電抗器也叫電感器，一個導體通電時就會在其所占據的一定空間范圍產生磁場，所以所有能載流的電導體都有一般意義上的感性。電抗分為感抗和容抗，比較科學的歸類是感抗器（電感器）和容抗器（電容器）統稱為電抗器，然而由于過去先有了電感器，并且被稱為電抗器
干式空心電抗器如何優化？這些設計方法要知道
根據矩形截面導線繞制的干式空心電抗器結構特點電力設備電氣絕緣國家重點實驗室（西安交通大學）的研究人員陳鋒巴燦徐玉東馬西奎在2019年第24期《電工技術學報》上撰文建立以層等電阻電壓包封等溫升和包封等高為約束條件的電抗器優化模型針對該模型提出等式約束規劃問題降維算法將有等式約束優化問題轉換成降維的無等式約束優化問題使得優化設計變量由原來的2m+n+2個減少到5個
此外綜合分析電抗器原材料成本最小化和運行成本最小化這兩個相互沖突的目標函數提出干式空心電抗器多目標Pareto最優算法結果表明優化設計的矩形截面導線繞制電抗器具有結構緊湊無環流損耗小及散熱效率高等優點
隨著全世界環保意識的增強節能已經成為產品研發設計中一個極為重要的關注點美國加拿大澳大利亞和墨西哥等國都制定和實施了電力設備的最低能效標準未達標產品不得上市歐盟規定對于公布的電力設備損耗值企業驗收產品不得高于該規定值否則電力設備將被拒收或對超值部分要求設備商進行經濟補償電抗器作為電力系統中常用的耗電設備之一如何提高運行效率挖掘設備節能潛力對于節約能源以及保護環境均具有重要意義
目前在干式空心電抗器的工程設計中廣泛采用的是一種計算機輔助設計方法該方法的本質是一種人工試湊和定性分析比較相結合的方法它不僅要求設計人員具有豐富的經驗而且所得到的設計結果可能存在較大改進和提高的余地為了彌補以上不足干式空心電抗器優化設計開始逐漸成為新的研究熱點
有學者在干式空心電抗器優化模型中以電感設計值等于額定值和包封等電阻電壓作為等式約束條件采用復合形法對優化問題進行求解復合形法不需要已知目標函數的導數信息但為了滿足等式約束條件需要大量的計算
有學者針對該缺點提出采用伸縮保差法來自適應處理等式約束條件有學者將改進的混合遺傳算法應用于干式空心電抗器的優化設計針對遺傳算法容易產生早熟現象以及局部搜索能力弱的缺點在遺傳算法中引入退火機制或單純形局部搜索提高了算法的局部搜索能力和優化效率
綜上所述這些干式空心電抗器優化設計方法都具有一定的局限性例如由于設計參數多且個數不確定將導致一些對優化目標影響大的參數需要人工給定由于包封等溫升和層等電阻電壓的條件不能同時得到滿足則設計結果中各包封之間溫度分布和各層之間電流分布依然會出現嚴重失衡由于缺乏對產品結構散熱和電氣性能的綜合統籌考慮所以無法實現電抗器的整體性能最優
電力設備電氣絕緣國家重點實驗室（西安交通大學）的研究人員建立了矩形截面導線繞制干式空心電抗器的優化設計模型綜合分析了電抗器設計中層等電阻電壓包封等溫升和包封等高三個等式約束條件并給出其同時得到滿足的必要條件
在此基礎上提出了一種等式約束規劃問題降維算法通過構造一組線性方程得到了由重構的設計變量到原設計變量的映射關系使得優化設計的變量數從原來的2m+n+2個（mn分別為電抗器包封數和層數）減少到5個并且將有等式約束優化問題轉換成降維的無等式約束優化問題
圖1 矩形截面導線繞制電抗器結構示意圖
圖5 干式空心電抗器優化設計流程
此外研究人員還分析了電抗器原材料成本最小化和運行成本最小化這兩個相互沖突的目標函數提出了干式空心電抗器Pareto最優設計方法通過構造干式空心電抗器的多目標Pareto最優解集實現了同一型號電抗器在節能型均衡型和低成本型等設計方案中的多選擇性最后基于具體的算例驗證了所提設計方法的可行性和優越性
具體來說本文做了以下三方面工作
1）基于對層等電阻電壓包封等溫升和包封等高三個約束條件同時得到滿足的條件分析提出了電抗器結構散熱和電氣性能達到最優的約束規劃問題降維算法2）在深入分析矩形截面導線繞制電抗器的優化設計模型基礎上提出了電抗器多目標Pareto最優算法實現了同一型號電抗器在節能型均衡型和低成本型等設計方案中的多選擇性3）基于所提出的優化設計策略和方法已經開發出了干式空心電抗器優化設計軟件從理論上來說該軟件適用于采用矩形截面導線繞制的所有型號干式空心電抗器的優化設計
原標題矩形截面導線繞制的干式空心電抗器優化設計方法
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