一种变压器磁场简化模型仿真分析方法及系统与流程

本发明涉及变压器磁场简化模型仿真分析，尤其涉及一种变压器磁场简化模型仿真分析方法及系统。

背景技术：

1、在变压器磁场仿真分析这一专业而复杂的领域中，随着现代变压器设计所涉及到的技术细节和结构复杂性的不断增加，对于仿真技术的要求也随之水涨船高。对于仿真精度和效率的双重需求变得尤为迫切，这在某种程度上是对仿真技术的一种挑战。因为在实际应用中，既希望能够尽可能精确地模拟和预测变压器在运行过程中所遇到的复杂磁场分布，又希望能够以尽可能快的速度完成这些仿真过程，以便于节省时间和成本，提高整个设计流程的效率。

2、然而，传统的仿真方法往往只能在一个方面取得较好的表现，很难做到两者兼顾。在处理大型变压器的设计和分析时，这一局限性尤为明显。由于大型变压器的尺寸和结构更为复杂，其内部磁场的变化也更为微妙，这就对仿真精度的要求提出了更高的要求。同时，由于大型变压器的仿真分析所需计算量巨大，传统的仿真方法在处理这类问题时往往效率较低，难以在合理的时间内完成仿真任务。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明提供了一种变压器磁场简化模型仿真分析方法及系统，能够解决背景技术中存在的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

5、第一方面，本发明提供了一种变压器磁场简化模型仿真分析方法，包括：

6、根据预设可简化结构集，对目标变压器进行简化仿真，并建立简化后的目标变压器磁场模型；

7、根据目标变压器的材料属性以及电磁场仿真要求，建立对应网格划分机制；

8、根据目标变压器运行工况以及电气参数，获取目标变压器模型电磁场分布以及涡流损耗数据；

9、根据所述网格划分机制、目标变压器模型电磁场分布以及涡流损耗数据，对目标变压器磁场模型进行仿真计算，并将仿真结果与理论计算值进行比较，同时进行模型评价，根据满足评价指标的目标变压器磁场模型进行变压器磁场简化模型仿真分析。

10、作为本发明所述的变压器磁场简化模型仿真分析方法的一种优选方案，其中：所述预设可简化结构集包括对铁芯结构简化、绕组结构简化、箱体结构简化以及辅助结构简化。

11、作为本发明所述的变压器磁场简化模型仿真分析方法的一种优选方案，其中：所述根据预设可简化结构集还包括：

12、当目标变压器铁芯简化前后磁阻变化率小于5％，且磁通密度分布最大偏差低于2％时，则认为目标变压器铁芯简化不影响仿真精度；

13、当绕组排列的微调导致的安匝数变化率小于设定阈值1％，且对绕组间的互感系数影响变化不超过±3％，则认为目标变压器绕组排列的简化影响仿真精度；

14、当通过计算含散热片与不含散热片模型的涡流损耗差异，若差异低于设定的10％，且对变压器整体磁场分布的影响变化率小于5％时，则认为目标变压器去除散热片的简化不影响仿真精度；

15、当通过仿真分析，去除某辅助结构后，对变压器整体磁场分布的影响小于2％，且对涡流损耗的计算影响在±5％以内，则认为目标变压器中该辅助结构的简化不影响仿真精度，所述辅助结构至少包括压钉、肢板、拉板。

16、作为本发明所述的变压器磁场简化模型仿真分析方法的一种优选方案，其中：所述根据目标变压器的材料属性以及电磁场仿真要求，建立对应网格划分机制包括：

17、当目标变压器的磁导率的变化幅度要求小于5％，且仿真精度低于80％，同时仿真时间不超过6小时时，网格划分机制采用正交网络，网格尺寸为d/30，d表示绕组直径，若仿真区域尺寸为lx×ly×lz，总网格数n＝lx/(d/30)×ly/(d/30)×lz/(d/30)；

18、当仿真精度要求提高至95％，且仿真时间需控制在4小时以内时，采用非均匀网格结合局部自适应技术，对于绕组和铁芯交界面，网格尺寸减半至d/60，其他区域保持d/30的网格尺寸；

19、当磁导率变化范围控制在3％以内，仿真精度目标为90％时，采用混合网格策略，结合四面体和六面体网格，绕组区域使用六面体网格，网格尺寸为d/45，铁芯区域使用四面体网格，网格尺寸为d/30；

