【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及超導電力應用設計，尤其是涉及一種超導環形空心電抗器的結構優化方法、介質、程序產品。
技術介紹
1、隨著電力需求的持續上升，電力系統的規模和容量不斷擴大，導致長距離高壓輸電中的無功功率補償和過電壓問題變得更加嚴重。并聯電抗器在這一背景下發揮著至關重要的作用，它們通過調整無功功率平衡來減輕這些問題，從而優化電壓分布，減少線路損耗，并提高電網的整體效率。
2、在現有的電力系統中，電抗器主要分為空心和鐵心兩種類型。鐵心電抗器的特點是高導磁率的鐵心和閉合磁路，這有助于將磁場主要限制在電抗器內部。然而，鐵心電抗器存在磁飽和問題，導致電感非線性，且運行時噪音較大。相比之下，空心電抗器以其穩定的電感值和低噪音特性而受到青睞。但隨著電力系統的復雜性增加，電抗器的占地面積和電磁兼容性問題也變得更加突出，尤其是在空間受限的城市中心區域。
3、為了解決這些問題，研究者們提出了環型空心電抗器的設計，這種結構能夠將磁場有效地限制在電抗器內部，減少磁場泄露。此外，采用超導材料制備的電抗器在液氮溫度下工作，展現出零電阻特性，具有高載流密度、輕重量、緊湊體積和低噪音等優勢，使其成為城市電網中的理想選擇。
4、鑒于高溫超導帶材的成本較高，對超導電抗器進行經濟性分析顯得尤為重要。同時考慮到超導電抗器需要在低溫環境下工作，制冷功率成本也成為了一個不可忽視的因素。因此，電抗器的成本優化目標主要集中在降低帶材成本和制冷成本上，同時確保裝置參數滿足要求。通過這種綜合考慮，亟需研究者設計出既經濟又高效的超導電抗器，以滿足現代電
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種超導環形空心電抗器的結構優化方法、介質、程序產品，本專利技術可以用于不同容量的超導電抗器結構優化，通過設定約束條件，可以得到不同指標下成本最低的結構參數，提高了電抗器設計的經濟效益。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、本專利技術第一方面提供一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，包括以下步驟：
4、s1、初始化：設定超導電抗器的初始結構參數，包括線圈內徑、環繞半徑、線圈匝數、線圈個數、并聯支路數；
5、s2、電感調整：調整所述線圈匝數，通過matlab的紐曼公式進行粗調，并基于comsol仿真的磁能法進行微調，以使電感值達到設計指標；
6、s3、臨界電流計算：計算調整匝數后的臨界電流，判斷臨界電流、電感和幾何是否滿足約束條件，若不滿足，重新初始化變量；若滿足，繼續下一步流程；
7、s4、帶材用量和交流損耗計算：通過matlab，計算調整匝數后的帶材用量；通過comsol仿真，計算交流損耗；
8、s5、優化迭代：使用多目標遺傳算法對結構參數進行迭代優化，直至找到帶材用量最少、交流損耗最低的最優解集；
9、s6、成本計算：在最優解集中，根據帶材用量和交流損耗，計算帶材成本和滿足交流損耗所需要的制冷成本，結合超導電抗器其他部件成本，綜合得到總成本，找到最優解集中總成本最低的解；
10、s7、輸出結果：輸出最優解，包括線圈內徑、環繞半徑、線圈匝數、線圈個數、并聯支路數，以及對應的臨界電流、電感值、帶材用量、交流損耗、總成本。
11、進一步地，s2中，具體包括以下步驟：
12、s2-1、首先通過matlab軟件應用紐曼公式對線圈匝數進行粗略調整，以快速獲得接近設計要求的電感值；
13、s2-2、利用comsol軟件的磁能法對電感進行細致調整，通過有限元分析精確計算電磁場分布，確保電感值精確符合設計指標。
14、進一步地，s3中，具體包括以下步驟：
15、s3-1、計算調整匝數后的臨界電流；
16、s3-2、判斷計算出的臨界電流是否滿足電感和幾何約束條件，如果計算出的臨界電流不滿足約束條件，重新在s1中初始化變量，并重復s1至s3步驟，直到找到滿足條件的結構參數。
17、進一步地，s3中，判斷計算出的臨界電流是否滿足電感和幾何約束條件過程中包括：驗證臨界電流值是否在超導材料的安全操作范圍內，以及是否符合電抗器的幾何設計要求，所述幾何設計要求包括線圈的尺寸、形狀、布置方式的設計要求。
18、進一步地，s5中，具體包括以下步驟：
19、初始化種群：隨機生成一組個體，每個個體代表一個潛在的解決方案，包含線圈內徑、環繞半徑、線圈匝數、線圈個數、并聯支路數；
20、計算適應度：使用多目標函數評估每個個體的適應度值，得到適應度向量；
21、帕累托前沿排序：根據適應度向量對個體進行排序，將它們分成不同的帕累托前沿，識別出非劣解集；
22、計算擁擠度距離：在每個帕累托前沿中，計算每個個體與其相鄰個體之間的距離，用于維持種群的多樣性；
23、選擇操作：從種群中選擇一組個體，用于產生下一代個體，選擇策略通常是基于帕累托前沿和擁擠度距離；
24、交叉和變異操作：對選擇出來的個體進行交叉和變異操作，產生新的個體，并將它們加入到下一代種群中；
