高压套管尾部的优化设计

本文在边界元一模拟电荷方法的基础上,对一个电容式高压套管的尾部电场进行了优化,优化结果使均压球表面及不同介质交界面等处的最大电场强度有较明显下降。     

1100kV特高压油-气套管主绝缘及其金具附件结构校核计算

针对1 100 kV交流特高压电压等级油–气套管的研制尚属首次,需解决套管主绝缘芯体材料研制、芯体主绝缘设计及优化、套管大电流导体载流结构设计等关键技术。该研究侧重于1 100 kV特高压油–气套管主绝缘结构优化设计分析计算,确保在高电压作用下电场分布合理,且承载大电流而不存在局部过热区域。基于此,建立了特高压油–气套管三维有限元工装配件仿真计算模型,优化设计了套管芯体主绝缘结构使其轴向场强约为0.715 kV/mm,径向场强最大值为4.25 kV/mm,均能满足控制要求。合理设计了套管中心载流结构及两端部均压装置的拓扑结构,且中心载流导体涡流损耗修正系数为1.822。依据优化设计结构研制了油–气套管样机及配套工装结构,顺利通过各项型式试验。该结构设计兼顾变压器出线结构与高压组合电器GIS电气连接配套工装的加工安装,模拟特高压油–气套管全电压、全电流实验布置环境且可对其进行长时性能评估试验,具有良好的工程应用指导价值。     

RBF神经网络与NSGA-II混合算法用于±1 100kV穿墙套管3维电场模拟及内屏蔽结构优化

±1 100 kV特高压穿墙套管是直流输电系统中的重要设备,但目前对其3维静电场模拟和内屏蔽层结构智能优化鲜有报道。鉴于此,以特高压穿墙套管及其内屏蔽结构为研究对象,建立了3维有限元模型进行电场模拟。提出了应用径向基函数(RBF)神经网络与NSGA-II混合算法对套管内屏蔽结构进行多目标优化,并运用经典显示函数验证了该算法的有效性。在此基础上,建立了穿墙套管内屏蔽结构的多目标优化数学模型,结合RBF神经网络与NSGA-II混合算法对内屏蔽结构进行了优化设计,使套管内屏蔽各关键位置处电场强度(简称场强)均满足控制要求。研究表明:与自由网格划分相比,体旋转扫掠网格划分可使有限元模型生成的节点数量降低58.2%;墙体和均压环对套管复合外套有较好的屏蔽作用,且高场强区主要集中在内屏蔽表面,优化后最高场强降低14.5%。3维电场模拟结果可为穿墙套管的设计、制造和运行提供数据和理论依据,且所提算法能较好地解决大场域、多介质复杂模型结构优化耗时较多的问题。     

超高压交流变压器高压套管均压球结构关键技术研究

为研究超高压变压器套管均压球绝缘结构对电场分布的影响,建立了变压器高压引出线系统的仿真模型,应用Electro v6.2软件进行二维电场的有限元分析,并且对安全裕度进行计算分析,讨论了均压球圆弧半径变化对场强及安全裕度的影响规律,从而优化均压球的绝缘结构,提高变压器电气和安全性能。     

有限元数值计算技术应用于特高压穿墙套管三维电场模拟分析

800kV特高压直流穿墙套管是我国±800kV特高压直流输电工程中的重要设备,亟需应用有限元数值计算技术对其关键部位进行三维电场模拟分析,确定传统结构设计的合理性并提供优化方案。为此在环氧浸纸电容式和金属屏蔽式2种技术路线下,分别讨论了特高压直流穿墙套管的结构特点和绝缘性能。应用有限元法仿真计算了金属屏蔽结构下穿墙套管的三维电场分布,重点分析了穿墙套管金属屏蔽表面及其相关附件电场分布特点,进一步对套管中间连接结构及支撑绝缘子的实际尺寸进行三维实体模型电场分析,并优化支撑绝缘子结构型式和尺寸。计算结果表明:对于金属屏蔽式芯体结构,高场强区域集中在金属屏蔽翻边位置及外部均压环表面,双层金属屏蔽芯体结构下穿墙套管复合绝缘子沿面电位及电场分布相对均匀,可实现套管紧凑型结构设计。该研究结果可为特高压穿墙套管的设计、研制及运行提供理论依据。     

