一种考虑风速的变压器绕组热点温度计算方法与流程

本发明属于变压器安全控制，具体涉及一种考虑风速的变压器绕组热点温度计算方法。

背景技术：

1、变压器绕组热点温度是造成变压器绝缘老化的主要因素之一，准确获取多工况条件下绕组热点温度对确保变压器的安全稳定运行具有重要意义。当前gb/t 1094.7-2008中给出了计算绕组热点温度的经验公式，经验公式为计算运行中的变压器热点温度提供了良好的方法，但标准中常规的经验公式在涉及到环境因素环境风速影响时计算误差较大，因此有必要研究多工况条件下经验公式的改进计算方法，以此提高经验公式的计算普适性。与此同时，标准gb/t1094.7-2008中给出了经验公式中计算绕组热点温度时关键热参数的推荐值，但变压器结构多样，统一的热参数取值往往不具有普适性，由此导致变压器绕组热点温度计算误差大，难以满足实际运行需求。因此需要分析考虑风速的变压器绕组热点温度计算经验公式改进方法，并确定经验公式中的关键计算参数。

2、中国公开发明申请cn201911170143.6提出了一种基于l-m算法优化的变压器绕组热点瞬态温度计算方法，包括：s1通过多物理场仿真计算或温升试验获取变压器的温升数据；s2基于iec标准中给出的指数方程法的油浸式变压器热点温度上升阶段计算公式，构建变压器热特性参数寻优模型；s3利用l-m算法对寻优模型进行求解；s4计算升温和降温时刻的温度，有效的解决了因变压器在运行过程中对绕组热点温度进行实时的检测和计算不准确，而导致变压器运行故障的问题。

3、中国公开发明申请cn202110995532.3提出了一种基于对流换热系数计算变压器绕组热点温度的方法，将对流换热系数、顶层油温对热点温度进行建模，构建热点温度算法模型；将顶层油温对对流换热系数建模，构造基于顶层油温计算对流换热系数的函数模型，并进一步构建基于对流换热系数计算热点温度的算法模型；综合考虑所构建顶层油温计算对流换热系数模型存在的系统误差以及顶层油温和热点区域油温温差关系，对算法模型添加修正因子，并用最小二乘法进行参数寻优。本发明公开了一种基于对流换热系数计算变压器绕组热点温度的新方法，通过顶层油温计算绕组热点温度，对变电站中变压器热点温度监测，保障其安全运行有着良好的效果。

4、中国公开发明申请cn202210878781.9提出了一种基于数值计算与线性回归模型预测变压器热点温度的方法，步骤为：确定变压器设计对象；构建三维电磁-温度-流体多耦合场仿真模型；获得不同负荷系数和环境温度下变压器各测温点温度与热点温度大小；建立预测模型训练与验证时所用数据库；基于神经网络构建配电变压器绕组热点温度的预测模型；选取布谷鸟搜索算法优化神经网络模型的初始权值和阈值。建立基于布谷鸟搜索算法优化神经网络模型预测热点温度的方法，得到不同运行环境下配电变压器热点温度的数值大小。本发明有利于评估该变压器的运行状态，为后续配电变压器的使用运行提供参考数据。对于确保配电变压器安全运行、提升农村电力保障水平具有实际工程意义。

5、但是现有技术在构建起绕组热点温度计算或者预测模型时，大多是在标准推荐的经验公式上进行修改以及参数寻优，没有对经验公式进行改进，难以考虑环境风速对经验公式计算精度的影响。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，针对变压器绕组热点温度计算经验公式中没有考虑环境风速影响的问题，本发明提供了一种考虑风速的变压器绕组热点温度计算方法，具体技术方案如下：

2、一种考虑风速的变压器绕组热点温度计算方法，包括以下步骤：

3、步骤s1，引入风速修正因子，通过增加风速修正项e-k·v，得到考虑风速影响的变压器顶层油温对环境温升为：

4、

5、式中，v是环境中风速，k是确定的风速修正因子；

6、得到考虑风速影响的变压器热点温度对顶层油温的温升为：

7、hgrky×e-k·v；(2)

8、步骤s2，修正后的变压器负载率上升以及下降时的绕组瞬态热点温度的计算公式分别如式(3)和式(4)所示：

9、

10、

11、式中，θa为环境温度；δθoi为初始顶层油温升；δθor为额定损耗下顶层油温升；δθhi为热点与顶层油温的初始梯度；r为变压器负载损耗和空载损耗比值；k为变压器负载率，x为变压器油指数，h为绕组热点系数，gr为额定电流下绕组平均温度对油平均温度的梯度，y为绕组指数；f1(t)、f2(t)和f3(t)均为时间的指数函数，三者的表达式为：

12、

13、

14、

15、其中，k11、k21、k22为热模型参数，τo为变压器油时间常数，τw为变压器绕组时间常数；

16、步骤s3，获得考虑风速的多工况下变压器热点温度变化数据集(ti,ti)，i＝1,2,…,n；其中ti是第i个数据点对应的时间，ti是第i个数据点对应的绕组热点温度；n为采集的数据集的总数；

17、步骤s4，采用粒子群算法对绕组瞬态热点温度的计算公式中的参数k11,k21,k22,τo,τw,k进行寻优，得到最佳的参数k11,k21,k22,τo,τw,k；

18、步骤s5，将得到的最佳的参数k11,k21,k22,τo,τw,k代入步骤s2中的公式(3)～(7)中进行计算变压器绕组的负载率上升以及下降时的绕组瞬态热点温度。

19、优选地，所述步骤s3具体包括：

20、采用多物理场计算方法获取各工况对应的绕组温度在未来一段时间内变化的瞬态温升数据，进一步以δt为间隔进行取值，获得考虑风速的多工况下变压器热点温度变化数据集(ti,ti)。

21、优选地，所述未来一段时间为10小时。

22、优选地，所述δt＝5分钟。

23、优选地，所述步骤s4具体包括以下步骤：

24、步骤s41，设得到的绕组热点温度与时间、特性参数的表达式为t(t)＝f(t,α)，其中，特征参数向量α＝(k11,k21,k22,τo,τw,k)；

25、步骤s42，确定适应度函数为计算残差平方和e(α)，同时设置极小误差值ε；

26、步骤s43，初始化种群数量和速度，设置特征参数向量α初始化6组种群，每组粒子种群数量设置为100个，并将粒子速度初始化为vj，j＝1,2,…,600；

27、步骤s44，完成初始化后进行参数寻优，寻优过程中，设置个体学习因子c1和社会学习因子c2；计算适应度函数，并判断是否满足终止条件，不满足则进行个体的速度更新，如此循环，直至满足终止条件，确定最佳的特征参数向量α。

28、优选地，所述步骤s42中，适应度函数

29、优选地，所述步骤s44中个体学习因子c1和社会学习因子c2分别为2.5和2。

30、优选地，所述步骤s44中终止条件为e(α)＜ε。

31、本发明的有益效果为：本发明结合外界环境风速对变压器绕组热点温度的影响特性，修正了常用的变压器绕组热点温度计算的经验公式，并采用多物理场计算或者实际温升试验的方法确定热点温度受外界环境风速影响的数据集，最终采用粒子群算法确定了改进修正后的变压器绕组热点温度计算的经验公式的最优参数，拓宽了经验公式在计算绕组热点温度时的适用范围，并保障了改进经验公式对变压器绕组热点温度的计算精度。