25、更新種群：將新的個體替換掉原有的個體，形成下一代種群；
26、迭代至收斂：重復上述步驟，直到滿足迭代次數或找到滿意的解集，作為總成本最少、交流損耗最低的最優解集。
27、進一步地，所述超導環形空心電抗器中，每個線圈均為雙餅線圈，環繞一周，相互之間通過金屬件串并聯，最終分為多個并聯支路；
28、s5中，通過matlab中的遺傳算法工具箱，對電抗器結構參數進行優化，優化算法是多目標遺傳算法，優化目標是帶材用量最少，交流損耗最低；
29、s2至s4中，電抗器的電感和交流損耗均通過comsol中的等效簡化模型計算。
30、進一步地，s6中，成本計算具體包括以下步驟：
31、帶材成本計算：根據帶材用量和當前市場帶材價格，計算帶材成本
32、制冷成本計算：根據交流損耗，確定制冷系統的制冷量，計算制冷系統的購置價格、運行成本、制冷劑成本和可能的維護成本。
33、總成本計算：將計算得到的帶材成本和制冷成本相加，結合超導電抗器其他部件成本，得到電抗器總成本。
34、進一步地，所述制冷成本的計算中，制冷系統凈制冷量要大于交流損耗和系統漏熱，制冷系統凈制冷量與制冷溫度相關，制冷溫度越低，凈制冷量越小，以圖為4為例。
35、本專利技術第二方面提供一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執行時實現上述超導環形空心電抗器的結構優化方法的步驟。
36、本專利技術第三方面提供一種計算機程序產品，包括計算機程序，該計算機程序被處理器執行時實現上述超導環形空心電抗器的結構優化方法。
37、與現有技術相比，本專利技術具有以下技術優勢：
38、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，S2中，具體包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，S3中，具體包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，S3中，判斷計算出的臨界電流是否滿足電感和幾何約束條件過程中包括：驗證臨界電流值是否在超導材料的安全操作范圍內，以及是否符合電抗器的幾何設計要求，所述幾何設計要求包括線圈的尺寸、形狀、布置方式的設計要求。
5.根據權利要求1所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，S5中，具體包括以下步驟：
6.根據權利要求1所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，所述超導環形空心電抗器中，每個線圈均為雙餅線圈，環繞一周，相互之間通過金屬件串并聯，最終分為多個并聯支路。
7.根據權利要求1所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，S5中，通
8.根據權利要求1所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，S2至S4中，電抗器的電感和交流損耗均通過COMSOL中的等效簡化模型計算。
9.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執行時實現權利要求1至8中任意一項所述超導環形空心電抗器的結構優化方法的步驟。
10.一種計算機程序產品，包括計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執行時實現權利要求1至8中任意一項所述超導環形空心電抗器的結構優化方法。
...【技術特征摘要】
1.一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，s2中，具體包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，s3中，具體包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，s3中，判斷計算出的臨界電流是否滿足電感和幾何約束條件過程中包括：驗證臨界電流值是否在超導材料的安全操作范圍內，以及是否符合電抗器的幾何設計要求，所述幾何設計要求包括線圈的尺寸、形狀、布置方式的設計要求。
5.根據權利要求1所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，s5中，具體包括以下步驟：
6.根據權利要求1所述的一種超導環形空心電抗器的結構優化方法，其特征在于，所述超導環形空心電...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐晴川，關宏，嚴軍，李紅雷，黃華，蘇磊，焦婷，田昊洋，
申請(專利權)人：國網上海市電力公司，
類型：發明
國別省市：
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