CN112462180B - 一种换流变压器损耗测定方法 - Google Patents
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Abstract
本公开创造性的提出了一种结合试验和仿真计算的换流变压器损耗值测定方法，该方法创新性的以温度分布图像作为二者融合的关键，设计了第一内部温度分布图像与第二内部温度分布图像，从而通过二者的相似度对比和阈值控制，能够获得换流变压器不同激励条件下各个部件的损耗的精确测定并通过图像感知其损耗分布。因此，上述实施例创造性的实现了试验测定可信度高的优点，以及仿真计算观测面细致可深入各个部件的优点，可进一步提高换流变压器内部各部件损耗值的精确测定。
Description
技术领域
本公开属于电气设备测量领域，具体涉及一种换流变压器损耗测定方法。
背景技术
换流变压器处在交流输电系统与直流输电系统相互连接的核心位置，对于换流变压器来说，换流变压器运行中承受交直流电压的共同作用，在负载电流中含有大量的高次谐波分量，这种高次谐波分量会导致换流变压器出现谐波漏磁场和高次谐波损耗。在高次谐波和基波损耗的共同作用下，换流变压器的各个结构件内部产生极不均匀的谐波损耗，产生的损耗过大且分布不均匀将可能引起变压器的某一区域的局部过热。过高的温度会加速绝缘材料的老化，降低变压器的性能及缩短其寿命。因此，掌握高谐波含量下换流变压器内部损耗分布，对于换流变压器结构设计具有重要作用。
发明内容
本公开的目的在于提供一种新的换流变压器损耗测定方法，可实现换流变压器内部各部件损耗值的准确测定。
本公开揭示了一种换流变压器损耗测定方法，包括以下步骤：
第一步骤中，换流变压器的各内部不同位置分别设置温度传感器以测量各内部部件的温度分布数据，施加激励电压于换流变压器进行空载试验，基于温度传感器得到空载时换流变压器的第一内部温度分布图像，其中，内部部件至少包括铁芯、绕组和夹件，激励电压包括含有谐波分量的电压波形；
第二步骤中，三维建模所述换流变压器得到三维模型，所述三维模型的各内部部件分别设置相应的损耗值，基于所述损耗值仿真计算第二内部温度分布图像；
第三步骤中，计算第一内部温度分布图像与第二内部温度分布图像的相似度，调节所述损耗值使得所述相似度大于预定阈值，此时的损耗值为换流变压器损耗测定值。
优选的，第一步骤中，谐波分量包括谐波次数及含量，以获得任意谐波次数及含量下的损耗值。
优选的，第一步骤中，温度传感器包括红外传感器，以获得温度分布图像。
优选的，第二步骤中，基于有限元法仿真计算第二内部温度分布图像。
优选的，第三步骤中，基于余弦相似度算法计算相似度，其中，通过计算向量的夹角余弦值计算相似度，以量化对比两幅图像的相似程度。
优选的，预定阈值大于等于0.9。
附图说明
图1为本公开实施例提供的一种换流变压器损耗测定方法的步骤图。
具体实施方式
下面，结合附图和实施例对本公开技术方案进行详细描述。
在一个实施例中，本公开揭示了一种换流变压器损耗测定方法，包括以下步骤：
第一步骤中，换流变压器的各内部部件分别设置温度传感器以测量各内部部件的温度数据，施加激励电压于换流变压器进行空载试验，基于温度传感器得到空载时换流变压器的第一内部温度分布图像，其中，内部部件至少包括铁芯、绕组和夹件，激励电压包括含有谐波分量的电压波形；
第二步骤中，三维建模所述换流变压器得到三维模型，所述三维模型的各内部部件分别设置相应的损耗值，基于所述损耗值仿真计算第二内部温度分布图像；
第三步骤中，计算第一内部温度分布图像与第二内部温度分布图像的相似度，调节所述损耗值使得所述相似度大于预定阈值，此时的损耗值为换流变压器损耗测定值。
为了理解上述实施例，有必要厘清现有技术中所存在的问题：
对于换流变压器损耗的测定，目前常规的方法包括试验测定法和建模计算法。
单纯的试验测定法的问题在于：其通过试验测到的损耗分布是换流变压器整体损耗，不能反映设备内部各个部件的损耗差异，其获得的是一个整体值，无法区分绕组、铁心或夹件的具体损耗值；
单纯的建模计算法的问题则在于：其通过仿真建模计算虽然能得到各个部件的损耗值，但由于建模过程存在大量简化，同时激励条件的施加过程难以和试验保持一致，导致计算结果无法验证，也无法确定其正确性，更无法试验进行对比。
因此，本公开通过上述实施例创造性的提出了一种结合试验和仿真计算的换流变压器损耗值测定方法，该方法创新性的以温度分布图像作为二者融合的关键，设计了第一内部温度分布图像与第二内部温度分布图像，从而通过二者的相似度对比和阈值控制，能够获得换流变压器不同激励条件下各个部件的损耗的精确测定并通过图像感知其损耗分布。因此，上述实施例创造性的实现了试验测定可信度高的优点，以及仿真计算观测面细致可深入各个部件的优点，可进一步提高换流变压器内部各部件损耗值的精确测定。
换言之，本发明通过温度分布测量作为中间桥梁，巧妙的抓住了：损耗导致的后果就是温度变化这一关键，从而得以融合试验和建模计算两种方法的优点。