20、当磁导率变化要求不大于2％，仿真精度需达到98％，仿真时间为8小时时，首先采用全局均匀网格，网格尺寸为d/30进行初步仿真，基于初步结果识别误差热点，再进入迭代阶段，对关键区域进行2倍加密，网格尺寸为d/60，再次仿真评估，若仍有区域未达精度要求，继续对该区域进行加密至网格尺寸为d/90，直至所有关键区域误差低于设定阈值，所述关键区域至少包括绕组区域、铁芯与绕组交界面、铁芯缝隙与空气隙、引线连接和终端以及铁芯边缘与外部结构接触区。

21、作为本发明所述的变压器磁场简化模型仿真分析方法的一种优选方案，其中：所述根据目标变压器运行工况以及电气参数，获取目标变压器模型电磁场分布以及涡流损耗数据包括：

22、所述涡流损耗数据包括涡流损耗积分，表示如下：

23、

24、其中，p涡流,i表示第i个子域的涡流损耗，ni是该子域内的体积元素数量，σi是局部材料的电导率，ej是在第j个体积元素中的电场强度，δvj是体积元素的体积。

25、作为本发明所述的变压器磁场简化模型仿真分析方法的一种优选方案，其中：所述根据所述网格划分机制、目标变压器模型电磁场分布以及涡流损耗数据，对目标变压器磁场模型进行仿真计算，并将仿真结果与理论计算值进行比较，同时进行模型评价，根据满足评价指标的目标变压器磁场模型进行变压器磁场简化模型仿真分析包括：

26、计算磁场强度的相对误差，若对于所有关键监测点，磁场强度的相对误差均满足以下条件，则判定模型为“优秀”：∈b<1％，其中，且涡流损耗的相对误差控制在下述范围内：∈p<2％，其中，且仿真时间在规定时间内完成；

27、若对于所有关键监测点，磁场强度的相对误差均满足以下条件，则判定模型为“良好”：1％≤∈b<3％，且涡流损耗相对误差控制在下述范围内：2％≤∈p<5％，且仿真时间在规定时间内完成；

28、若存在关键监测点，磁场强度的相对误差均满足以下条件，则判定模型为“差”：∈b≥3％，且涡流损耗相对误差∈p≥5％，且仿真时间无法在规定时间内完成。

29、作为本发明所述的变压器磁场简化模型仿真分析方法的一种优选方案，其中：所述关键监测点包括：绕组端部和层间、铁心窗口区域、铁心缝隙和空气隙、绕组中心和边缘、引线连接点和终端、铁心顶部和底部、支撑结构接触点、油箱壁内的监测点。

30、第二方面，本发明提供了一种变压器磁场简化模型仿真分析系统，包括：

31、模型建立模块，用于根据预设可简化结构集，对目标变压器进行简化仿真，并建立简化后的目标变压器磁场模型；

32、网格划分模块，用于根据目标变压器的材料属性以及电磁场仿真要求，建立对应网格划分机制；

33、数据获取模块，用于根据目标变压器运行工况以及电气参数，获取目标变压器模型电磁场分布以及涡流损耗数据；

34、仿真分析模块，用于根据所述网格划分机制、目标变压器模型电磁场分布以及涡流损耗数据，对目标变压器磁场模型进行仿真计算，并将仿真结果与理论计算值进行比较，同时进行模型评价，根据满足评价指标的目标变压器磁场模型进行变压器磁场简化模型仿真分析。

35、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

36、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提出一种变压器磁场简化模型仿真分析方法及系统，根据预设可简化结构集，对目标变压器进行简化仿真，并建立简化后的目标变压器磁场模型；根据目标变压器的材料属性以及电磁场仿真要求，建立对应网格划分机制；根据目标变压器运行工况以及电气参数，获取目标变压器模型电磁场分布以及涡流损耗数据；根据所述网格划分机制、目标变压器模型电磁场分布以及涡流损耗数据，对目标变压器磁场模型进行仿真计算，并将仿真结果与理论计算值进行比较，同时进行模型评价，根据满足评价指标的目标变压器磁场模型进行变压器磁场简化模型仿真分析。在提高了仿真精度的同时，显著减少了计算资源和时间成本，使得复杂变压器的磁场仿真分析变得更加高效和实用。此外，本发明还通过引入网格迭代加密机制，能够精准识别并处理仿真中的误差热点，确保关键区域的仿真精度满足预设要求。这不仅提高了变压器设计的准确性和可靠性，也为变压器的优化设计提供了有力支持。