CN114970259B - 换流变压器建模方法、装置、设备、存储介质和程序产品 - Google Patents

换流变压器建模方法、装置、设备、存储介质和程序产品 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种换流变压器建模方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。所述方法包括：首先根据用户输入的毛刺参数，在预先建立的换流变压器的初始变压器模型的目标部件上生成仿真毛刺缺陷，由此可以得到目标变压器模型，然后根据预先建立的特高压直流输电***的***模型获取换流变压器的绕组的仿真电流波形，根据该仿真电流波形，能够确定换流变压器的温度场分布，接着根据目标变压器模型的几何尺寸确定换流变压器的电场分布，最后根据温度场分布、电场分布和目标变压器模型，生成了换流变压器的温度场‑电场分布仿真模型。采用本方法能够模拟换流变压器的温度场分布、电场分布以及毛刺缺陷，得到的仿真研究更加贴近实际。

Description

换流变压器建模方法、装置、设备、存储介质和程序产品
技术领域
本申请涉及换流变压器建模技术领域，特别是涉及一种换流变压器建模方法、装置、设备、存储介质和程序产品。
背景技术
换流变压器是柔性高压直流输电工程中不可或缺的关键设备，由于换流变压器的结构复杂，换流变压器的故障率大约为普通交流变压器的两倍。换流变压器阀侧的油纸绝缘在电、热等因素的共同作用下极易出现局部放电，从而导致其绝缘性能下降，因此为观察换流变压器电场及温度场的变化，对换流变压器进行电场、温度场及流体场的耦合建模成为了亟待解决的问题。
目前，已有的换流变压器模型，为方便计算，均对实际换流变压器进行了简化处理，因此，现有的对换流变压器的建模方式使得对换流变压器的仿真研究都不够准确。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种仿真研究更贴近实际的换流变压器建模方法、装置、设备、存储介质和程序产品。
第一方面，本申请提供了一种换流变压器建模方法。所述方法包括：
基于用户输入的毛刺参数，在预先建立的换流变压器的初始变压器模型的目标部件上生成仿真毛刺缺陷，得到目标变压器模型，目标部件包括油箱壁和纸板中的至少一个，初始变压器模型的几何尺寸与换流变压器的几何尺寸一致；基于预先建立的特高压直流输电***的***模型获取换流变压器的绕组的仿真电流波形，特高压直流输电***包括换流变压器；根据仿真电流波形确定换流变压器的温度场分布；基于目标变压器模型的几何尺寸确定换流变压器的电场分布；根据温度场分布、电场分布和目标变压器模型，生成换流变压器的温度场-电场分布仿真模型。
在其中一个实施例中，基于预先建立的特高压直流输电***的***模型获取换流变压器的绕组的仿真电流波形，包括：基于特高压直流输电***的仿真运行参数，获取预先在***模型中确定的测量点的位置处的仿真电流，测量点位于换流变压器和换流阀之间；根据仿真电流，确定仿真电流波形。
在其中一个实施例中，根据仿真电流波形确定换流变压器的温度场分布，包括：根据仿真电流波形进行多次迭代运算，直至运算得到的损耗满足收敛条件为止，将最后一次迭代运算对应的温度场分布作为换流变压器的温度场分布；其中，第i次迭代运算包括：根据仿真电流波形以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗。
在其中一个实施例中，根据仿真电流波形以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗，包括：根据仿真电流波形，获取换流变压器的叠片铁芯在不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线；根据不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线，以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗。
在其中一个实施例中，根据仿真电流波形，获取换流变压器的叠片铁芯在不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线，包括：根据仿真电流波形，获取换流变压器的绕组电流的谐波分量和谐波类型；在不同温度下对叠片铁芯进行测量，得到不同温度下叠片铁芯的励磁电流和铁芯损耗功率；根据谐波分量、谐波类型以及不同温度下叠片铁芯的励磁电流，得到不同温度下叠片铁芯的磁化曲线；根据谐波分量、谐波类型以及不同温度下叠片铁芯的铁芯损耗功率，得到不同温度下叠片铁芯的损耗特性曲线。
在其中一个实施例中，根据仿真电流波形，获取换流变压器的绕组电流的谐波分量和谐波类型，包括：对仿真电流波形进行傅里叶变换处理，得到仿真频谱图；对仿真频谱图进行频谱分析处理，得到谐波分量和谐波类型。