能够理解，本发明首先进行试验过程中温度分布的测量，获得试验下的各部件温度分布图像；然后建模，在给定损耗值下计算各部件的温度部分，并通过调节损耗值使得计算温度分布于试验温度分布一致，这样就认为给定的损耗值就是实际的损耗值。这种方法的优点在于避免了单一试验只能获得总的损耗的缺点，也避免了单一的建模计算不够准确，无法与试验结果对应的缺点。
需要说明的是，损耗值的初始设置值的设置原则可以根据经验设置，然后根据建模效果以及相似度比较而不断调整。能够理解，初始参数的设置都遵循类似的原则。
优选的，第一步骤中，谐波分量包括谐波次数及含量，以获得任意谐波次数及含量下的损耗值。
优选的，第一步骤中，温度传感器包括红外传感器，以获得温度分布图像。
优选的，第二步骤中，基于有限元法仿真计算第二内部温度分布图像。
优选的，第三步骤中，基于余弦相似度算法计算相似度，其中，通过计算向量的夹角余弦值计算相似度，以量化对比两幅图像的相似程度。
优选的，预定阈值大于等于0.9。
参见图1，在另一个较佳的实施例中，其提供了一种换流变压器损耗测定方法，可实现换流变压器内部各部件损耗值的准确测定，该方法包括如下步骤：
步骤1对被试换流变压器进行含谐波空载试验；
步骤2在被试换流变压器内部植入红外传感器进行红外温度测量；
步骤3获得空载试验时换流变压器内部温度分布图像；
步骤4对该变压器进行三维建模；
步骤5输入各部件损耗值；
步骤6仿真获得内部温度分布图像；
步骤7计算试验温度分布图像与计算温度分布图像的图像相似度；
步骤8调整变压器内部各部件损耗值，使图像相似度大于0.9；
步骤9此时各部件损耗值即为换流变压器损耗测定值。
换流变压器的谐波引起的损耗主要集中在空载损耗，在进行被试换流变压器空载试验时，所施加的激励电压为含有各谐波分量的电压波形，其中谐波次数及含量可根据需要任意选择。在被试变压器内部不同位置放置红外传感器，放置位置及个数可根据被试变压器的实际大小进行选择，所获的红外温度图像应能覆盖铁心、绕组及夹件等内部部件。在空载试验时通过红外温度传感器获得换流变压器内部温度分布图像。
对该被试换流变压器进行三维建模，所使用的的软件可任意选择，建模后输入各部件如铁心、绕组及夹件的损耗值，利用有限元法进行换流变压器内部温度场的计算。根据损耗值利用有限元法进行温度场计算是成熟方法，过程本公开不再赘述。
将计算获得的内部温度分布图像与试验获得的内部温度图像进行图像相似度计算，图像相似度计算采用余弦相似度计算法，该方法将需要对比的两张图像转换为向量，通过计算两个向量的夹角余弦值来评估他们的相似度，是目前图像相似度比较领域较为常用的方法。当计算结果越接近1，则说明两张图像相似度越高。调整损耗输入值，并计算试验温度分布图像和仿真温度分布图像的余弦相似度，当计算结果大于0.9时，认为此时计算结果和试验结果一致。此时获得的各部件损耗值为本方法的测定值。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种换流变压器损耗测定方法，包括以下步骤：
第一步骤中，换流变压器的各内部不同位置分别设置温度传感器以测量各内部部件的温度分布数据，施加激励电压于换流变压器进行空载试验，基于温度传感器得到空载时换流变压器的第一内部温度分布图像，其中，内部部件至少包括铁芯、绕组和夹件，激励电压包括含有谐波分量的电压波形；
第二步骤中，三维建模所述换流变压器得到三维模型，所述三维模型的各内部部件分别设置相应的损耗值，基于所述损耗值仿真计算第二内部温度分布图像；
第三步骤中，计算第一内部温度分布图像与第二内部温度分布图像的相似度，调节所述损耗值使得所述相似度大于预定阈值，此时的损耗值为换流变压器损耗测定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一步骤中，谐波分量包括谐波次数及含量，以获得任意谐波次数及含量下的损耗值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，第一步骤中，温度传感器包括红外传感器，以获得温度分布图像。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤中，基于有限元法仿真计算第二内部温度分布图像。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，第三步骤中，基于余弦相似度算法计算相似度，其中，通过计算向量的夹角余弦值计算相似度，以量化对比两幅图像的相似程度。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，预定阈值大于等于0.9。
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