一种变压器实时热点温度快速估计的方法及系统与流程

1.本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种变压器实时热点温度快速估计的方法及系统。


背景技术：

2.变压器绕组热点温度是评估油纸绝缘系统老化速度和绝缘强度的重要指标，基于流体动力学模型的数值分析法虽然能给出变压器内部温度场分布二维信息，但由于其算法复杂度高，计算时间长，不利于现场对变压器热点温度进行实时监测。因此，提出一种计算速度快，实时性好，适用于实际工程应用的变压器热点温度估算方法是评价变压器负载能力的重要基础。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题，提供一种变压器实时热点温度快速估计的方法及系统，提升运算速度，实现实时对变压器内部温升和运行状态的实时监测。
4.本发明实施例提供一种变压器实时热点温度快速估计的方法，所述方法包括：
5.对变压器热传过程进行分析，获取变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数；
6.基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；
7.基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；
8.基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度估算模型；
9.基于变压器热点温度估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
10.所述获取变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数包括：
11.收集110kv及以上变压器的台账、温升试验数据和负荷状况信息，形成变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数。
12.所述变压器中的热源构成包括：开关柜损耗、电缆损耗、太阳辐射热、电气设备发热量。
13.所述构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律包括：
14.针对油浸变压器的电磁场、温度场和流体场相互影响的特点，采用解析法对油浸变压器绕组暂态温升进行计算；
15.利用有限体积法对自然油循环电力变压器温度场进行求解，计算变压器绕组温度分布；
16.基于非平均热源的多物理场耦合计算方法对油浸式变压器的二维温度场分析，并
采用流线迎风格式有限元法进行了多物理场耦合计算。
17.所述基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度估算模型包括：
18.建立油浸式电力变压器二维轴对称模型，根据变压器流场的模拟控制方程和边界条件，基于quick格式的有限体积法，确定电力变压器油的速度场分布；
19.基于电力变压器内部电磁场、流场和温度场的多场耦合，采用整场耦合方法，分析电力变压器温度场数值计算模型，并确定变压器热点温度估算模型。
20.相应的，本发明实施例还提供了一种变压器实时热点温度快速估计的系统，所述系统包括：
21.分析模块，用于对变压器热传过程进行分析，获取变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数；
22.构建模块，用于基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；
23.耦合模块，用于基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；
24.建模模块，用于基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度估算模型；
25.监测模块，用于基于变压器热点温度估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
26.所述分析模块用于收集110kv及以上变压器的台账、温升试验数据和负荷状况信息，形成变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数。
27.所述变压器中的热源构成包括：开关柜损耗、电缆损耗、太阳辐射热、电气设备发热量。
28.所述耦合模块用于针对油浸变压器的电磁场、温度场和流体场相互影响的特点，采用解析法对油浸变压器绕组暂态温升进行计算；利用有限体积法对自然油循环电力变压器温度场进行求解，计算变压器绕组温度分布；基于非平均热源的多物理场耦合计算方法对油浸式变压器的二维温度场分析，并采用流线迎风格式有限元法进行了多物理场耦合计算。
29.所述构建模模块用于建立油浸式电力变压器二维轴对称模型，根据变压器流场的模拟控制方程和边界条件，基于quick格式的有限体积法，确定电力变压器油的速度场分布；基于电力变压器内部电磁场、流场和温度场的多场耦合，采用整场耦合方法，分析电力变压器温度场数值计算模型，并确定变压器热点温度估算模型。
30.相比于现有技术，本实施例通过分析变压器内部热传递过程和温升特性，将分析其热源的构成与产生机理，并结合发热量影响因素提出热源发热量计算方法。然后解析变压器各部位多种传热方式的耦合关系，厘清变压器散热效率随油粘度、负载损耗和风速等因素的变化规律，进而建立变压器热点温度估算模型，并对其算法进行优化，进一步提升运算速度，从而可以实现实时对变压器内部温升和运行状态的实时监测。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
32.图1为本发明实施例中的变压器实时热点温度快速估计的方法流程图；
33.图2为本发明实施例中的变压器实时热点温度快速估计的系统结构示意图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
35.具体的，图1示出了本发明实施例中的变压器实时热点温度快速估计的方法流程图，具体包括：
36.s101、对变压器热传过程进行分析，获取变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数；
37.这里获取变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数包括：收集110kv及以上变压器的台账、温升试验数据和负荷状况信息，形成变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数。
38.s102、基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；
39.需要说明的是，这里变压器中的热源构成包括：开关柜损耗、电缆损耗、太阳辐射热、电气设备发热量等等，计算方法为：
△
pb＝pbk+0.8pbd，其中：
△
pb
‑
