本发明公开了一种变压器温升估计的方法及系统，其方法包括：对变压器的内部温度影响因素进行分析，获取表征变压器热特性和负荷能力的参数；基于数值分析法搭建变压器温度场仿真模型，获取多种负荷约束条件下的变压器内部温度分布具体信息，得到多种负荷影响因素对变压器内部温度场分布的影响；基于变压器传热过程进行分析结果建立变压器热点温度快速估算模型，将多负荷影响因素条件作用下的变压器温度场数值分析结果输入热点温度模型；基于所述热点温度模型对变压器内部关键温度进行预测。本发明实施例优化变压器热路模型结果，进一步提升变压器内部关键温度的预测精度。
1.一种变压器温升估计的方法，其特征在于，所述方法包括：
对变压器的内部温度影响因素进行分析，获取表征变压器热特性和负荷能力的参数；
基于数值分析法搭建变压器温度场仿真模型，获取多种负荷约束条件下的变压器内部温度分布具体信息，得到多种负荷影响因素对变压器内部温度场分布的影响；
基于变压器传热过程分析结果建立变压器热点温度快速估算模型，将多负荷影响因素条件作用下的变压器温度场数值分析结果输入热点温度模型；
基于所述热点温度模型对变压器内部关键温度进行预测；
所述基于变压器传热过程进行分析结果建立变压器热点温度快速估算模型包括：基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；
基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；
基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型；
所述构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律包括：针对油浸变压器的电磁场、温度场和流体场相互影响的特点，采用解析法对油浸变压器绕组暂态温升进行计算；
利用有限体积法对自然油循环电力变压器温度场进行求解，计算变压器绕组温度分布；
基于非平均热源的多物理场耦合计算方法对油浸式变压器的二维温度场分析，并采用流线迎风格式有限元法进行了多物理场耦合计算；
所述基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型包括：建立油浸式电力变压器二维轴对称模型，根据变压器流场的模拟控制方程和边界条件，基于QUICK格式的有限体积法，确定电力变压器油的速度场分布；
基于电力变压器内部电磁场、流场和温度场的多场耦合，采用整场耦合方法，分析电力变压器温度场数值计算模型，并确定变压器热点温度估算模型。
2.如权利要求1所述的变压器温升估计的方法，其特征在于，所述基于所述热点温度模型对变压器内部关键温度进行预测包括：基于变压器热点温度快速估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
3.如权利要求2所述的变压器温升估计的方法，其特征在于，所述变压器中的热源构成包括：开关柜损耗、电缆损耗、太阳辐射热、电气设备发热量。
4.一种变压器温升估计的系统，其特征在于，所述系统包括：
分析模块，用于对变压器的内部温度影响因素进行分析，获取表征变压器热特性和负荷能力的参数；
数值分析模块，用于基于数值分析法搭建变压器温度场仿真模型，获取多种负荷约束条件下的变压器内部温度分布具体信息，得到多种负荷影响因素对变压器内部温度场分布的影响；
估算模块，用于基于变压器传热过程分析结果建立变压器热点温度快速估算模型，将多负荷影响因素条件作用下的变压器温度场数值分析结果输入热点温度模型；
预测模块，用于基于所述热点温度模型对变压器内部关键温度进行预测；
所述基于变压器传热过程进行分析结果建立变压器热点温度快速估算模型包括：基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；
基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；
基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型；
所述构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律包括：针对油浸变压器的电磁场、温度场和流体场相互影响的特点，采用解析法对油浸变压器绕组暂态温升进行计算；
利用有限体积法对自然油循环电力变压器温度场进行求解，计算变压器绕组温度分布；
基于非平均热源的多物理场耦合计算方法对油浸式变压器的二维温度场分析，并采用流线迎风格式有限元法进行了多物理场耦合计算；
所述基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型包括：建立油浸式电力变压器二维轴对称模型，根据变压器流场的模拟控制方程和边界条件，基于QUICK格式的有限体积法，确定电力变压器油的速度场分布；