在其中一个实施例中，根据不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线，以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗，包括：将目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格；根据第i次迭代运算对应的温度场分布，得到三角形有限元网格中各三角形单元对应的温度；根据各三角形单元对应的温度以及不同温度下的磁化曲线，得到各三角形单元对应的磁化曲线；根据各三角形单元对应的磁化曲线，得到三角形有限元网格的磁场分布；对三角形有限元网格进行离散处理，得到四边形有限元网格，并根据各三角形单元对应的温度确定四边形有限元网格中各四边形单元对应的温度；根据各四边形单元对应的温度以及不同温度下的损耗特性曲线，得到各四边形单元对应的损耗特性曲线；根据各四边形单元对应的损耗特性曲线以及磁场分布，计算各四边形单元的损耗。
在其中一个实施例中，方法还包括：若i＝1，则将预设的温度场分布作为第i次迭代运算对应的温度场分布；若i＞1，则获取第i-1次迭代运算对应的温度场分布以及第i次迭代运算对应的中间温度场分布，中间温度场分布是基于换流变压器油纸的材料物理特性参数计算得到的；将中间温度场分布插值至第i-1次迭代运算对应的温度场分布中，得到第i次迭代运算对应的温度场分布。
在其中一个实施例中，方法还包括：获取不同温度下换流变压器中油纸的材料物理特性参数；获取第i次迭代运算对应的绝缘油参数，包括运动粘度、导热系数以及常压热容中的至少一种；根据材料物理特性参数，计算得到第i次迭代运算对应的中间温度场分布。
在其中一个实施例中，基于目标变压器模型的几何尺寸确定换流变压器的电场分布，包括：将目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格；根据电磁场数学模型利用线性插值求解电势函数；根据电势函数求解各三角形有限元网格的电场强度，确定换流变压器的电场分布。
第二方面，本申请还提供了一种换流变压器建模装置。所述装置包括：
第一生成模块，用于基于用户输入的毛刺参数，在预先建立的换流变压器的初始变压器模型的目标部件上生成仿真毛刺缺陷，得到目标变压器模型，目标部件包括油箱壁和纸板中的至少一个，初始变压器模型的几何尺寸与换流变压器的几何尺寸一致；
获取模块，用于基于预先建立的特高压直流输电***的***模型获取换流变压器的绕组的仿真电流波形，特高压直流输电***包括换流变压器；
第一确定模块，用于根据仿真电流波形确定换流变压器的温度场分布；
第二确定模块，用于基于目标变压器模型的几何尺寸确定换流变压器的电场分布；
第二生成模块，用于根据温度场分布、电场分布和目标变压器模型，生成换流变压器的温度场-电场分布仿真模型。
在其中一个实施例中，该获取模块，具体用于基于特高压直流输电***的仿真运行参数，获取预先在***模型中确定的测量点的位置处的仿真电流，测量点位于换流变压器和换流阀之间；根据仿真电流，确定仿真电流波形。
在其中一个实施例中，该第一确定模块，具体用于根据仿真电流波形进行多次迭代运算，直至运算得到的损耗满足收敛条件为止，将最后一次迭代运算对应的温度场分布作为换流变压器的温度场分布；其中，第i次迭代运算包括：根据仿真电流波形以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗。
在其中一个实施例中，该第一确定模块，具体用于根据仿真电流波形，获取换流变压器的叠片铁芯在不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线；根据不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线，以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗。
在其中一个实施例中，该第一确定模块，具体用于根据仿真电流波形，获取换流变压器的绕组电流的谐波分量和谐波类型；在不同温度下对叠片铁芯进行测量，得到不同温度下叠片铁芯的励磁电流和铁芯损耗功率；根据谐波分量、谐波类型以及不同温度下叠片铁芯的励磁电流，得到不同温度下叠片铁芯的磁化曲线；根据谐波分量、谐波类型以及不同温度下叠片铁芯的铁芯损耗功率，得到不同温度下叠片铁芯的损耗特性曲线。
在其中一个实施例中，该第一确定模块，具体用于对仿真电流波形进行傅里叶变换处理，得到仿真频谱图；对仿真频谱图进行频谱分析处理，得到谐波分量和谐波类型。
在其中一个实施例中，该第一确定模块，具体用于根据不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线，以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗，包括：将目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格；根据第i次迭代运算对应的温度场分布，得到三角形有限元网格中各三角形单元对应的温度；根据各三角形单元对应的温度以及不同温度下的磁化曲线，得到各三角形单元对应的磁化曲线；根据各三角形单元对应的磁化曲线，得到三角形有限元网格的磁场分布；对三角形有限元网格进行离散处理，得到四边形有限元网格，并根据各三角形单元对应的温度确定四边形有限元网格中各四边形单元对应的温度；根据各四边形单元对应的温度以及不同温度下的损耗特性曲线，得到各四边形单元对应的损耗特性曲线；根据各四边形单元对应的损耗特性曲线以及磁场分布，计算各四边形单元的损耗。
在其中一个实施例中，该第一确定模块，具体用于若i＝1，则将预设的温度场分布作为第i次迭代运算对应的温度场分布；若i＞1，则获取第i-1次迭代运算对应的温度场分布以及第i次迭代运算对应的中间温度场分布，中间温度场分布是基于换流变压器油纸的材料物理特性参数计算得到的；将中间温度场分布插值至第i-1次迭代运算对应的温度场分布中，得到第i次迭代运算对应的温度场分布。
