检索结果-南通市图书馆

基于WOA-RBF响应面模型的油浸式变压器绕组挡板结构优化

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

电工技术学报 2024年

作者：刘刚高成龙胡万君刘云鹏李琳新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室

热点温度过高会严重影响变压器运行稳定性，为提高变压器运行稳定性，本文以降低变压器绕组热点温度为优化目标，采用径向基函数（RBF）响应面模型优化变压器绕组挡板尺寸，改善油流分布以实现更好的散热。为提高RBF响应面模型的拟合精... 详细信息

热点温度过高会严重影响变压器运行稳定性，为提高变压器运行稳定性，本文以降低变压器绕组热点温度为优化目标，采用径向基函数（RBF）响应面模型优化变压器绕组挡板尺寸，改善油流分布以实现更好的散热。为提高RBF响应面模型的拟合精度，本文采用鲸鱼优化算法（WOA）对径向基函数的超参数值进行优化，并与传统网格搜索（GS）寻优方法和定参RBF模型进行对比。对比结果表明对于超参数优化问题，在拟合精度占优的前提下，WOA优化效率是GS寻优方法的3.13倍。在此基础上，本文基于WOA-RBF响应面模型对绕组挡板结构尺寸进行优化，优化后的热点温度相较于初始结构的热点温度降低了3.81℃，相对于全场域的最大温升降低了13.42%，并有效地降低了绕组整体温升。同时将本文所提算法与遗传算法(GA)优化结果进行对比，在保证精度的同时，WOA-RBF响应面模型优化效率是GA的13.41倍。根据上述结果分析可知，本文所提算法具有很好的优化性能，同时相比于遗传算法，在保证优化精度的同时，可以显著地提高优化效率。

关键词：响应面方法径向基函数热点温度鲸鱼优化算法油浸式变压器挡板结构优化

面向数字孪生模型应用的油浸式变压器绕组温度POD-RBFLP降阶计算方法

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4566-4578,I0034页

作者：刘刚胡万君郝世缘高成龙武卫革刘云鹏李琳河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 河北省输变电装备电磁与结构性能重点实验室(保定天威保变电气股份有限公司) 河北省保定市071056 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

了解油浸式电力变压器绕组的温度情况是保证其运行稳定性的关键,也是当前针对油浸式变压器数字孪生分析的必然需求。为了快速地获得变压器绕组的稳态温度,该文提出一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和包含线... 详细信息

了解油浸式电力变压器绕组的温度情况是保证其运行稳定性的关键,也是当前针对油浸式变压器数字孪生分析的必然需求。为了快速地获得变压器绕组的稳态温度,该文提出一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和包含线性多项式的径向基函数响应面法(radial basis function response surface method including linear polynomial,RBFLP)的降阶计算模型。首先,讨论POD方法的降阶特性,并设计一种基于留一法交叉验证的自适应获得快照矩阵方法,以提高计算精度及效率;其次,采用响应面方法建立POD模态系数与绕组工况的相关关系,旨在实现通过绕组工况快速获得POD模态系数,从而跳过对降阶模型的复杂非线性计算,进而高效重构绕组温度场。相关算例表明,该方法具有较好的计算精度和效率,在50组测试工况下,与全阶计算相比,误差不超过2.5 K,且总计算时间仅为1.45 s;最后,基于110 kV变压器绕组搭建温升试验平台,试验结果表明,降阶计算结果相较于试验结果,平均计算误差不超过2 K,且单步计算时间仅为0.03 s,相较于同等规模的全阶计算,计算效率有较大幅度地提升。

关键词：油浸式电力变压器绕组稳态温度本征正交分解包含线性多项式的径向基函数响应面降阶模型

基于U-net神经网络的油浸式变压器绕组流-热耦合快速计算

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2897-2909,I0032页

作者：刘云鹏高艺倩刘刚胡万君王文浩王博闻高成龙河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省杭州市310000

该文针对采用传统数值方法进行大型油浸变压器绕组温升仿真时间较长的问题,提出一种基于U-net神经网络训练的快速计算方法,可以迅速地预测变压器绕组温升及热点。首先,根据流热耦合原理筛选输入变量,并运用流热耦合方法计算不同工况下... 详细信息