基于电力变压器内部电磁场、流场和温度场的多场耦合，采用整场耦合方法，分析电力变压器温度场数值计算模型，并确定变压器热点温度估算模型。
5.如权利要求4所述的变压器温升估计的系统，其特征在于，所述估算模块基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型。
6.如权利要求5所述的变压器温升估计的系统，其特征在于，所述系统还包括：所述预测模块还用于基于变压器热点温度快速估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
一种变压器温升估计的方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种变压器温升估计的方法及系统。
背景技术
[0002] 热特性是正常负荷能力条件下影响设备性能或寿命的最主要因素。变压器的内部温度是表征变压器热特性和负荷能力的重要参数，对变压器绕组热点温度进行准确与实时估计是有效评估过负荷条件下变压器热特性及其对变压器寿命或材料性能的影响的前提与基础，进而可对变压器负荷能力风险提出预警。在变压器热点温度估算方面，数值分析法存在运行时间长，计算量大的问题，热路模型法存在预测精度低的问题。因此仅凭一个诊断方法难以兼并变压器热点温度的计算实时性与精确性。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题，提供一种变压器温升估计的方法及系统，优化变压器热路模型结果，进一步提升变压器内部关键温度的预测精度。
[0004] 本发明实施例提供一种变压器温升估计的方法，所述方法包括：
[0005] 对变压器的内部温度影响因素进行分析，获取表征变压器热特性和负荷能力的参数；
[0006] 基于数值分析法搭建变压器温度场仿真模型，获取多种负荷约束条件下的变压器内部温度分布具体信息，得到多种负荷影响因素对变压器内部温度场分布的影响；
[0007] 基于变压器传热过程进行分析结果建立变压器热点温度快速估算模型，将多负荷影响因素条件作用下的变压器温度场数值分析结果输入热点温度模型；
[0008] 基于所述热点温度模型对变压器内部关键温度进行预测。
[0009] 所述基于变压器传热过程进行分析结果建立变压器热点温度快速估算模型包括：
[0010] 基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；
[0011] 基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；
[0012] 基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型。
[0013] 所述基于所述热点温度模型对变压器内部关键温度进行预测包括：
[0014] 基于变压器热点温度快速估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
[0015] 所述变压器中的热源构成包括：开关柜损耗、电缆损耗、太阳辐射热、电气设备发热量。
[0016] 所述构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律包括：
[0017] 针对油浸变压器的电磁场、温度场和流体场相互影响的特点，采用解析法对油浸变压器绕组暂态温升进行计算；
[0018] 利用有限体积法对自然油循环电力变压器温度场进行求解，计算变压器绕组温度分布；
[0019] 基于非平均热源的多物理场耦合计算方法对油浸式变压器的二维温度场分析，并采用流线迎风格式有限元法进行了多物理场耦合计算。
[0020] 所述基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型包括：
[0021] 建立油浸式电力变压器二维轴对称模型，根据变压器流场的模拟控制方程和边界条件，基于QUICK格式的有限体积法，确定电力变压器油的速度场分布；
[0022] 基于电力变压器内部电磁场、流场和温度场的多场耦合，采用整场耦合方法，分析电力变压器温度场数值计算模型，并确定变压器热点温度估算模型。
[0023] 相应的，本发明实施例还提供了一种变压器温升估计的系统，所述系统包括：
[0024] 分析模块，用于对变压器的内部温度影响因素进行分析，获取表征变压器热特性和负荷能力的参数；
[0025] 数值分析模块，用于基于数值分析法搭建变压器温度场仿真模型，获取多种负荷约束条件下的变压器内部温度分布具体信息，得到多种负荷影响因素对变压器内部温度场分布的影响；
[0026] 估算模块，用于基于变压器传热过程进行分析结果建立变压器热点温度快速估算模型，将多负荷影响因素条件作用下的变压器温度场数值分析结果输入热点温度模型；
[0027] 预测模块，用于基于所述热点温度模型对变压器内部关键温度进行预测。
[0028] 所述估算模块基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型。
