1.一种气体绝缘输电装备高效设计优化方法,其特征在于,所述方法包括:根据气体绝缘输电装备的结构变量区间,得到由多个变量值组成的变量集;其中,结构变量为结构参数和装备内部充气压力;
在所述结构变量区间内按照预设步长,通过磁矢势‑电标势有限元方法对所述变量集进行扫描计算,直接得到各变量组合对应的涡流场分布及其欧姆损耗;
通过损耗回归函数,确定出所述各变量组合对应的目标损耗值;所述损耗回归函数由所述欧姆损耗进行回归分析得到;
将所述目标损耗值作为热路模型的热源激励输入,根据所述热路模型响应得到温度目标函数;所述温度目标函数反映所述气体绝缘输电装备中心导体的温度;
根据所述气体绝缘输电装备中单位长度装备的金属材料和内部绝缘气体的成本,得到单位长度的总成本目标函数;
通过多目标粒子群优化算法求解目标函数与非线性约束函数,得到Pareto最优解集;
所述目标函数由所述温度目标函数和总成本目标函数构成,所述非线性约束函数基于电场强度约束、机械强度约束和温升约束确定;
采用逼近理想解排序法,从Pareto最优解集中确定出目标设计方案。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据气体绝缘输电装备的结构变量区间,得到由多个变量值组成的变量集,包括:根据所述结构变量区间和所述预设步长,将结构变量划分为由多个变量值组成的变量集。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述变量集中的变量为中心导体的内半径和厚度、壳体的内半径和厚度、装备内部的充气压力、以及中心导体损耗和壳体损耗中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通过损耗回归函数,确定出所述各变量组合对应的目标损耗值,包括:对所述欧姆损耗的损耗值进行回归分析,得到所述损耗回归函数;所述损耗回归函数表示结构变量与中心导体损耗和壳体损耗的关系;
通过所述损耗回归函数,确定出所述各变量组合对应的目标损耗值。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述热路模型是在考虑气体绝缘输电装备内部上下空间的温差的情况下,基于热‑电类比原理,建立考虑分布热阻参数的等效热路模型,得到热路模型的热力学微分方程组,并通过龙格库塔方法对所述热力学微分方程组进行求解得到装备温升。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述金属材料的成本由所述气体绝缘输电装备的中心导体和外壳的体积确定;所述内部绝缘气体的成本由所述气体绝缘输电装备内部充气压力和内部容积确定。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电场强度约束是基于使用参考击穿场强作为约束判据建立;所述机械强度约束表征设计应力、结构变量和充气压力之间的关系;
所述温升约束基于预设IEC标准确定,所述温升约束为所述气体绝缘输电装备的中心导体部分温升小于或等于65K;所述气体绝缘输电装备在结构上采用同轴圆柱形金属壳体,所以中心导体表面的电场强度基于同轴圆柱均匀电场的公式确定。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述多目标粒子群优化算法包括以下步骤:初始化粒子群位置与速度,所述粒子群个体由结构变量组成,目标为同时最小化温度目标函数与总成本目标函数;基于适应度函数计算各粒子个体的适应度值,适应度函数由温升约束、电场强度约束及机械强度约束共同确定;根据个体最优值与全局最优值更新粒子速度与位置,并对粒子群进行迭代寻优;通过非支配排序策略获得Pareto最优解集。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述采用逼近理想解排序法,从Pareto最优解集中确定出目标设计方案,包括:基于所述气体绝缘输电装备的温升、与所述温升对应的温升权重因子,以及所述气体绝缘输电装备的成本、与对应的成本权重因子,分别确定所述Pareto最优解集中多个结构变量组合的多个目标值;
确定每个目标值与理想解的贴近度,将贴近度数值最小的结构变量组合对应的设计方案,作为目标设计方案。
10.一种气体绝缘输电装备高效设计优化平台,其特征在于,所述平台用于执行上述权利要求1至9中任一项所述一种气体绝缘输电装备高效设计优化方法。