特高压变电站工频电场模拟计算及其分布规律

特高压变电站内设备种类繁多,且电磁环境较为复杂,因此在设计阶段需对站内工频电场强度进行合理评估。为此,运用有限元分析软件Ansys建立了3维变电站计算模型,并采用谐波分析方法实现了电准静态场的模拟计算。以淮南至上海特高压交流输电示范工程变电站带高抗出线回路新型4柱设计方案为例,研究了母线、设备及构架对回路对地1.5m处电场分布的影响,并对母线高度进行了优化。研究结果表明：带高抗出线回路（简称高抗回路）的大部分区域对地1.5m处的电场强度由母线高度决定,设备结构仅对自身附近区域的电场强度影响较大;构架位置会影响站内电场强度峰值的出现区域;设计方案的母线高度为17.15m,最大电场强度为9.34kV/m,经过优化的母线的最优高度为16.65m。对特高压交流示范工程长治站和荆门站分别进行工频电场模拟计算,计算结果表明：2座变电站的工频电场均满足电场强度设计要求;站内主要区域电场分布的计算结果和测量结果之间的误差约为10%。     

电热耦合模型应用于干式油气套管径向温度分布计算及其试验研究

550 kV电容干式油气套管芯体温度场分布与套管长期安全稳定运行有直接关系,因此在该型套管样机试制过程中应对芯体内部径向温度分布进行研究。通过建立套管芯体电热耦合理论模型得到在线性材料条件下套管芯体径向温度分布规律,并运用电热耦合有限元模型在材料非线性条件下对理论模型进行推广,最后对套管芯体局部温度点开展试验测量研究。结果表明:550kV电容干式油气套管温度最高点位于中心导杆附近其值约为95℃;在材料非线性条件下得到套管径向温度值低于线性条件下的计算结果;额定载流量下套管芯体热击穿电压值为538kV,高于套管最高工作相电压。     

±800 kV柔性直流换流阀阀塔均压优化设计

柔性直流输电工程已迈入特高压时代,现有柔性直流换流阀(VSC阀)的均压屏蔽设计已无法满足特高压应用场合。为解决±800 kV VSC阀塔顶部均压管母表面电场强度过大的问题,文中首先利用PTC Creo与ANSYS联合建模技术完成复杂阀塔结构的三维建模与静电场有限元仿真,通过增加与顶部均压管母等电位连接的顶部屏蔽板,有效降低阀塔顶部均压管母及子模块的表面电场强度。然后,提取顶部屏蔽板增加前后的阀塔对地寄生电容参数,分析顶部屏蔽板对操作冲击下模块电压分布的影响。最后,研究阀塔不同均压部件间距对最大电场强度分布的影响,完成±800 kV VSC阀塔均压优化设计,并在阀塔样机上进行冲击电压试验。文中所提优化措施提升了VSC阀在特高压应用场景的安全运行能力,为VSC阀在特高压柔性直流输电工程的应用及设计提供借鉴。     