[0029] 所述预测模块还用于基于变压器热点温度快速估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
[0030] 相比于现有技术，本实施例为满足准确实时预测变压器热点温度的要求，结合数值分析法和热路模型法，实现了变压器热点温度与温升特性的快速准确估算。首先通过数值分析法搭建变压器温度场仿真模型，获取多种负荷约束条件下的变压器内部温度分布具体信息，得到多种负荷影响因素对变压器内部温度场分布的影响。然后根据变压器传热过程分析结果建立变压器热点温度快速估算模型，将多负荷影响因素条件作用下的变压器温度场数值分析结果输入热点温度模型，优化变压器热路模型结果，进一步提升变压器内部关键温度的预测精度。
附图说明
[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0032] 图1为本发明实施例中的变压器温升估计的方法流程图；
[0033] 图2为本发明实施例中的变压器温升估计的系统结构示意图。
具体实施方式
[0034] 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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035] 本发明实施例所涉及的变压器温升估计的方法，其方法包括：对变压器的内部温度影响因素进行分析，获取表征变压器热特性和负荷能力的参数；基于数值分析法搭建变压器温度场仿真模型，获取多种负荷约束条件下的变压器内部温度分布具体信息，得到多种负荷影响因素对变压器内部温度场分布的影响；基于变压器传热过程进行分析结果建立变压器热点温度快速估算模型，将多负荷影响因素条件作用下的变压器温度场数值分析结果输入热点温度模型；基于所述热点温度模型对变压器内部关键温度进行预测。
[0036] 具体的，图1示出了本发明实施例中的变压器温升估计的方法流程图，具体包括：
[0037] S101、对变压器的内部温度影响因素进行分析，获取表征变压器热特性和负荷能力的参数；
[0038] S102、基于数值分析法搭建变压器温度场仿真模型，获取多种负荷约束条件下的变压器内部温度分布具体信息，得到多种负荷影响因素对变压器内部温度场分布的影响；
[0039] S103、基于变压器传热过程进行分析结果建立变压器热点温度快速估算模型，将多负荷影响因素条件作用下的变压器温度场数值分析结果输入热点温度模型；
[0040] 这里基于变压器传热过程进行分析结果建立变压器热点温度快速估算模型包括：基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；
基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型。
[0041] 需要说明的是，这里变压器中的热源构成包括：开关柜损耗、电缆损耗、太阳辐射热、电气设备发热量等等。
[0042] 所述构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律包括：针对油浸变压器的电磁场、温度场和流体场相互影响的特点，采用解析法对油浸变压器绕组暂态温升进行计算；利用有限体积法对自然油循环电力变压器温度场进行求解，计算变压器绕组温度分布；基于非平均热源的多物理场耦合计算方法对油浸式变压器的二维温度场分析，并采用流线迎风格式有限元法进行了多物理场耦合计算。
[0043] 本发明实施例针对油浸变压器的电磁场、温度场和流体场相互影响的特点，采用解析法对油浸变压器绕组暂态温升进行了计算，可以较为准确地计算出绕组热点温度与层油温度，这里利用有限体积法对自然油循环电力变压器温度场进行了求解，能较好地计算变压器绕组温度分布；这里基于非平均热源的多物理场耦合计算方法对油浸式变压器的二维温度场进行了分析处理，其比平均热源法相比更符合分析；具体实施过程中采用了流线迎风格式有限元法进行了多物理场耦合计算，方法适应性好，结果与Fluent软件计算结果基本一致。由于变压器整体油路对绕组油流分配并不是均匀的，绕组区域的散热过程受到了影响，使得绕组温升产生变化。这里准确计算分析变压器绕组温升，可以得到电磁‑热‑流弱耦合下的绕组区域温度和油流。
[0044] 所述基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型包括：建立油浸式电力变压器二维轴对称模型，根据变压器流场的模拟控制方程和边界条件，基于QUICK格式的有限体积法，确定电力变压器油的速度场分布；基于电力变压器内部电磁场、流场和温度场的多场耦合，采用整场耦合方法，分析电力变压器温度场数值计算模型，并确定变压器热点温度估算模型。