变压器的热损失(kw)，pbk
‑
变压器的空载损耗(kw)，pbd
‑
变压器的短路损耗(kw)。
40.s103、基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；
41.这里构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律包括：针对油浸变压器的电磁场、温度场和流体场相互影响的特点，采用解析法对油浸变压器绕组暂态温升进行计算；利用有限体积法对自然油循环电力变压器温度场进行求解，计算变压器绕组温度分布；基于非平均热源的多物理场耦合计算方法对油浸式变压器的二维温度场分析，并采用流线迎风格式有限元法进行了多物理场耦合计算。
42.本发明实施例针对油浸变压器的电磁场、温度场和流体场相互影响的特点，采用解析法对油浸变压器绕组暂态温升进行了计算，可以较为准确地计算出绕组热点温度与层油温度，这里利用有限体积法对自然油循环电力变压器温度场进行了求解，能较好地计算变压器绕组温度分布；这里基于非平均热源的多物理场耦合计算方法对油浸式变压器的二维温度场进行了分析处理，其比平均热源法相比更符合分析；具体实施过程中采用了流线迎风格式有限元法进行了多物理场耦合计算，方法适应性好，结果与fluent软件计算结果基本一致。由于变压器整体油路对绕组油流分配并不是均匀的，绕组区域的散热过程受到
了影响，使得绕组温升产生变化。这里准确计算分析变压器绕组温升，可以得到电磁
‑
热
‑
流弱耦合下的绕组区域温度和油流。
43.s104、基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度估算模型；
44.这里基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度估算模型包括：建立油浸式电力变压器二维轴对称模型，根据变压器流场的模拟控制方程和边界条件，基于quick格式的有限体积法，确定电力变压器油的速度场分布；基于电力变压器内部电磁场、流场和温度场的多场耦合，采用整场耦合方法，分析电力变压器温度场数值计算模型，并确定变压器热点温度估算模型。
45.s105、基于变压器热点温度估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
46.这里结合半物理模型和数据驱动模型的优点，建立了基于核极限学习机(kerne1 extreme 1earning machine,kelm)误差预测补偿的顶层油温点预测模型，该模型的精度高于单一的半物理模型和数据驱动模型。然后，建立了一种基于kelm和bootstrap方法的变压器顶层油温区间预测模型，模型预测区间的上下限值可以分别作为变压器顶层油温的保守估计值和乐观估计值，其保守估计值更适用于指导变压器的运行。
47.这里通过基于反向求解热阻法的变压器散热效能计算方法，利用在线监测的顶层油温数据，采用粒子群(partic1e swarm optimization，pso)算法反向求解顶层油温对环境的热阻，根据实际热阻与出厂热阻的比值以及实际热阻的变化趋势对变压器的散热能力进行评价，以便及时发现变压器散热效能的变化，为其散热系统的运维提供辅助信息。
48.具体的，这里可以基于变压器双时段控制策略，利用pso算法求解备用变压器最优投切时间，可以降低热寿命损失，并保障变压器的经济运行。
49.具体的，图2示出了本发明实施例中的变压器实时热点温度快速估计的系统结构示意图，所述系统包括：
50.分析模块，用于对变压器热传过程进行分析，获取变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数；
51.构建模块，用于基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；
52.耦合模块，用于基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；
53.建模模块，用于基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度估算模型；
54.监测模块，用于基于变压器热点温度估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
55.具体的，所述分析模块用于收集110kv及以上变压器的台账、温升试验数据和负荷状况信息，形成变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数。
56.具体的，所述变压器中的热源构成包括：开关柜损耗、电缆损耗、太阳辐射热、电气设备发热量。
57.具体的，所述耦合模块用于针对油浸变压器的电磁场、温度场和流体场相互影响
的特点，采用解析法对油浸变压器绕组暂态温升进行计算；利用有限体积法对自然油循环电力变压器温度场进行求解，计算变压器绕组温度分布；基于非平均热源的多物理场耦合计算方法对油浸式变压器的二维温度场分析，并采用流线迎风格式有限元法进行了多物理场耦合计算。
58.具体的，所述构建模模块用于建立油浸式电力变压器二维轴对称模型，根据变压器流场的模拟控制方程和边界条件，基于quick格式的有限体积法，确定电力变压器油的速度场分布；基于电力变压器内部电磁场、流场和温度场的多场耦合，采用整场耦合方法，分析电力变压器温度场数值计算模型，并确定变压器热点温度估算模型。
59.具体的，这里监测模块结合半物理模型和数据驱动模型的优点，建立了基于核极限学习机(kerne1 extreme 1earning machine,kelm)误差预测补偿的顶层油温点预测模型，该模型的精度高于单一的半物理模型和数据驱动模型。然后，建立了一种基于kelm和bootstrap方法的变压器顶层油温区间预测模型，模型预测区间的上下限值可以分别作为变压器顶层油温的保守估计值和乐观估计值，其保守估计值更适用于指导变压器的运行。这里通过基于反向求解热阻法的变压器散热效能计算方法，利用在线监测的顶层油温数据，采用粒子群(partic1e swarm optimization，pso)算法反向求解顶层油温对环境的热阻，根据实际热阻与出厂热阻的比值以及实际热阻的变化趋势对变压器的散热能力进行评价，以便及时发现变压器散热效能的变化，为其散热系统的运维提供辅助信息。具体的，这里可以基于变压器双时段控制策略，利用pso算法求解备用变压器最优投切时间，可以降低热寿命损失，并保障变压器的经济运行。
60.相比于现有技术，本实施例通过分析变压器内部热传递过程和温升特性，将分析其热源的构成与产生机理，并结合发热量影响因素提出热源发热量计算方法。然后解析变压器各部位多种传热方式的耦合关系，厘清变压器散热效率随油粘度、负载损耗和风速等因素的变化规律，进而建立变压器热点温度估算模型，并对其算法进行优化，进一步提升运算速度，从而可以实现实时对变压器内部温升和运行状态的实时监测。
61.以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。