在其中一个实施例中，该第一确定模块，具体用于获取不同温度下换流变压器中油纸的材料物理特性参数；获取第i次迭代运算对应的绝缘油参数，包括运动粘度、导热系数以及常压热容中的至少一种；根据材料物理特性参数，计算得到第i次迭代运算对应的中间温度场分布。
在其中一个实施例中，该第二确定模块，具体用于基于目标变压器模型的几何尺寸确定换流变压器的电场分布，包括：将目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格；根据电磁场数学模型利用线性插值求解电势函数；根据电势函数求解各三角形有限元网格的电场强度，确定换流变压器的电场分布。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的方法。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的方法。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的方法。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
在本申请实施例提供的换流变压器建模方法中，首先根据用户输入的毛刺参数，在预先建立的换流变压器的初始变压器模型的目标部件上生成仿真毛刺缺陷，由此可以得到目标变压器模型，其中目标部件包括油箱壁和纸板中的至少一个，初始变压器模型的几何尺寸与换流变压器的几何尺寸一致，然后根据预先建立的特高压直流输电***的***模型获取换流变压器的绕组的仿真电流波形，根据该仿真电流波形，能够确定换流变压器的温度场分布，接着根据目标变压器模型的几何尺寸确定换流变压器的电场分布，最后根据温度场分布、电场分布和目标变压器模型，生成了换流变压器的温度场-电场分布仿真模型。通过这种方式，在对换流变压器进行建模的过程中，综合考虑了换流变压器的温度场分布、电场分布以及毛刺缺陷，生成换流变压器的温度场-电场分布仿真模型，且初始变压器模型的几何尺寸与真实换流变压器的几何尺寸一致，可以直接模拟由于加工工艺、运输过程中换流变压器中出现的毛刺缺陷，因此得到的仿真研究更加贴近实际。
附图说明
图1为一个实施例中换流变压器建模方法的流程示意图；
图2为另一个实施例中换流变压器建模方法的流程示意图；
图3为另一个实施例中换流变压器建模方法的流程示意图；
图4为另一个实施例中换流变压器建模方法的流程示意图；
图5为另一个实施例中换流变压器建模方法的流程示意图；
图6为另一个实施例中换流变压器模型示意图；
图7为另一个实施例中换流变压器建模方法的流程示意图；
图8为另一个实施例中换流变压器建模方法的流程示意图；
图9为另一个实施例中换流变压器相对介电常数随温度变化图；
图10为另一个实施例中换流变压器建模方法的流程示意图；
图11为另一个实施例中换流变压器建模方法的流程示意图；
图12为一个实施例中换流变压器建模装置的结构框图；
图13为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种换流变压器建模方法，以该方法应用于终端为例进行说明，可以理解的是，该方法也可以应用于服务器，还可以应用于包括终端和服务器的***，并通过终端和服务器的交互实现。包括以下步骤：
步骤101，终端基于用户输入的毛刺参数，在预先建立的换流变压器的初始变压器模型的目标部件上生成仿真毛刺缺陷，得到目标变压器模型。
其中，目标部件包括油箱壁和纸板中的至少一个，初始变压器模型的几何尺寸与换流变压器的几何尺寸一致。用户输入的毛刺参数可以是毛刺的曲率以及长度，通过控制毛刺的曲率和长度，可以得到各种毛刺类型下的电场变化规律。由于加工工艺和运输等原因，换流变压器裸露的金属部分，如箱体和接线引线处，以及内部纸板会存在毛刺问题，而毛刺的出现极易引发不可预测的绝缘损坏，影响换流变压器的绝缘性能。因此，对换流变压器模型上增加毛刺进行仿真研究更加贴近真实情况。
步骤102，终端基于预先建立的特高压直流输电***的***模型获取换流变压器的绕组的仿真电流波形，特高压直流输电***包括换流变压器。
利用电磁暂态仿真软件搭建±800kV特高压直流输电***，特高压直流输电***中包括换流变压器与脉冲换流器，换流变压器与脉冲换流器连接形成完整的换流桥臂，通过在特高压直流输电***中设置测量点，可以获取到稳态条件下的换流变压器绕组的仿真电流波形。
步骤103，终端根据仿真电流波形确定换流变压器的温度场分布。
换流变压器的磁场损耗会导致局部过热，因此换流变压器的温度场分布受到磁场损耗的影响，而磁场损耗可以根据换流变压器的绕组的仿真电流进行计算，由此可以根据仿真电流波形确定换流变压器的温度场分布。
步骤104，终端基于目标变压器模型的几何尺寸确定换流变压器的电场分布。
目标变压器模型的几何尺寸与换流变压器的几何尺寸一致，将模型离散进行求解，由于换流变压器的边界电势已知，可以根据边界电势确定离散后各单元的电场强度，由此得到换流变压器的电场分布。
步骤105，终端根据温度场分布、电场分布和目标变压器模型，生成换流变压器的温度场-电场分布仿真模型。
其中，所述目标变压器模型包含仿真毛刺缺陷，在得到换流变压器的温度场分布和电场分布仿真模型后，在易构网格条件下，将温度场分布仿真结果通过快速映射将数据插值传递到电场计算模型响应的网格单元，最终得到实际换流变压器电场、温度场-流体场耦合下的毛刺缺陷仿真结果。
