CN109146198B - 一种热风除冰参数优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热风除冰参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：建立热风融冰仿真试验模型，开展热风融冰试验，获取不同热风风速、风温下单位质量冰块融化所需时间及能耗；建立热风风速、风温与融冰时间的关系式；建立热风风速、风温与融冰能耗的关系式；综合考虑融冰时间及能耗的平衡，建立参数优化选取的目标函数；根据热风除冰装置风机的技术条件及现场应用条件，建立风速、风温的约束模型；对目标函数进行求解，求出最优风速和风温，从而指导热风机的选型及热风除冰装置的设计。本发明基于大量仿真实验数据，建立了热风风速、风温与融冰时间及融冰能耗的关系模型，为热风除冰装置研制中热风风速、风温的选取提供指导。

Description

一种热风除冰参数优化方法
技术领域
本发明属于电力除冰技术领域，尤其涉及到一种热风除冰参数优化方法。
背景技术
变电站支柱绝缘子覆冰严重影响其机械性能及绝缘性能，导致发生覆冰闪络，威胁电网的安全稳定运行。人工除冰及机械除冰必须停电进行，劳动强度大，除冰效率低，且极易损坏绝缘设备。热风绝缘性高，热风除冰可带电进行，无污染，不会损坏绝缘设备，是一种非常适合于变电设备除冰的除冰方式。现有热风除冰设备的关键参数的设计仅凭经验选取，缺乏理论指导及实验验证，参数选取无法达到最优，除冰效率较低。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种热风除冰参数优化方法。通过该方法，能在风机功率一定的情况下，将热风除冰的效率提至最高。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种热风除冰参数优化方法，包括如下步骤：
S1:建立热风融冰仿真试验模型，开展热风融冰试验，获取不同热风风速、风温下单位质量冰块融化所需时间及能耗；
S2：建立热风风速、风温与融冰时间的关系式；
S3：建立热风风速、风温与融冰能耗的关系式；
S4：综合考虑融冰时间及能耗的平衡，建立参数优化选取的目标函数；
S5：根据热风除冰装置风机的技术条件及现场应用条件，建立风速、风温的约束模型；
S6：对目标函数进行求解，求出最优风速和风温，从而指导热风机的选型及热风除冰装置的设计。
进一步的，S2步骤中热风风速、风温与融冰时间的关系式为：
t＝0.0148v2+0.00029T2+0.0019vT-1.3281v-0.1925T+44.1392
其中：t为融冰时间(min/100g)，T为热风温度(℃)，v为热风风速(m/s)。
进一步的，S3步骤中热风风速、风温与融冰能耗的关系式为：
E＝-0.0026v2+0.000026T2-0.00018vT+0.2687v-0.0177T+6.0709
其中：E为融冰能耗(MJ/100g)。
进一步的，S4步骤中的目标函数的表达式为：
Figure BDA0001794956540000021
其中：α融冰时间的权重，1-α融冰能耗的权重，β为融冰时间和能耗相对于热风温度和风速贡献率的权重，1-β为热风温度、风速对减少融冰时间或能耗的贡献率权重；
Figure BDA0001794956540000022
为热风风速对融冰时间的贡献率，
Figure BDA0001794956540000023
为热风温度对融冰时间的贡献率，
Figure BDA0001794956540000024
为热风风速对融冰能耗的贡献率，
Figure BDA0001794956540000025
为热风温度对融冰能耗的贡献率。
进一步的，S5步骤中风速、风温的约束模型的表达式为：0≤T≤30；00≤v≤40。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：基于大量仿真实验数据，建立了热风风速、风温与融冰时间及融冰能耗的关系模型，为热风除冰装置研制中热风风速、风温的选取提供了理论指导依据。通过优化设计热风的参数，能最大化的提高热风除冰效率。
附图说明
图1为融冰时间与热风风速、风温的曲线；
图2为不同风速、风温下的融冰时间分布图；
图3为融冰能耗与热风风速、风温的曲线；
图4为不同风速、风温下的融冰能耗分布图。
具体实施方式
