本發(fā)明涉及一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算方法，屬于變壓器繞組溫度控制。

背景技術(shù)：

1、在能源與數(shù)字革命融合發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，電力系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型十分重要。其中，輸變電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行是維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件，而電力變壓器又作為輸變電設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備之一，更需要保證其持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。在油浸式變壓器運(yùn)行過程中，繞組產(chǎn)生的熱量主要通過變壓器油進(jìn)行循環(huán)降溫冷卻，若出現(xiàn)降溫冷卻回路堵塞等問題，導(dǎo)致繞組的溫度分布不均則會(huì)出現(xiàn)局部過熱的現(xiàn)象，從而影響變壓器的運(yùn)行壽命；若繞組溫度超過允許值，則會(huì)嚴(yán)重影響變壓器的絕緣壽命。因此，變壓器繞組溫度的計(jì)算和分析，對(duì)變壓器的設(shè)計(jì)、維護(hù)和安全、可靠運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義。

2、國(guó)內(nèi)外針對(duì)變壓器繞組溫度均開展了大量的研究工作，目前獲取變壓器繞組溫度信息的方法主要有：試驗(yàn)測(cè)量法、熱路模型法和數(shù)值計(jì)算法等。試驗(yàn)測(cè)量法需要在變壓器相應(yīng)位置安裝測(cè)量熱電偶或分布式光纖傳感器等；熱路模型法主要通過變壓器內(nèi)部熱過程分析，建立變壓器繞組熱點(diǎn)的熱路模型，從而對(duì)變壓器繞組熱點(diǎn)特性進(jìn)行計(jì)算；數(shù)值計(jì)算法一般是先對(duì)變壓器實(shí)體模型進(jìn)行建模和剖分，然后施加相應(yīng)的邊界條件，最后進(jìn)行求解和后處理。

3、上述傳統(tǒng)的變壓器繞組溫度計(jì)算方法，雖然可以考慮油浸式變壓器運(yùn)行時(shí)的各種不同的邊界條件和參數(shù)，但在獲得較高精度數(shù)據(jù)的同時(shí)也耗費(fèi)了大量的時(shí)間成本，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的油浸式變壓器流-熱耦合模型可能會(huì)花費(fèi)數(shù)個(gè)小時(shí)甚至幾天時(shí)間，并且每次只能基于某一特定的工況和參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，因此若要計(jì)算出多種工況下的油浸式變壓器繞組的流-熱耦合情況，則需要對(duì)大量的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，工作量過大、效率過低，不能實(shí)時(shí)監(jiān)控或快速預(yù)測(cè)評(píng)估油浸式變壓器內(nèi)部溫度變化情況，無法滿足數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)油浸式變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算方法，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

2、基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算方法，包括以下步驟：

3、將油浸式變壓器的熱源密度、油流速度和環(huán)境溫度作為輸入特征量，將油浸式變壓器繞組溫度作為輸出特征量，構(gòu)建用于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集；

4、將所述用于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集與測(cè)試集，構(gòu)建基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型；將用于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集輸入到所述油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型中進(jìn)行訓(xùn)練與測(cè)試，最終輸出計(jì)算結(jié)果誤差最小的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型；

5、通過實(shí)際測(cè)量的油浸式變壓器繞組電流值計(jì)算得出負(fù)載損耗，將油浸式變壓器負(fù)載損耗除以繞組體積得到熱源密度，通過儀器監(jiān)測(cè)獲得油浸式變壓器的油流速度和環(huán)境溫度，將熱源密度、油流速度和環(huán)境溫度輸入到所述計(jì)算結(jié)果誤差最小的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型中，計(jì)算得出油浸式變壓器繞組不同工況下的溫度分布。

6、優(yōu)選的，構(gòu)建油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型時(shí)，進(jìn)行油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型中卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置，卷積層數(shù)分別設(shè)置為1層、3層、5層、8層與10層，激活函數(shù)設(shè)置為swish和relu函數(shù)，迭代輪數(shù)分別設(shè)置為5輪、8輪和10輪，學(xué)習(xí)率分別設(shè)置為0.01、0.03和0.05，優(yōu)化函數(shù)設(shè)置為adam和nadam。

7、本發(fā)明的有益效果：

8、本發(fā)明與有限元方法計(jì)算變壓器繞組溫度相比，繞組溫度快速計(jì)算模型的繞組溫度計(jì)算速度提升了約180倍左右。相較于單點(diǎn)測(cè)溫，本發(fā)明的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型能夠得到油浸式變壓器繞組溫度的整體分布狀態(tài)。與分布式測(cè)溫相比，本發(fā)明的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型經(jīng)濟(jì)性更好。本發(fā)明可以滿足油浸式變壓器繞組溫度計(jì)算在數(shù)字孿生應(yīng)用中的實(shí)時(shí)性要求，為數(shù)字孿生應(yīng)用中油浸式變壓器運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

技術(shù)特征：

1.基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算方法，其特征在于，構(gòu)建油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型時(shí)，進(jìn)行油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型中卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置，卷積層數(shù)分別設(shè)置為1層、3層、5層、8層與10層，激活函數(shù)設(shè)置為swish和relu函數(shù)，迭代輪數(shù)分別設(shè)置為5輪、8輪和10輪，學(xué)習(xí)率分別設(shè)置為0.01、0.03和0.05，優(yōu)化函數(shù)設(shè)置為adam和nadam。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算方法，其特征在于，利用creo軟件建立包括鐵芯、高壓繞組、低壓繞組和變壓器油箱的油浸式變壓器三維仿真模型，將所述油浸式變壓器三維仿真模型導(dǎo)入comsol軟件，通過有限元分析方法對(duì)所述油浸式變壓器三維仿真模型進(jìn)行熱-流耦合計(jì)算。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算方法，其特征在于，所述用于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集為：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算方法，其特征在于，所述油流速度通過液體渦輪流量計(jì)測(cè)得，所述環(huán)境溫度通過溫度數(shù)據(jù)記錄儀測(cè)得。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算方法，其特征在于，針對(duì)訓(xùn)練集類型設(shè)置迭代輪數(shù)和每輪迭代次數(shù)，根據(jù)每次油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果，不斷調(diào)整卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果誤差變小。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油浸式變壓器繞組溫度快速計(jì)算方法，屬于變壓器繞組溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，將變壓器的熱源密度、油流速度和環(huán)境溫度作為輸入特征量，將繞組溫度作為輸出特征量，構(gòu)建用于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集；將數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集與測(cè)試集，進(jìn)行繞組溫度快速計(jì)算模型的構(gòu)建；將數(shù)據(jù)集輸入到繞組溫度快速計(jì)算模型中進(jìn)行訓(xùn)練與測(cè)試，最終輸出計(jì)算結(jié)果誤差最小的繞組溫度快速計(jì)算模型；將熱源密度、油流速度和環(huán)境溫度輸入到計(jì)算結(jié)果誤差最小的繞組溫度快速計(jì)算模型中，計(jì)算得出油浸式變壓器繞組不同工況下的溫度分布。本發(fā)明可以滿足油浸式變壓器繞組溫度計(jì)算在數(shù)字孿生應(yīng)用中的實(shí)時(shí)性要求。

技術(shù)研發(fā)人員：孔德靖,張光昊,徐蓮環(huán)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東電力設(shè)備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6