上述换流变压器建模方法中，首先根据用户输入的毛刺参数，在预先建立的换流变压器的初始变压器模型的目标部件上生成仿真毛刺缺陷，由此可以得到目标变压器模型，其中目标部件包括油箱壁和纸板中的至少一个，初始变压器模型的几何尺寸与换流变压器的几何尺寸一致，然后根据预先建立的特高压直流输电***的***模型获取换流变压器的绕组的仿真电流波形，根据该仿真电流波形，能够确定换流变压器的温度场分布，接着根据目标变压器模型的几何尺寸确定换流变压器的电场分布，最后根据温度场分布、电场分布和目标变压器模型，生成了换流变压器的温度场-电场分布仿真模型。通过这种方式，在对换流变压器进行建模的过程中，综合考虑了换流变压器的温度场分布、电场分布以及毛刺缺陷，生成换流变压器的温度场-电场分布仿真模型，且初始变压器模型的几何尺寸与真实换流变压器的几何尺寸一致，可以直接模拟由于加工工艺、运输过程中换流变压器中出现的毛刺缺陷，因此得到的仿真研究更加贴近实际。
在一个实施例中，确定换流变压器模型的温度场分布，需要先获取换流变压器的绕组的仿真电流波形，如图2所示，确定仿真电流波形的步骤包括：
步骤201，终端基于特高压直流输电***的仿真运行参数，获取预先在***模型中确定的测量点的位置处的仿真电流。
使用电磁暂态仿真软件构建特高压直流输电***模型，并输入仿真运行参数进行仿真，然后测量测量点处的仿真电流，其中测量点位于换流变压器和换流阀之间，可以得到换流变压器绕组的电流，还可以增加设置测量点在特高压直流输电***中的脉冲整流器内部，用来与得到的换流变压器绕组电流进行比较。
步骤202，终端根据所述仿真电流，确定所述仿真电流波形。
根据测量点处测得的换流变压器绕组电流，确定仿真电流波形。
上述实施例中，通过对特高压直流输电***进行仿真，输入仿真运行参数然后测量换流变压器的绕组电流，得到的仿真电流波形更贴近实际换流变压器运行的真实情况，因此可以保证后续建模过程更准确。
在一个实施例中，根据仿真电流波形进行多次迭代运算，直至运算得到的损耗满足收敛条件为止，将最后一次迭代运算对应的温度场分布作为换流变压器的温度场分布。
其中，多次迭代运算中的第i次迭代运算包括：根据仿真电流波形以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗。如图3所示，具体的计算步骤包括：
步骤301，终端根据仿真电流波形，获取换流变压器的叠片铁芯在不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线。
可选的，在一个实施例中，换流变压器的叠片铁芯在不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线，如图4所示，具体计算步骤包括：
步骤401，终端根据仿真电流波形，获取换流变压器的绕组电流的谐波分量和谐波类型。
终端对仿真电流波形进行傅里叶变换处理，得到换流变压器的绕组电流的仿真频谱图，对仿真频谱图进行频谱分析处理，即得到换流变压器的绕组电流的谐波分量和谐波类型。
步骤402，终端在不同温度下对叠片铁芯进行测量，得到不同温度下叠片铁芯的励磁电流和铁芯损耗功率。
采用高精度功率分析仪来测量硅钢叠片铁芯的二次电压和励磁电流。通过湿温交流箱改变试验环境的温度，记录不同温度下的功率分析仪测得的硅钢叠片铁芯的励磁电流和铁芯损耗功率的读数。
步骤403，终端根据谐波分量、谐波类型以及不同温度下叠片铁芯的励磁电流，得到不同温度下叠片铁芯的磁化曲线。
终端根据换流变压器绕组电流中的谐波分量、谐波类型以及不同温度下叠片铁芯的励磁电流测量结果，通过计算得到不同温度下叠片铁芯的磁化特性曲线。
步骤404，终端根据谐波分量、谐波类型以及不同温度下叠片铁芯的铁芯损耗功率，得到不同温度下叠片铁芯的损耗特性曲线。
终端根据换流变压器绕组电流中的谐波分量、谐波类型以及不同温度下叠片铁芯的损耗功率测量结果，通过计算得到不同温度下叠片铁芯的损耗特性曲线。
步骤302，终端根据不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线，以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗。
可选的，如图5所示，损耗的计算步骤包括：
步骤501，终端将目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格。
将根据实际换流变压器几何尺寸建立的目标变压器模型离散为三角形有限元网格，为了降低计算成本，在建立换流变压器的模型时采用多级网格对模型进行剖分，即在垫块、绝缘层、角环等细小部件处采用更精细的网络，绕组、铁心等部分采用常规尺寸的非结构网络。如图6所示，建立实际尺寸的换流变压器仿真模型，仿真时取实际变压器的四分之一区域进行仿真计算，其中1为铁芯、2为调压绕组、3为网侧绕组、4为阀侧绕组、5为纸板、6为变压器油、7为静电环。图6中，upper yoke为上邮箱壁，core为铁芯，Outlet为油流出口，Inlet为油流入口。
步骤502，终端根据第i次迭代运算对应的温度场分布，得到三角形有限元网格中各三角形单元对应的温度。
可选的，流体温度场的四边形单元需要等价于两个三角形单元，这样在电磁场中待求解的每个节点都可以在流体温度场中找到相应的三角形主元进行插值，从而得到电磁场中每个节点的温度。