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-图4，一种热风除冰参数优化方法，包括如下步骤：
(1)建立热风融冰仿真试验模型，开展热风融冰试验，获取不同热风风速、风温下单位质量冰块融化所需时间及能耗。
(2)通过对试验数据进行分析拟合，建立热风风速、风温与融冰时间的关系式为：
t＝0.0148v2+0.00029T2+0.0019vT-1.3281v-0.1925T+44.1392 (1)
式中，t为融冰时间(min/100g)，T为热风温度(℃)，v为热风风速(m/s)。
(3)通过对试验数据进行分析拟合，建立热风风速、风温与融冰能耗的关系式：
E＝-0.0026v2+0.000026T2-0.00018vT+0.2687v-0.0177T+6.0709 (2)
式中，E为融冰能耗(MJ/100g)。
(4)综合考虑融冰时间及能耗的平衡，建立参数优化选取的目标函数：
Figure BDA0001794956540000031
式中：α融冰时间的权重，1-α融冰能耗的权重，β为融冰时间和能耗相对于热风温度和风速贡献率的权重，1-β为热风温度、风速对减少融冰时间或能耗的贡献率权重。
Figure BDA0001794956540000032
为热风风速对融冰时间的贡献率，
Figure BDA0001794956540000033
为热风温度对融冰时间的贡献率，
Figure BDA0001794956540000034
为热风风速对融冰能耗的贡献率，
Figure BDA0001794956540000035
为热风温度对融冰能耗的贡献率。根据运行人员的实际经验，α＝0.8，β＝0.8比较符合运行人员的选择倾向。
(5)根据热风除冰装置风机的技术条件及现场应用条件，建立风速、风温的约束条件：
0≤T≤300 (4)
0≤v≤40 (5)
(6)对上述目标函数进行求解，求出最优风速为13.87m/s，最优风温为192.27℃，从而指导热风机的选型及热风除冰装置的设计。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种热风除冰参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：建立热风融冰仿真试验模型，开展热风融冰试验，获取不同热风风速、风温下单位质量冰块融化所需时间及能耗；
S2：建立热风风速、风温与融冰时间的关系式；
S3：建立热风风速、风温与融冰能耗的关系式；
S4：综合考虑融冰时间及能耗的平衡，建立参数优化选取的目标函数；
S5：根据热风除冰装置风机的技术条件及现场应用条件，建立风速、风温的约束模型；
S6:对目标函数进行求解，求出最优风速和风温，从而指导热风机的选型及热风除冰装置的设计；
S2步骤中热风风速、风温与融冰时间的关系式为：
t＝0.0148v2+0.00029T2+0.0019vT-1.3281v-0.1925T+44.1392
其中：t为融冰时间(min/100g)，T为热风温度(℃)，v为热风风速(m/s)。
2.根据权利要求1所述的热风除冰参数优化方法，其特征在于：S3步骤中热风风速、风温与融冰能耗的关系式为：
E＝-0.0026v2+0.000026T2-0.00018vT+0.2687v-0.0177T+6.0709
其中：E为融冰能耗(MJ/100g)。
3.根据权利要求1或2所述的热风除冰参数优化方法，其特征在于：S4步骤中的目标函数的表达式为：
Figure FDA0002987869510000011
其中：α融冰时间的权重，1-α融冰能耗的权重，β为融冰时间和能耗相对于热风温度和风速贡献率的权重，1-β为热风温度、风速对减少融冰时间或能耗的贡献率权重；
Figure FDA0002987869510000012
为热风风速对融冰时间的贡献率，
Figure FDA0002987869510000013
为热风温度对融冰时间的贡献率，
Figure FDA0002987869510000014
为热风风速对融冰能耗的贡献率，
Figure FDA0002987869510000015
为热风温度对融冰能耗的贡献率。
4.根据权利要求3所述的热风除冰参数优化方法，其特征在于：S5步骤中风速、风温的约束模型的表达式为：0≤T≤300；0≤v≤40。
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