电热耦合模型应用于高压干式直流套管径向温度和电场分布计算

高压干式直流套管运行中内部径向电场、温度场分布是表征套管性能的重要参数,关系着套管芯子的长期安全稳定运行。套管中心导杆欧姆发热和绝缘介质焦耳发热是芯子内部存在温度梯度分布的主要原因,且绝缘介质电导率与温度密切相关,而直流条件下电场分布又取决于电导率,因此高压直流套管电场与温度场的计算是一个相互耦合的过程。鉴于此,首先建立套管芯体圆柱模型,并进行半解析理论公式推导,实现了电场和温度场的解耦计算。在此基础上,提出了有限元电热耦合模型和计算流程,并将电热耦合理论模型与有限元模型在实际套管结构下的电场、温度场计算结果进行对比,两者吻合较好,证明了有限元电热耦合模型的有效性。进一步将有限元模型推广到与实际套管芯子结构相同的圆锥模型,计算了某干式直流套管芯子内部电场、温度场分布,并对芯子外轮廓结构进行了优化设计。优化目标为在额定运行条件下,套管最热点温度接近90℃,且套管径向场强最大值约为3.5 kV/mm,分布较均匀。最后对该干式直流套管样机进行了温升和电性能试验,证明了优化设计方案的可行性。提出的电热耦合理论、有限元模型,以及电热解耦计算方法和芯子优化设计流程可以为高压干式直流套管的研制提供参考。     

高压套管均压球电极形状优化的研究

采用进化论法,对油纸电容式套管均压球进行了电极形状优化,提出了优化策略,约束条件和优化问题的目标函数。优化目标是电极表面电场强度的均匀化和极小化。均压球形状采用多段规则曲线段拟合技术构造,以便于高压套管均压球的大批量制造和检验,此外,采用虚拟介电常数法,计算了大型电力变压器高压套管电容芯子的悬浮电位,通过导电纸模拟验证了该方法的准确性和实用性。     

基于免疫粒子群算法的电力系统无功优化

为提高粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法的收敛性能,将免疫算法(immunity algorithms,IA)的免疫信息处理机制引入到标准粒子群算法,形成一种新的优化算法,即免疫粒子群算法。该算法将免疫算法的免疫记忆和自我调节机制引入PSO,并采用基于粒子浓度机制的多样性保持策略;同时,用免疫算法的"接种疫苗"和"免疫选择"来指导搜索过程。改进后的算法可以很好的保持优化过程中粒子群的多样性,抑制优化过程中出现的退化现象,保证算法的收敛精度和收敛速度。IEEE 30节点系统算例仿真表明,IA-PSO算法与标准PSO算法相比,能够及时跳出局部最优得到全局最优解,且收敛速度快、精度高。     

基于遗传算法的电力系统稳定器参数优化

采用所设计的遗传算法,对同时以ΔPe和Δω为输入信号、没有超前滞后环节的电力系统稳定器的Kp与Kω两个参数进行寻优,并通过仿真检验了PSS采用经遗传算法优化过的参数时的作用效果。仿真结果表明,无论是针对小干扰还是大干扰,该PSS都表现出了良好的性能。     

粒子群算法在低压电器冲裁件优化排样中的应用

提出了一种粒子群算法的低压电器冲裁件排样优化问题的求解方法.应用多边形顶点算法进行排样优化计算时,随着优化精度提高,其搜索空间将急剧增大,导致传统的求解方法计算量大、耗时多.利用粒子群算法在解空间进行智能化搜索,有效克服了该弊端,可高效、准确地求得工件排样的最优解.通过某高压配电箱门锁冲裁件排样优化仿真,验证了算法的优越性.     

搜寻者优化算法在最优潮流中的应用

为实现电力系统经济运行,以有功网损最小为目标函数,建立电力系统最优潮流模型,将搜寻者优化算法(seeker optimization algorithm,SOA)应用到最优潮流计算中,选取发电机机端电压、变压器分接头位置和可投切电容器组等控制变量构建初始矩阵,对IEEE30、IEEE57标准系统进行测试,并与带自适应惯性权值的粒子群算法、带收敛因子的粒子群算法和全面学习的粒子群算法进行了比较.结果表明:SOA能够有效地搜索到最优解且具有较好的全局寻优能力,适应于电力系统最优潮流计算.     

