[发明专利]一种换流变压器温度场数字孪生模型构建方法

说明书

本发明公开了一种换流变压器温度场数字孪生模型构建方法。构建换流变压器的全尺寸模型并施加边界条件，进一步求解得到不同时刻的温度场分布且形成瞬像矩阵。将独立分布的高斯随机测量矩阵作为观测矩阵，对原瞬像矩阵进行压缩。基于动态模态分解法，提取压缩后的瞬像矩阵的模态，并计算各阶模态的能量比。以基于模态重构后的温度场信息与原温度场信息与误差小于5％且重构时间在秒级作为判据确定最终构建数字孪生模型时所需的模态阶数，不通过则重新选取重构所用的模态阶数，通过则将模态重构出的温度场模型作为温度场数字孪生模型。本发明能服务于换流变压器温度场数字孪生模型的构建，实现实时精确的掌握换流变运行状态。

技术领域

本发明涉及电力设备状态评估领域，尤其换流变压器数字孪生模型构建领域。

背景技术

得益于建模技术、传感器精度及通信效率的蓬勃发展，数字孪生在多个行业的应用迎来了井喷式增长。目前，数字孪生在航天航空、智慧城市、智能制造等领域已成功应用，并取得了显著效益。在电力行业，为电力装备构建多物理场数字孪生模型，积累全生命周期的多物理数据，对于开展电力装备的数字化、智能化发展具有重要意义。换流变压器是高压直流输电线路中的核心设备，研究其运行过程中的温度场分布特性以及热点温升是评估变压器热绝缘寿命的关键步骤，也为换流变压器结构的优化设计提供重要参考。当前的方法包括红外成像、光纤测温等方式都难以直观且全面的反映换流变温度场分布特性。因此，构建换流变温度场数字孪生模型，实时、精确地掌握其温度场分布，反映其运行状态，具有重要的意义。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种换流变压器温度场数字孪生模型构建方法，以构建出高计算效率的温度场计算模型。

本发明采用的技术方案如下：

一种换流变压器温度场数字孪生模型构建方法，包括：

构建换流变压器的全尺寸模型，对所述全尺寸模型施加边界条件，求解得到不同时刻的温度场分布，形成瞬像矩阵；

以独立分布的高斯随机测量矩阵作为观测矩阵，对所述瞬像矩阵进行压缩；

利用动态模态分解法提取压缩后的瞬像矩阵的模态，并计算模态能量比分布；

基于所提取的模态，选取预定量的、能量比达到预定值的模态，重构原温度场信息，得到温度场计算降阶模型；

对所述温度场计算降阶模型进行验证，若验证通过，则将所述温度场计算降阶模型作为温度场数字孪生模型，否则重新选择模态重构温度场计算降阶模型，直至验证通过。

上述方法对瞬像矩阵进行压缩，进一步从压缩的瞬像矩阵中提取模态进行重构，利用温度场计算降阶模型进行温度场分布重构，具有计算量小、计算准确率高、计算效率高的特点。

进一步的，所述瞬像矩阵为：

式中，x_i为第i个时刻的温度场分布，X和X'∈R^m×n，m为瞬像的维度，n为瞬像数目，A为相邻时刻温度场间的线性关系矩阵，温度场采样时间间隔为Δt。

进一步的，所述以独立分布的高斯随机测量矩阵作为观测矩阵，对所述瞬像矩阵进行压缩，包括：

生成独立分布的高斯随机测量矩阵C∈R^q×m，其中，m是瞬像的维度，q是压缩后的维度；

对所述瞬像矩阵进行压缩的过程为：

Y＝CX，Y'＝CX' (2)

其中，Y，Y'∈R^q×n，以Y和Y'代替X和X'实现对瞬像矩阵的压缩。

进一步的，利用动态模态分解法提取压缩后的瞬像矩阵的模态，包括：