步骤503，终端根据各三角形单元对应的温度以及不同温度下的磁化曲线，得到各三角形单元对应的磁化曲线。
步骤504，终端根据各所述三角形单元对应的磁化曲线，得到三角形有限元网格的磁场分布。
步骤505，终端对三角形有限元网格进行离散处理，得到四边形有限元网格，并根据各三角形单元对应的温度确定四边形有限元网格中各四边形单元对应的温度。
步骤506，终端根据各四边形单元对应的温度以及不同温度下的损耗特性曲线，得到各四边形单元对应的损耗特性曲线。
步骤507，终端根据各四边形单元对应的损耗特性曲线以及磁场分布，计算各四边形单元的损耗。
利用非均匀网格节点数据的快速映射算法，将磁场三角形单元中每个节点的矢量磁势映射到流体温度场。利用流体温度场四边形单元各节点的矢量磁势计算各单元的损耗，并实现损耗映射。在计算损耗时，核心区域内的每个元件采用与各自温度对应的损耗特性曲线。
其中，在一个实施例中，换流变压器模型在不断的迭代计算中得到准确的温度场分布，如图7所示，迭代的过程包括：
步骤701，若i＝1，则终端将预设的温度场分布作为第i次迭代运算对应的温度场分布。
当i＝1，即第一次进行迭代计算时，各三角形单元均采用同一温度进行计算。
步骤702，若i＞1，则终端获取第i-1次迭代运算对应的温度场分布以及第i次迭代运算对应的中间温度场分布。
其中，中间温度场分布是基于换流变压器油纸的材料物理特性参数计算得到的。当i>1，例如当i＝2，进行第二次迭代时，根据第一次迭代计算时各三角形单元的温度以及换流变压器油纸的材料物理特性参数进行计算。
步骤703，终端将中间温度场分布插值至第i-1次迭代运算对应的温度场分布中，得到第i次迭代运算对应的温度场分布。
在一个实施例中，在换流变压器温度场迭代过程中的中间温度场分布的确定步骤如图8所示：
步骤801，终端获取不同温度下换流变压器中油纸的材料物理特性参数。
其中，换流变压器中油纸的材料物理特性参数包括绝缘油与绝缘纸板的相对介电常数以及电导率，绝缘油与绝缘纸板的相对介电常数。可选的，通过介质损耗测试仪测量变压器油相对介电参数，具体数值如图9中的左图所示，利用宽频介电谱仪测量浸油纸板的相对介电常数，具体的数值如图9中的右图所示。通过三电极***测量油浸纸板的电导率，三电极***中电极采用圆角设计以减少电场畸变，高压电极提供100V-20kV的直流电压，保护电极用来抵消表面效应引起的误差，测量电极直径50mm，测量极与保护极间距2.5mm。电极和测试样品都密封在四氟乙烯材料制作的圆柱罐内，置于恒温箱中，温度在290-380K内可调。
步骤802，终端获取第i次迭代运算对应的绝缘油参数。
其中，绝缘油参数包括运动粘度、导热系数以及常压热容中的至少一种。绝缘油的运动对温度场的分布产生影响。
步骤803，终端根据材料物理特性参数，计算得到第i次迭代运算对应的中间温度场分布。
其中，换流变压器内部换热过程必须满足基本的物理守恒定律，即质量、动量和能量的守恒。因此根据获取到的材料物理特性参数，以及质量、动量和能量守恒方程，可以确定迭代运算中对应的中间温度场分布。
在一个实施例中，以目标变压器模型的几何尺寸为基础，确定换流变压器的电场分布，如图10所示，具体步骤包括：
步骤1001，终端将目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格。
终端将目标变压器模型离散为三角形有限元网格，进而组成新的求解域。其中目标变压器模型的几何尺寸与实际换流变压器的几何尺寸一致。
步骤1002，终端根据电磁场数学模型利用线性插值求解电势函数。
其中，二维电场对应的边值问题如下式所示为：
式中，G为待求解的区域；φ为标量电势；ε1、ε2分别为两种不同的介质的介电常数；Γ1为第一类边界条件，此边界上的电势已知；Γ2为第二类边界条件，此边界上的电势法向导数等于零；Γin为不同介质的分界线；n为第二边界Γ2的外法线矢量。将上述公式中所表示的二维电场的边值问题等价为变分问题，如下所示：
其中剖分以三角形单元为主，三角形单元内用线性插值去得到电势函数，可得：
fe(x,y)＝a1+a2x+a3y (1)
式(1)中，e为每个单元的电势函数；a1，a2，a3为待求系数。
步骤1003，终端根据电势函数求解各三角形有限元网格的电场强度，确定换流变压器的电场分布。
根据步骤得到的电势函数进行插值，并对换流变压器网格模型的求解域进行离散，第一类边界条件作为约束求解出三角形有限元网格中能量泛函的极值，得到每个三角形单元的各顶点电位，再根据各顶点电位大小求得各单元的电场强度；
对于三角形单元，其每个顶点的坐标为(m，i，j)对应的电位分别为φm e，φi e，φj e，将三角形的顶点坐标分别代入式(1)，可得联立的方程组，即
得到插值函数后，需要对模型的解域进行离散化。离散化后，求解每个三角形能量函数的极值，该极值的解可以通过求解能量函数的极值来代替。极值问题通常受到第一类边界条件的约束。通过求解代数方程组得到每个三角形单元的每个顶点电势，然后根据每个顶点电势的大小得到每个单元的电场强度。
式中，Ex为该单元x轴位置处的电场强度；Ey为该单元y轴位置处的电场强度；um，ui，uj分别为三角形三个顶点的电势。
在本申请的实施例中，请参考图11，其示出了本申请实施例提供的一种换流变压器建模方法的流程图，该换流变压器建模方法包括以下步骤：
步骤1101，终端基于用户输入的毛刺参数，在预先建立的换流变压器的初始变压器模型的目标部件上生成仿真毛刺缺陷，得到目标变压器模型。