该文针对采用传统数值方法进行大型油浸变压器绕组温升仿真时间较长的问题,提出一种基于U-net神经网络训练的快速计算方法,可以迅速地预测变压器绕组温升及热点。首先,根据流热耦合原理筛选输入变量,并运用流热耦合方法计算不同工况下的输出结果,并将之制作成训练集和测试集。同时,详细讨论3个对网络训练影响最显著的超参数;其次,将归一化后的训练集输入U-net神经网络进行训练,并设置超参数最佳组合;最后,将预测集输入训练好的模型进行预测计算及反归一化操作,预测绕组热点与Fluent仿真结果相差仅0.44 K,单次仿真时间从200 s缩短为0.07 s。预测结果与实验温度平均误差最大为2.31 K,最小为0.98 K,预测方差为0.31左右。结果表明:该方法可用于快速获得油浸式变压器绕组的温度及热点,可满足变压器温度热点数字孪生的实时性仿真要求。

关键词： U-net神经网络流热耦合绕组温升快速计算数字孪生

基于子循环自适应串行交错时间匹配算法的油浸式变压器绕组瞬态温升计算

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

电工技术学报 2024年第4期39卷 1185-1197页

作者：刘刚郝世缘胡万君刘云鹏李琳华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

针对传统算法存在的步长调整及耦合点选择问题,该文提出基于子循环自适应串行交错(SCAS)的时间匹配算法。首先,在步长调整方面,通过加入自适应(ATS)-启发式(HTS)混合变步长算法,解决步长无法实时调整的问题;然后,针对耦合点选择问题,该... 详细信息

针对传统算法存在的步长调整及耦合点选择问题,该文提出基于子循环自适应串行交错(SCAS)的时间匹配算法。首先,在步长调整方面,通过加入自适应(ATS)-启发式(HTS)混合变步长算法,解决步长无法实时调整的问题;然后,针对耦合点选择问题,该文在传统常规串行交错(CSS)时间匹配算法及现有改进方案子循环常规串行交错(SCSS)的基础上,提出SCAS时间匹配算法,采用自适应方案确定计算时间窗及预定耦合点,并引入指数平滑法对其精度进行保证;最后,该文基于110 kV油浸式电力变压器建立二维瞬态单分区分匝绕组模型,并将所提算法与其他传统方法进行对比分析。结果表明:在精度方面,与传统CSS算法相比SCAS算法的流场及温度场最大平均相对误差均不超过0.45%,在可接受误差范围内;在效率方面,SCAS算法总体计算效率较CSS算法提高了近20倍。同时,为了说明所提算法的工程价值,该文搭建基于110 kV变压器绕组模型的温升实验平台,将SCAS时间匹配算法应用于该模型中,实验结果表明:在精度方面,SCAS算法与实验达到稳态时最大绝对误差为2.7 K;在计算效率上,本文所提算法的计算效率较传统算法提升约46倍,计算步数约为传统的1/47,减少了计算冗余。

关键词：子循环自适应串行交错混合变步长二维瞬态流热耦合问题快速计算方法温升实验

包含快照选择策略的POD-QDEIM油浸式变压器绕组瞬态温升降阶算法研究及其实验验证

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

中国电机工程学报 2024年第12期44卷 4998-5010,I0033页

作者：刘刚胡万君郝世缘姜雄伟高成龙刘云鹏王文浩河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省杭州市310014

为了提高采用有限元方法对油浸式电力变压器绕组瞬态温升进行仿真的计算速度,该文提出一种包含快照选择策略的本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)-基于列主元QR分解的离散经验插值(QR factorization-discrete empirical... 详细信息

