电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场，所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。电抗分为感抗和容抗，比较科学的归类是感抗器（电感器）和容抗器（电容器）统称为电抗器，然而由于过去先有了电感器，并且被称为电抗器
干式空心电抗器如何优化？这些设计方法要知道
根据矩形截面导线绕制的干式空心电抗器结构特点电力设备电气绝缘国家重点实验室（西安交通大学）的研究人员陈锋巴灿徐玉东马西奎在2019年第24期《电工技术学报》上撰文建立以层等电阻电压包封等温升和包封等高为约束条件的电抗器优化模型针对该模型提出等式约束规划问题降维算法将有等式约束优化问题转换成降维的无等式约束优化问题使得优化设计变量由原来的2m+n+2个减少到5个
此外综合分析电抗器原材料成本最小化和运行成本最小化这两个相互冲突的目标函数提出干式空心电抗器多目标Pareto最优算法结果表明优化设计的矩形截面导线绕制电抗器具有结构紧凑无环流损耗小及散热效率高等优点
随着全世界环保意识的增强节能已经成为产品研发设计中一个极为重要的关注点美国加拿大澳大利亚和墨西哥等国都制定和实施了电力设备的最低能效标准未达标产品不得上市欧盟规定对于公布的电力设备损耗值企业验收产品不得高于该规定值否则电力设备将被拒收或对超值部分要求设备商进行经济补偿电抗器作为电力系统中常用的耗电设备之一如何提高运行效率挖掘设备节能潜力对于节约能源以及保护环境均具有重要意义
目前在干式空心电抗器的工程设计中广泛采用的是一种计算机辅助设计方法该方法的本质是一种人工试凑和定性分析比较相结合的方法它不仅要求设计人员具有丰富的经验而且所得到的设计结果可能存在较大改进和提高的余地为了弥补以上不足干式空心电抗器优化设计开始逐渐成为新的研究热点
有学者在干式空心电抗器优化模型中以电感设计值等于额定值和包封等电阻电压作为等式约束条件采用复合形法对优化问题进行求解复合形法不需要已知目标函数的导数信息但为了满足等式约束条件需要大量的计算
有学者针对该缺点提出采用伸缩保差法来自适应处理等式约束条件有学者将改进的混合遗传算法应用于干式空心电抗器的优化设计针对遗传算法容易产生早熟现象以及局部搜索能力弱的缺点在遗传算法中引入退火机制或单纯形局部搜索提高了算法的局部搜索能力和优化效率
综上所述这些干式空心电抗器优化设计方法都具有一定的局限性例如由于设计参数多且个数不确定将导致一些对优化目标影响大的参数需要人工给定由于包封等温升和层等电阻电压的条件不能同时得到满足则设计结果中各包封之间温度分布和各层之间电流分布依然会出现严重失衡由于缺乏对产品结构散热和电气性能的综合统筹考虑所以无法实现电抗器的整体性能最优
电力设备电气绝缘国家重点实验室（西安交通大学）的研究人员建立了矩形截面导线绕制干式空心电抗器的优化设计模型综合分析了电抗器设计中层等电阻电压包封等温升和包封等高三个等式约束条件并给出其同时得到满足的必要条件
在此基础上提出了一种等式约束规划问题降维算法通过构造一组线性方程得到了由重构的设计变量到原设计变量的映射关系使得优化设计的变量数从原来的2m+n+2个（mn分别为电抗器包封数和层数）减少到5个并且将有等式约束优化问题转换成降维的无等式约束优化问题
图1 矩形截面导线绕制电抗器结构示意图
图5 干式空心电抗器优化设计流程
此外研究人员还分析了电抗器原材料成本最小化和运行成本最小化这两个相互冲突的目标函数提出了干式空心电抗器Pareto最优设计方法通过构造干式空心电抗器的多目标Pareto最优解集实现了同一型号电抗器在节能型均衡型和低成本型等设计方案中的多选择性最后基于具体的算例验证了所提设计方法的可行性和优越性
具体来说本文做了以下三方面工作
1）基于对层等电阻电压包封等温升和包封等高三个约束条件同时得到满足的条件分析提出了电抗器结构散热和电气性能达到最优的约束规划问题降维算法2）在深入分析矩形截面导线绕制电抗器的优化设计模型基础上提出了电抗器多目标Pareto最优算法实现了同一型号电抗器在节能型均衡型和低成本型等设计方案中的多选择性3）基于所提出的优化设计策略和方法已经开发出了干式空心电抗器优化设计软件从理论上来说该软件适用于采用矩形截面导线绕制的所有型号干式空心电抗器的优化设计
原标题矩形截面导线绕制的干式空心电抗器优化设计方法
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