步骤1102，终端基于所述特高压直流输电***的仿真运行参数，获取预先在所述***模型中确定的测量点的位置处的仿真电流，所述测量点位于换流变压器和换流阀之间。
步骤1103，终端根据所述仿真电流，确定所述仿真电流波形。
步骤1104，终端根据仿真电流波形进行多次迭代运算，直至运算得到的损耗满足收敛条件为止，将最后一次迭代运算对应的温度场分布作为换流变压器的温度场分布。
步骤1105，终端将目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格。
步骤1106，终端根据电磁场数学模型利用线性插值求解电势函数。
步骤1107，终端根据电势函数求解各三角形有限元网格的电场强度，确定换流变压器的电场分布。
步骤1108，终端根据温度场分布、电场分布和目标变压器模型，生成换流变压器的温度场-电场分布仿真模型。
上述实施例，在对换流变压器进行建模的过程中，综合考虑了毛刺缺陷、温度场分布以及电场分布，得到最终的仿真模型。同时考虑温度对材料属性的影响，通过不断的迭代和修正，使得在计算温度场时，每个单元都可利用其所处温度下的实际材料属性，与传统方法视任何单元材料属性参数为恒定值相比，大大提高了计算温度场分布以及电场的准确性。进一步的由于建立了实际尺寸下的换流变压器模型，可以直接模拟缺陷故障，例如模拟换流变压器的纸板出现毛刺、静电环出现毛刺等实际工程现象更加接近实际。
由上述建模方法得到的仿真结果可知绕组端部温度较高，最高温出现在靠近绕组末端处，因为在最顶端线饼上方不再有发热线饼且上方油道较宽有利于散热，此处绝缘油温升48.4K。利用计算流体力学对换流变压器绕组中流动及传热的分析结果为：网侧绕组平均温度为330.81K，阀侧绕组平均温度为337.05K，热点温度为362.22K。绕组平均温升小于50K，变压器绕组最热点温升可控制在68K以下，结果均满足标准要求。
同时当毛刺缺陷发生时，油纸绝缘电场分布会发生明显变化，毛刺会使周围绝缘油附近的电场分布明显增大，根据该换流变压器建模方法可得到在毛刺下端即靠近纸板处，越尖的毛刺其电场强度越大，在毛刺缺陷区域垂直方向上(由下往上)，电场强度变化总体呈下降趋势。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的换流变压器建模方法的换流变压器建模装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个换流变压器建模装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于换流变压器建模方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图12所示，提供了一种换流变压器建模装置，该装置包括：
第一生成模块1201，用于基于用户输入的毛刺参数，在预先建立的换流变压器的初始变压器模型的目标部件上生成仿真毛刺缺陷，得到目标变压器模型，所述目标部件包括油箱壁和纸板中的至少一个，所述初始变压器模型的几何尺寸与所述换流变压器的几何尺寸一致；
获取模块1202，用于基于预先建立的特高压直流输电***的***模型获取所述换流变压器的绕组的仿真电流波形，所述特高压直流输电***包括所述换流变压器；
第一确定模块1203，用于根据所述仿真电流波形确定所述换流变压器的温度场分布；
第二确定模块1204，用于基于所述目标变压器模型的几何尺寸确定所述换流变压器的电场分布；
第二生成模块1205，用于根据所述温度场分布、所述电场分布和所述目标变压器模型，生成所述换流变压器的温度场-电场分布仿真模型。
在本申请的可选实施例中，该获取模块1202，具体用于基于特高压直流输电***的仿真运行参数，获取预先在***模型中确定的测量点的位置处的仿真电流，测量点位于换流变压器和换流阀之间；根据仿真电流，确定仿真电流波形。
在本申请的可选实施例中，该第一确定模块1203，具体用于根据仿真电流波形进行多次迭代运算，直至运算得到的损耗满足收敛条件为止，将最后一次迭代运算对应的温度场分布作为换流变压器的温度场分布；其中，第i次迭代运算包括：根据仿真电流波形以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗。
在本申请的可选实施例中，该第一确定模块1203，具体用于根据仿真电流波形，获取换流变压器的叠片铁芯在不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线；根据不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线，以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗。
在本申请的可选实施例中，该第一确定模块1203，具体用于根据仿真电流波形，获取换流变压器的绕组电流的谐波分量和谐波类型；在不同温度下对叠片铁芯进行测量，得到不同温度下叠片铁芯的励磁电流和铁芯损耗功率；根据谐波分量、谐波类型以及不同温度下叠片铁芯的励磁电流，得到不同温度下叠片铁芯的磁化曲线；根据谐波分量、谐波类型以及不同温度下叠片铁芯的铁芯损耗功率，得到不同温度下叠片铁芯的损耗特性曲线。
在本申请的可选实施例中，该第一确定模块1203，具体用于对仿真电流波形进行傅里叶变换处理，得到仿真频谱图；对仿真频谱图进行频谱分析处理，得到谐波分量和谐波类型。