用于机组组合优化的蚁群粒子群混合算法

提出了一种用于求解机组组合优化问题的蚁群粒子群混合优化算法。通过将机组组合解编码为机组操作序列,降低了蚁群算法搜索的难度,使其空间复杂度由指数型降为线性型,使采用蚁群算法求解更大规模的机组组合问题成为可能。采用协同粒子群算法求解多时段负荷的经济分配问题时,用一个粒子群处理一个时段的优化问题,通过共享粒子群间的惩罚项解决了机组爬升率的约束问题。10机和20机系统的仿真实验和分析结果验证了该方法正确性、有效性和优越性。     

基于SA-PSO的电力系统无功优化

粒子群优化算法是一种简便易行,收敛快速的演化计算方法。但该算法也存在收敛精度不高,易陷入局部极值的缺点。针对这些缺点,对原算法加以改进,引入了自适应的惯性系数和模拟退火算法的思想,提出了一种新的模拟退火粒子群优化(simulated annealing particle swarm optimization,SA-PSO)算法,并将其应用于电力系统无功优化。对IEEE14节点系统进行了仿真计算,并与PSO算法作了比较,结果表明SA-PSO算法全局收敛性能及收敛精度均较PSO算法有了较大提高。     

基于混沌遗传算法的电力系统无功优化

针对遗传算法在求解大规模电力系统无功优化问题中存在的收敛速度慢、易早熟的缺点,提出了一种新的无功优化算法——混沌遗传算法CGA。该方法结合混沌优化所具有的遍历性、随机性和规律性的特点,在遗传进化过程中引入混沌移民算子,通过混沌移民操作维持群体中染色体的多样性,以克服传统遗传算法中由于近亲繁殖所导致的早熟问题,确保算法的全局收敛性,加快计算速度。通过对某地区42节点系统进行仿真计算,该方法相比于简单遗传算法,计算速度提高了45%,收敛到全局最优的概率提高了1.25倍。     

基于混合粒子群算法的短期负荷预测模型

由于电力负荷内在的非线性特性,传统基于梯度搜索的参数辨识技术可能陷入局部最优,影响了预测精度,故提出了混合进化和粒子群优化算法。将进化算法的基本思想引入粒子群优化算法,不但保持了粒子群算法结构简单、易于实现的特点,而且充分发挥了进化算法的全局搜索能力,可有效提高算法的精度和收敛速度。对上海地区电网进行短期负荷预测,与实际值相比较,结果表明,该算法具有较高的预测精度,是一种有效的短期预测方法。     

SFOA算法在电力系统多目标无功优化的应用

电力系统由于无功分布不合理引起的事故越来越多。以系统网损、电压平均偏离、电压安全稳定裕度3个指标建立无功优化模型,引入了动态罚函数体现状态变量约束在优化过程的影响,并用个人偏好约束下的权值分配方法根据用户的需求对各个指标分配权值,采用SFOA算法求得电力系统多目标无功优化在可行域内的最优解。从SFOA算法和PSO算法运用于IEEE 30和IEEE 57节点系统优化结果比较表明:所提出的算法是可行有效的。     

基于改进果蝇优化算法的分布式电源优化配置

研究分布式电源（distributed generation,DG）接入配电网的优化配置问题,基于模糊隶属度技术建立综合考虑投资效益、电压指标和网损的多目标优化配置模型,有效解决了因各子目标数量级不同而导致的过度优化问题。对一种新颖的仿生智能算法--果蝇优化算法（fruit fly optimization algorithm,FOA）进行改进,效仿细菌在觅食过程中的趋化思想,在算法寻优过程中引入吸引和排斥操作,有效提高了种群多样性,降低了算法陷入局部最优的可能。IEEE 33节点系统的仿真结果表明,与传统果蝇优化算法和粒子群优化算法（particle swarm optimization,PSO）相比,改进果蝇优化算法（improved fruit fly optimization algorithm,IFOA）在寻优速度和求解精度上都具有较大优势,能快速、有效地搜索到最优配置方案,从而验证了改进算法的有效性与合理性。