浅论电力变压器优化设计中的遗传算法(2)

2.3约束条件的选择

为了使优化结果满足工程设计与制造的实际要求,约束条件除了独立变量自身的约束外,还包括电压比、短路阻抗、空载损耗、负载损耗、空载电流、绕组平均温升、高低压绕组温差、油面最高温升等性能指标约束。扁导线宽厚比、单根导线截面积、铁心各级片宽(取5或0为尾数)的工艺约束。磁通密度、电流密度等材料约束以及绕组导线拉应力、电抗高度差等应力约束。另外,为了提高优化软件的通用性,优化设计软件中还包括变压器铁心最佳截面积的计算和绕组线规自动搜索回归方程的建立。

3电力变压器优化设计软件的功能

本文应用IGA全局最优化算法,在中文Windows平台上利用可视化编程工具VisualBasic5.0开发了电力变压器优化设计软件。该软件参照新S9型10kV的结构进行程序设计,其中:30~500kVA高低压绕组采用圆筒式结构,630~1600kVA高压绕组采用圆筒式结构,低压绕组为新型螺旋式结构。整个软件系统包括电力变压器的分析校核、综合设计、优化设计以及数据库管理等功能模块。

3.1分析校核

通过给定设计初值之后,可以对已有或特殊的电力变压器进行校核计算,包括高低压绕组结构参数、负载性能参数、空载性能参数、铁心和油面温升、短路电动力以及变压器重量等。

3.2综合设计

在规定的产品性能和技术条件下,自动选择适当技术参数和结构尺寸,从而得出可行的设计方案。

3.3优化设计

技术人员可以方便地调整材料单价以及一些经济指标参数,灵活选择材料成本、运行费用和十年变电成本等单目标或产品费用和运行费用,同时对最低的双目标选项进行优化。优化设计后同时显示前八个最优的设计方案,并可以将其与分析校核、综合设计的方案进行对比,最后选择出合适的设计方案。另外,技术人员可以方便地查看和打印各种优化设计方案的详细计算清单,同时该软件还可以连续多次地进行优化设计,将多次优化结果记录下来,可以方便地和前几次的优化结果进行对比,然后将较优方案的详细计算清单予以保存,最终可以选出较适合的设计方案指导产品生产。

3.4数据库管理

为满足电力变压器实际生产和工艺要求,技术人员可以对电力变压器的基本参数进行浏览和修改,如主绝缘距离、纵绝缘尺寸、硅钢片性能、扁导线尺寸、材料单价以及各种性能指标约束参数等。

4 结论

(1)提出的改进遗传算法(IGA)具有较强的全局寻优能力和较高的求解精度,是解决电力变压器优化设计问题的一种行之有效的方法。

(2)尽管本文以S9型10kV等级的电力变压器为例进行优化,但是通过适当修改电力变压器的优化数学模型,基于IGA的优化理论同样可以推广到对大型电力变压器的优化设计以及复杂电机结构的优化设计等工程优化领域。

(3)开发的电力变压器优化设计软件操作简单、功能全面,技术人员可以针对不同的目的,方便、灵活地选择不同的目标函数进行优化,从而在满足性能指标和可靠性等各种约束条件的前提下,尽可能有效地寻找到最适合的设计方案,以指导产品生产。该软件也可为电力运行部门在对电力变压器产品选型、投资决策等方面提供参考。

参考文献:

[ 1] 路长柏, 朱英浩, 张怀灵, 等. 电力变压器计算( 修订本) [M] . 哈尔滨: 黑龙江科学技术出版社, 1990.

[ 2] Holland J H. Adaptive of natural and artificial systems. AnnArbor: The university of michigan press, 1975.

[ 3] 樊叔维, 汪国梁, 谢卫. 遗传算法在电力变压器优化设计中的应用研究[ J] . 中国电机工程学报, 1996, 16( 5) :346- 348.

[ 4] 李辉. 改进遗传算法在电力变压器优化设计中的应用研究[ D] . 重庆大学项士学位论文, 2000.

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