非晶态合金变压器计算机辅助设计的研究

论文摘要

目前国家正在不断进行电网建设和改造,配电变压器由原先的S7系列,升级为S9系列,到目前的S11系列,主要都是围绕降低配电变压器的损耗进行的。变压器从S7到S11的过程中主要依靠提高变压器导电材料——铜导线和导磁材料——硅钢片的用量来实现的,具有一定的社会效益,同时也有一定的局限性。寻求新型的导磁材料和新型的导电材料,生产出真正意义上的高效节能的变压器一直是变压器行业发展的不断追求。非晶合金材料是一种新型节能材料,它具有良好的铁磁性。非晶合金态变压器可使空载损耗降低80%,原材料生产能耗下降80%,这种变压器使10千伏电缆深入负荷中心,减少线路损失,是重要的节电措施。当前我国非晶态合金变压器市场空间广阔,竞争激烈。但是目前国内许多非晶态合金变压器生产厂家仍然停留在手工设计计算阶段,设计的效率低、周期长、人工成本高。非晶态合金变压器原材料的上涨,也加大了厂家的制作成本。以研究、开发实用性非晶态合金变压器CAD系统为目的,本文对该集成软件的系统分析及相应的实现技术进行了详细的研究。首先,在总结非晶态合金变压器手工设计方法的基础上,借鉴变压器的通用优化设计模型,结合非晶态合金变压器的特点,建立了非晶态合金变压器的优化设计模型。以铁芯个数和片宽、内线圈匝数、磁通密度、油道、相间距离、外线圈电流密度、内线圈电流密度为变量,采用改进遗传算法对其进行非晶态合金变压器单机优化设计。该算法将模拟退火思想引入到遗传算法的选择机制中,解决了传统遗传算法过早收敛的问题。其与传统遗传算法优化结果对比表明:新的算法收敛性较好,优化效果较明显,算法是成功的。并根据序贯分解法的基本思想,通过“共同变量”和“非共同变量”将系列中兼容的各规格变压器联系起来,得到系列变压器优化设计的统一数学模型,然后使用改进后的遗传算法对非晶态合金变压器中套用同一个机座的系列优化问题进行了探讨,并在此基础上建立了非晶态合金变压器系列优化的软件优化设计流程。其次,在软件设计方面选用C++程序设计语言,采用Visual Basic进行界面编写,且运用ActiveX技术实现了VB与AutoCAD软件的连接。该设计不但能够对干式变压器进行优化设计,并且添加了CAD制图功能。本文对数据库支撑的干式变压器CAD系统进行了系统设计和研究,详细探讨了该集成软件的实现技术。最后,在各项性能指标都满足国家标准要求的情况下,以SBH15-M-200/10型号和SBH15-M-800/10型号的非晶态合金变压器为例进行单机优化,变压器有效成本分别降低了8.12%和7.65%;以系列号SH15-M-100/10四个规格变压器为例进行系列优化,分别按照不同的权重来进行系列优化设计,优化方案1时,总成本下降了9.77%;优化方案2时,总成本下降了8.50%。可见,达到了预期效果,非晶态合金变压器成本有效降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 非晶态合金变压器CAD技术的发展概况
• 1.1.1 性能分析
• 1.1.2 方案设计
• 1.1.3 计算机参数化绘图
• 1.2 课题的提出
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 非晶态合金变压器产品设计
• 2.1 前言
• 2.2 非晶态合金变压器产品设计的基本方法
• 2.3 类比法设计相近非晶态合金变压器
• 2.3.1 类比法设计相近非晶态合金变压器的理论基础
• 2.3.2 类比法设计相近非晶态合金变压器的基本步骤
• 2.4 温升计算模块
• 2.5 本章总结
• 第三章 非晶态合金变压器的离散优化设计
• 3.1 引言
• 3.2 变压器优化设计的数学模型
• 3.2.1 目标函数
• 3.2.2 设计变量的选择
• 3.2.3 约束函数
• 3.2.4 连续变量的处理
• 3.3 基于模拟退火选择的遗传算法
• 3.3.1 连续变量的处理
• 3.3.2 几种常用的选择机制
• 3.3.3 退火选择策略的应用及算法的实现
• 3.4 Metga算法在变压器优化设计中的应用
• 3.5 非晶态合金变压器优化设计的考核
• 第四章 非晶态合金变压器系列优化设计的研究
• 4.1 引言
• 4.2 系列变压器的优化设计数学模型
• 4.3 系列变压器的优化模型的求解及程序结构
• 4.3.1 系列优化模型的求解策略
• 4.3.2 改进的遗传算法在系列变压器优化设计中的应用
• 4.4 本章小结
• 第五章 非晶态合金变压器CAD系统的实现
• 5.1 优化计算软件不同语言之间的接口处理
• 5.2 AutoCAD ActiveX技术
• 5.2.1 AutoCAD ActiveX简介
• 5.2.2 AutoCAD中ActiveX对象模型
• 5.2.3 连接AutoCAD
• 5.2.4 创建AutoCAD,启动运行AutoCAD
• 5.2.4.1 启动运行AutoCAD
• 5.2.4.2 创建AutoCAD对象
• 5.2.5 与AutoCAD通讯的一般过程
• 5.3 工程数据库的设计
• 5.3.1 数据库的用户界面
• 5.3.2 工程数据库的版本管理
• 5.4 CAD系统的一体化
• 5.4.1 CAD系统的总体设计方案和系统组成
• 5.5 本章小节
• 第六章 非晶态合金变压器优化设计系统的运行测试
• 6.1 运行测试
• 6.2 本章小节
• 第七章 全文总结及后续工作展望
• 致谢
• 参考文献