为了提高采用有限元方法对油浸式电力变压器绕组瞬态温升进行仿真的计算速度,该文提出一种包含快照选择策略的本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)-基于列主元QR分解的离散经验插值(QR factorization-discrete empirical interpolation method,Q-DEIM)(POD-QDEIM)算法。首先,文章基于最小二乘有限元法与迎风有限元法推导绕组流热耦合计算方程;其次,通过引入POD方法,降低有限元方程阶数提高求解效率;同时提出POD自适应快照选择策略,在保证降阶模型精度的前提下,减小快照矩阵规模;随后,为了改善POD方法求解非线性问题时效率不高的劣势,文章结合基于Q-DEIM方法,通过插值的方法形成方程中的非线性项,从而提高每一时步非线性项的形成效率;最后,基于110 kV油浸式电力变压器绕组基本结构,建立了八分区分匝绕组传热模型以及绕组温升试验装置对所提算法进行验证,仿真及实验结果表明POD-QDEIM降阶算法的计算精度在工程上属于可接受范围,其计算效率较全阶计算提升了近11.72倍,说明该算法在油浸式电力变压器绕组瞬态温升快速仿真领域的工程应用价值。

关键词：绕组瞬态温升快照选择策略本征正交分解离散经验插值温升实验

基于混合有限元法的油浸式变压器稳态流-热耦合场并行计算方法

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

高电压技术 2024年第5期50卷 2259-2269页

作者：刘刚靳立鹏胡万君刘云鹏武卫革华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 保定天威保变电气股份有限公司河北省输变电装备电磁与结构性能重点实验室保定071056

针对油浸式变压器2维流-热耦合仿真计算效率低的问题,提出了基于混合有限元法的并行计算方法。首先,在Visual Studio 2019中采用C++语言实现无量纲最小二乘有限元法以及迎风有限元法的串行计算方法。然后,基于图形处理器(graphic proces... 详细信息

针对油浸式变压器2维流-热耦合仿真计算效率低的问题,提出了基于混合有限元法的并行计算方法。首先,在Visual Studio 2019中采用C++语言实现无量纲最小二乘有限元法以及迎风有限元法的串行计算方法。然后,基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)实现流体场的并行计算,针对单分区分匝模型对比分析了不同GPU卡在不同网格条件下的并行计算效率,分析结果表明数据规模越大,GPU卡流处理器越多并行效果越好。其次,基于Intel MKL(Intel math kernel library)函数库结合共享存储并行编程(open multi-processing,OpenMP)实现了2维温度场的并行计算,并对比分析了不同网格数量对并行效率的影响。最后,在此基础上提出了根据不同仿真条件的混合并行计算方法,并应用到大型油浸式变压器绕组模型的2维温升热点分析中。结果表明,相较于串行程序,混合有限元并行计算方法的加速比达到了69.5,实验测试结果进一步验证了并行计算结果的准确性,研究成果为大型油浸式变压器流-热耦合问题的快速计算奠定了基础。

关键词：变压器绕组混合有限元热点并行计算加速比

基于POD-ATS-HTS混合变步长方法的油浸式电力变压器绕组瞬态温升计算方法研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

中国电机工程学报 2023年第24期43卷 9772-9784页

作者：刘刚郝世缘胡万君李琳河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

针对当前油浸式电力变压器绕组瞬态温升仿真中,采用固定时间步长效率低的问题,提出一种混合变步长方法。首先,采用初始解优化算法,有效减少计算过程中方程的迭代次数;其次,结合本征正交分解算法(properorthogonal decomposition,POD),... 详细信息

针对当前油浸式电力变压器绕组瞬态温升仿真中,采用固定时间步长效率低的问题,提出一种混合变步长方法。首先,采用初始解优化算法,有效减少计算过程中方程的迭代次数;其次,结合本征正交分解算法(properorthogonal decomposition,POD),改善大规模有限元方程组存在的阶数过高、条件数过大的问题,提高了方程的求解效率和数值稳定性;第三,提出自适应(adaptivetimestepping,ATS)-启发式(heuristic time stepping,HTS)混合变步长算法,通过对时间步长的自适应与启发式调整,有效解决瞬态计算中计算效率与计算精度的对立问题;最后,建立油浸式电力变压器绕组二维单分区分匝的流热耦合仿真模型,以验证所提算法的正确性与高效性。数值计算结果表明:在流场中,与固定步长的计算结果相比,混合变步长算法的误差小于0.46%,计算效率提升了18.45倍;在温度场中,与固定步长的计算结果相比,所提算法的误差小于0.04%,计算效率提升了6倍。同时,通过与传统变步长算法的计算结果对比,说明所提混合变步长算法在计算精度、计算效率及变步长效果方面均具有一定优势。此外,还探讨混合变步长计算中,不同的参数设置对瞬态计算结果及状态变化过程的影响,为其工程应用奠定了一定基础。