在本申请的可选实施例中，该第一确定模块1203，具体用于根据不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线，以及第i次迭代运算对应的温度场分布，计算第i次迭代运算对应的损耗，包括：将目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格；根据第i次迭代运算对应的温度场分布，得到三角形有限元网格中各三角形单元对应的温度；根据各三角形单元对应的温度以及不同温度下的磁化曲线，得到各三角形单元对应的磁化曲线；根据各三角形单元对应的磁化曲线，得到三角形有限元网格的磁场分布；对三角形有限元网格进行离散处理，得到四边形有限元网格，并根据各三角形单元对应的温度确定四边形有限元网格中各四边形单元对应的温度；根据各四边形单元对应的温度以及不同温度下的损耗特性曲线，得到各四边形单元对应的损耗特性曲线；根据各四边形单元对应的损耗特性曲线以及磁场分布，计算各四边形单元的损耗。
在本申请的可选实施例中，该第一确定模块1203，具体用于若i＝1，则将预设的温度场分布作为第i次迭代运算对应的温度场分布；若i＞1，则获取第i-1次迭代运算对应的温度场分布以及第i次迭代运算对应的中间温度场分布，中间温度场分布是基于换流变压器油纸的材料物理特性参数计算得到的；将中间温度场分布插值至第i-1次迭代运算对应的温度场分布中，得到第i次迭代运算对应的温度场分布。
在本申请的可选实施例中，该第一确定模块1203，具体用于获取不同温度下换流变压器中油纸的材料物理特性参数；获取第i次迭代运算对应的绝缘油参数，包括运动粘度、导热系数以及常压热容中的至少一种；根据材料物理特性参数，计算得到第i次迭代运算对应的中间温度场分布。
在本申请的可选实施例中，该第二确定模块1204，具体用于基于目标变压器模型的几何尺寸确定换流变压器的电场分布，包括：将目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格；根据电磁场数学模型利用线性插值求解电势函数；根据电势函数求解各三角形有限元网格的电场强度，确定换流变压器的电场分布。
上述换流变压器建模装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图13所示。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种换流变压器建模方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图13中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中所提供的换流变压器建模方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中所提供的换流变压器建模方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中所提供的换流变压器建模方法。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种换流变压器建模方法，其特征在于，所述方法包括：
基于用户输入的毛刺参数，在预先建立的换流变压器的初始变压器模型的目标部件上生成仿真毛刺缺陷，得到目标变压器模型，所述目标部件包括油箱壁和纸板中的至少一个，所述初始变压器模型的几何尺寸与所述换流变压器的几何尺寸一致，所述毛刺参数包括毛刺的曲率以及长度；
基于预先建立的特高压直流输电***的***模型获取所述换流变压器的绕组的仿真电流波形，所述特高压直流输电***包括所述换流变压器；
根据所述仿真电流波形确定所述换流变压器的温度场分布；
基于所述目标变压器模型的几何尺寸确定所述换流变压器的电场分布；
根据所述温度场分布、所述电场分布和所述目标变压器模型，生成所述换流变压器的温度场-电场分布仿真模型；
所述基于预先建立的特高压直流输电***的***模型获取所述换流变压器的绕组的仿真电流波形，包括：
基于所述特高压直流输电***的仿真运行参数，获取预先在所述***模型中确定的测量点的位置处的仿真电流，所述测量点位于换流变压器和换流阀之间；
根据所述仿真电流，确定所述仿真电流波形；
所述根据所述仿真电流波形确定所述换流变压器的温度场分布，包括：
根据所述仿真电流波形进行多次迭代运算，直至运算得到的损耗满足收敛条件为止，将最后一次迭代运算对应的温度场分布作为所述换流变压器的温度场分布；
其中，第i次迭代运算包括：
根据所述仿真电流波形以及所述第i次迭代运算对应的温度场分布，计算所述第i次迭代运算对应的损耗；
所述基于所述目标变压器模型的几何尺寸确定所述换流变压器的电场分布，包括：
将所述目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格；
根据电磁场数学模型利用线性插值求解电势函数；
根据所述电势函数求解各所述三角形有限元网格的电场强度，确定所述换流变压器的电场分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述仿真电流波形以及所述第i次迭代运算对应的温度场分布，计算所述第i次迭代运算对应的损耗，包括：
根据所述仿真电流波形，获取所述换流变压器的叠片铁芯在不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线；