[0045] 这里基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度估算模型包括：建立油浸式电力变压器二维轴对称模型，根据变压器流场的模拟控制方程和边界条件，基于QUICK格式的有限体积法，确定电力变压器油的速度场分布；基于电力变压器内部电磁场、流场和温度场的多场耦合，采用整场耦合方法，分析电力变压器温度场数值计算模型，并确定变压器热点温度估算模型。
[0046] S104、基于所述热点温度模型对变压器内部关键温度进行预测；
[0047] S105、基于变压器热点温度快速估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
[0048] 具体的，基于变压器热点温度快速估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
[0049] 本发明实施中可以结合半物理模型和数据驱动模型的优点，建立了基于核极限学习机(kerne1 extreme 1earning machine，KELM)误差预测补偿的顶层油温点预测模型，该模型的精度高于单一的半物理模型和数据驱动模型。然后，建立了一种基于KELM和Bootstrap方法的变压器顶层油温区间预测模型，模型预测区间的上下限值可以分别作为变压器顶层油温的保守估计值和乐观估计值，其保守估计值更适用于指导变压器的运行。
[0050] 本发明实施中通过基于反向求解热阻法的变压器散热效能计算方法，利用在线监测的顶层油温数据，采用粒子群(partic1e swarm optimization，PSO)算法反向求解顶层油温对环境的热阻，根据实际热阻与出厂热阻的比值以及实际热阻的变化趋势对变压器的散热能力进行评价，以便及时发现变压器散热效能的变化，为其散热系统的运维提供辅助信息。
[0051] 具体的，这里可以基于变压器双时段控制策略，利用PSO算法求解备用变压器最优投切时间，可以降低热寿命损失，并保障变压器的经济运行。
[0052] 具体的，图2示出了本发明实施例中的变压器温升估计的系统，所述系统包括：
[0053] 分析模块，用于对变压器的内部温度影响因素进行分析，获取表征变压器热特性和负荷能力的参数；
[0054] 数值分析模块，用于基于数值分析法搭建变压器温度场仿真模型，获取多种负荷约束条件下的变压器内部温度分布具体信息，得到多种负荷影响因素对变压器内部温度场分布的影响；
[0055] 估算模块，用于基于变压器传热过程进行分析结果建立变压器热点温度快速估算模型，将多负荷影响因素条件作用下的变压器温度场数值分析结果输入热点温度模型；
[0056] 预测模块，用于基于所述热点温度模型对变压器内部关键温度进行预测。
[0057] 所述估算模块基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建热源的构成和产生机制，并获取热源发热量影响因素及计算方法；基于所述变压器内部热传递过程和温升特性仿真参数构建变压器各部位多种热传方式的耦合关系，并获取变压器散热效率随多参量的变化规律；基于所述热源发热量影响因素及计算方法和所述变压器散热效率随多参量的变化规律建立变压器热点温度快速估算模型。
[0058] 所述预测模块还用于基于变压器热点温度快速估算模型对变压器内部温升和运行状态进行实时监测。
[0059] 具体的，这里预测模块结合半物理模型和数据驱动模型的优点，建立了基于核极限学习机(kerne1 extreme 1earning machine,KELM)误差预测补偿的顶层油温点预测模型，该模型的精度高于单一的半物理模型和数据驱动模型。然后，建立了一种基于KELM和Bootstrap方法的变压器顶层油温区间预测模型，模型预测区间的上下限值可以分别作为变压器顶层油温的保守估计值和乐观估计值，其保守估计值更适用于指导变压器的运行。这里通过基于反向求解热阻法的变压器散热效能计算方法，利用在线监测的顶层油温数据，采用粒子群(partic1e swarm optimization，PSO)算法反向求解顶层油温对环境的热阻，根据实际热阻与出厂热阻的比值以及实际热阻的变化趋势对变压器的散热能力进行评价，以便及时发现变压器散热效能的变化，为其散热系统的运维提供辅助信息。具体的，这里可以基于变压器双时段控制策略，利用PSO算法求解备用变压器最优投切时间，可以降低热寿命损失，并保障变压器的经济运行。
[0060] 相比于现有技术，本实施例为满足准确实时预测变压器热点温度的要求，结合数值分析法和热路模型法，实现了变压器热点温度与温升特性的快速准确估算。首先通过数值分析法搭建变压器温度场仿真模型，获取多种负荷约束条件下的变压器内部温度分布具体信息，得到多种负荷影响因素对变压器内部温度场分布的影响。然后根据变压器传热过程分析结果建立变压器热点温度快速估算模型，将多负荷影响因素条件作用下的变压器温度场数值分析结果输入热点温度模型，优化变压器热路模型结果，进一步提升变压器内部关键温度的预测精度。
[0061] 以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