关键词：初始解优化本征正交分解混合变步长二维瞬态流热耦合问题

油浸式电力变压器绕组稳态温升降阶计算方法研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

中国电机工程学报 2023年第16期43卷 6505-6516页

作者：胡万君刘刚朱章宸刘云鹏王文浩河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省杭州市310014

大型电力设备的数字化研究是构建新型电力系统的基础。为了实现在数字化平台中针对不同工况下的油浸式电力变压器绕组稳态温升的精准快速计算,该文提出一种基于本征正交分解方法(proper orthogonal decomposition,POD)与离散经验插值方... 详细信息

大型电力设备的数字化研究是构建新型电力系统的基础。为了实现在数字化平台中针对不同工况下的油浸式电力变压器绕组稳态温升的精准快速计算,该文提出一种基于本征正交分解方法(proper orthogonal decomposition,POD)与离散经验插值方法(discrete empirical interpolation method,DEIM)的稳态温升降阶计算方法。首先,采用最小二乘有限元法与迎风有限元法建立绕组稳态流固耦合传热计算的有限元全阶模型;其次,基于本征正交分解算法与离散经验插值算法基本原理,建立适用于绕组温升计算的降阶模型;最后,构建二维变压器分匝绕组传热模型,并采用该模型对降阶算法在稳态传热计算中的精度、计算效率以及鲁棒性进行验证分析。数值实验结果表明,所提稳态温升降阶计算方法有很高的计算精度,且计算效率较全阶计算模型提高约40倍左右。同时,对于样本空间范围之外一定区域内的工况,降阶模型仍然具有很高的精度,流场与温度场的平均相对误差均小于5%,说明了降阶模型具有非常优秀的鲁棒性,能够承受一定程度的环境扰动,该算法能够为大型电力设备的数字化提供参考。

关键词：油浸式电力变压器绕组稳态温升本征正交分解离散经验插值降阶计算方法

基于改进的连续局部枚举采样和径向基函数响应面法的变压器静电环结构优化设计

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

电工技术学报 2023年第23期38卷 6266-6278页

作者：刘刚高成龙胡万君朱章宸刘云鹏华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003

变压器的安全稳定运行与其内部绝缘结构密切相关,为了提高变压器的绝缘性能,该文以提高最小绝缘裕度为优化目标,通过径向基函数响应面模型优化变压器主绝缘结构。为提高响应面模型预测优化的准确性,选用采样更均匀改进的连续局部枚举(EL... 详细信息

变压器的安全稳定运行与其内部绝缘结构密切相关,为了提高变压器的绝缘性能,该文以提高最小绝缘裕度为优化目标,通过径向基函数响应面模型优化变压器主绝缘结构。为提高响应面模型预测优化的准确性,选用采样更均匀改进的连续局部枚举(ELSE)方法进行试验设计,优化后的变压器最小绝缘裕度比优化前提高了12.56%。将优化结果分别从采样、模型和优化方法三个角度进行对比,与拉丁超立方采样(LHS)采样下的径向基函数响应面模型对比,ESLE方法的引入使得优化精度提高到218倍;与ESLE采样下的二次多项式响应面模型对比,径向基函数响应面模型的引入降低了模型预测误差,并使优化精度提高到78倍;与遗传算法对比,在相同的优化精度下,优化效率是遗传算法的10倍。上述结果表明,该优化模型具有很高的预测精度和优化能力,同时相比于遗传算法优化,在保证优化质量的同时,显著地提高了优化效率。该文所提出的方法为变压器主绝缘结构优化问题提供了较好的解决方案。

关键词：响应面方法改进的连续局部枚举径向基函数绝缘裕度变压器结构优化