根据不同温度下的所述磁化曲线和所述损耗特性曲线，以及所述第i次迭代运算对应的温度场分布，计算所述第i次迭代运算对应的损耗。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述仿真电流波形，获取所述换流变压器的叠片铁芯在不同温度下的磁化曲线和损耗特性曲线，包括：
根据所述仿真电流波形，获取所述换流变压器的绕组电流的谐波分量和谐波类型；
在不同温度下对所述叠片铁芯进行测量，得到不同温度下所述叠片铁芯的励磁电流和铁芯损耗功率；
根据所述谐波分量、所述谐波类型以及不同温度下所述叠片铁芯的励磁电流，得到不同温度下所述叠片铁芯的磁化曲线；
根据所述谐波分量、所述谐波类型以及不同温度下所述叠片铁芯的铁芯损耗功率，得到不同温度下所述叠片铁芯的损耗特性曲线。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述仿真电流波形，获取所述换流变压器的绕组电流的谐波分量和谐波类型，包括：
对所述仿真电流波形进行傅里叶变换处理，得到仿真频谱图；
对所述仿真频谱图进行频谱分析处理，得到所述谐波分量和谐波类型。
5.根据权利要求2至4任一所述的方法，其特征在于，所述根据不同温度下的所述磁化曲线和所述损耗特性曲线，以及所述第i次迭代运算对应的温度场分布，计算所述第i次迭代运算对应的损耗，包括：
将所述目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格；
根据所述第i次迭代运算对应的温度场分布，得到所述三角形有限元网格中各三角形单元对应的温度；
根据各所述三角形单元对应的温度以及不同温度下的所述磁化曲线，得到各所述三角形单元对应的磁化曲线；
根据各所述三角形单元对应的磁化曲线，得到所述三角形有限元网格的磁场分布；
对所述三角形有限元网格进行离散处理，得到四边形有限元网格，并根据各所述三角形单元对应的温度确定所述四边形有限元网格中各四边形单元对应的温度；
根据各所述四边形单元对应的温度以及不同温度下的所述损耗特性曲线，得到各所述四边形单元对应的损耗特性曲线；
根据各所述四边形单元对应的损耗特性曲线以及所述磁场分布，计算各所述四边形单元的损耗。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若i=1，则将预设的温度场分布作为所述第i次迭代运算对应的温度场分布；
若i＞1，则获取第i-1次迭代运算对应的温度场分布以及所述第i次迭代运算对应的中间温度场分布，所述中间温度场分布是基于所述换流变压器油纸的材料物理特性参数计算得到的；
将所述中间温度场分布插值至所述第i-1次迭代运算对应的温度场分布中，得到所述第i次迭代运算对应的温度场分布。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取不同温度下所述换流变压器中油纸的材料物理特性参数；
获取所述第i次迭代运算对应的绝缘油参数，包括运动粘度、导热系数以及常压热容中的至少一种；
根据所述材料物理特性参数，计算得到所述第i次迭代运算对应的中间温度场分布。
8.一种换流变压器建模装置，其特征在于，所述装置包括：
第一生成模块，用于基于用户输入的毛刺参数，在预先建立的换流变压器的初始变压器模型的目标部件上生成仿真毛刺缺陷，得到目标变压器模型，所述目标部件包括油箱壁和纸板中的至少一个，所述初始变压器模型的几何尺寸与所述换流变压器的几何尺寸一致，所述毛刺参数包括毛刺的曲率以及长度；
获取模块，用于基于预先建立的特高压直流输电***的***模型获取所述换流变压器的绕组的仿真电流波形，所述特高压直流输电***包括所述换流变压器；
第一确定模块，用于根据所述仿真电流波形确定所述换流变压器的温度场分布；
第二确定模块，用于基于所述目标变压器模型的几何尺寸确定所述换流变压器的电场分布；
第二生成模块，用于根据所述温度场分布、所述电场分布和所述目标变压器模型，生成所述换流变压器的温度场-电场分布仿真模型；
所述获取模块，具体用于基于所述特高压直流输电***的仿真运行参数，获取预先在所述***模型中确定的测量点的位置处的仿真电流，所述测量点位于换流变压器和换流阀之间；根据所述仿真电流，确定所述仿真电流波形；
所述第一确定模块，具体用于根据所述仿真电流波形进行多次迭代运算，直至运算得到的损耗满足收敛条件为止，将最后一次迭代运算对应的温度场分布作为所述换流变压器的温度场分布；其中，第i次迭代运算包括：根据所述仿真电流波形以及所述第i次迭代运算对应的温度场分布，计算所述第i次迭代运算对应的损耗；
所述第二确定模块，具体用于将所述目标变压器模型进行离散处理，得到三角形有限元网格；根据电磁场数学模型利用线性插值求解电势函数；根据所述电势函数求解各所述三角形有限元网格的电场强度，确定所述换流变压器的电场分布。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的换流变压器建模方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的换流变压器建模方法的步骤。
11.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的换流变压器建模方法的步骤。
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