法，但桥臂电抗器运行电流含有直流分量、工频分量和二倍频分量，现有研究很少考虑到实际的交直流复合工况，由于包封中的直流和交流电流分配规律的差异，很难在两者的共同作用下得到一致的电抗器结构参数，交直流复合工况下采用等电阻电压法设计的包封“电阻电压”不相等、采用等温升法设计的包封“温升”不相等，大大影响了设计的有效性。因此，须发展更有效的交直流优化设计方法。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题与缺陷，本发明的目的是提供一种基于梯度下降法的特高压桥臂电抗器优化设计方法，本设计方法通过提出桥臂电抗器在交直流复合工况下的结构参数优化设计，明确设计流程，构建目标函数，利用梯度下降法对包封结构进行优化；结合工程实例，分别以“等电阻电压”和“等温升”为目标，在交直流复合工况下满足约束和设计要求。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

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。同轴平行螺线管线圈之间的互感计算如图1所示，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：

N₁N₁f₁₁I'₁+N₁N₂f₁₂I'₂+N₁N₃f₁₃I'₃+…+N₁N_nf_1nI'_n＝U'/ω

N₂N₁f₂₁I'₁+N₂N₂f₂₂I'₂+N₂N₃f₂₃I'₃+…+N₂N_nf_2nI'_n＝U'/ω