[发明专利]基于APDL和响应面法的电力变压器静电环结构优化方法

说明书

本发明公开了一种基于APDL和响应面法的电力变压器静电环结构优化方法，包括以下步骤：根据ANSYS参数化建模语言APDL建立电力变压器静电环有限元模型；以降低最大电场强度为优化目标，设置对最大电场强有影响的参数变量的变化范围；应用中心复合设计的方法进行响应面试验；检验响应面模型的有效性，对模型的拟合程度和预测能力进行分析；采用数学规划的方法得到优化后的参数变量和最大电场强度取值。本发明提供的基于APDL和响应面法的电力变压器静电环结构优化方法，避免了现有技术中对优化结构反复手动建模、剖分、求解和对各变量分别进行优化的问题，提高了优化效率，可以对不同等级的电力变压器静电环结构进行优化设计。

技术领域

本发明涉及变压器设计技术领域，特别是涉及一种基于APDL和响应面法的电力变压器静电环结构优化方法。

背景技术

随着电力变压器电压等级和容量的逐渐提高，电力变压器的电气绝缘问题变得愈发严重。电力变压器的绝缘结构决定了绝缘电场的分布，如何对电力变压器的主绝缘结构进行优化设计成为保证其安全稳定运行的关键。因此，为确保电力变压器主绝缘结构的合理性和可靠性，必须对电力变压器中的电场分布进行试验研究、分析和计算。

目前针对电力变压器结构优化设计的方法主要有：解析公式法，灵敏度分析法和智能优化方法(如遗传算法、粒子群算法)等。其中解析公式法适用于结构较为简单的模型，经过理论推导得到解析公式，方便快速地进行电场分析，但是对于复杂的模型结构，往往无法采用该方法。灵敏度分析法分为差分法、半解析法和全解析法，差分法实现过程简单，但是自变量步长较大时精度较差，而半解析法和解析法推导难度大，推导过程较为繁琐，增加了计算时间，优化效率较低。智能优化方法在在处理优化问题时需要大量反复调用建模、仿真和优化程序，影响优化效率，并且如果适应度函数选择不当，会导致局部搜索能力差，搜索效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于APDL和响应面法的电力变压器静电环结构优化方法，避免了现有技术中对优化结构反复手动建模、剖分、求解和对各变量分别进行优化的问题，提高了优化效率，可以对不同等级的电力变压器静电环结构进行优化设计。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于APDL和响应面法的电力变压器静电环结构优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据ANSYS参数化建模语言APDL建立电力变压器静电环有限元模型；

步骤2：以降低最大电场强度为优化目标，设置对最大电场强有影响的参数变化范围；

步骤3：应用中心复合设计的方法进行响应面试验；

步骤4：检验响应面模型的有效性，对模型的拟合程度和预测能力进行分析；

步骤5：采用数学规划的方法得到优化后的变量参数和最大电场强度取值。

可选的，所述步骤1中，根据ANSYS参数化建模语言APDL建立变压器静电环有限元模型，具体包括：

编写ANSYS参数化编程命令，建立电力变压器静电环有限元模型，自动进行电力变压器结构建模、剖分、施加边界条件和电场强度的计算。

可选的，所述步骤2中，以降低最大电场强度为优化目标，设置对最大电场强有影响的参数变化范围，具体包括：

根据电力变压器静电环的结构和尺寸参数的限制，分别设置静电环曲率半径R1、静电环上表面到静电环上面第一个纸板的距离h、绝缘层厚度s和静电环上段圆弧起始位置w的尺寸变化范围。

可选的，所述步骤3中，应用中心复合设计的方法进行响应面试验，具体包括：