本發(fā)明屬于特高壓直流換流站電網(wǎng)防災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種特高壓直流換流站接頭端子的溫升優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,特高壓直流換流站工程的規(guī)模迅速擴(kuò)大，其站內(nèi)通流回路接頭端子過熱缺陷會引起換流站設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料等產(chǎn)生疲勞損壞，縮短設(shè)備的使用壽命，影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前發(fā)現(xiàn)的特高壓直流換流站通流回路接頭端子發(fā)熱現(xiàn)象，幾乎包含了目前在運(yùn)的所有的特高壓直流換流站，波及的范圍大、造成的危害程度高，如果造成嚴(yán)重故障，其經(jīng)濟(jì)損失一般數(shù)額巨大、難以精確估算。特高壓工程作為電網(wǎng)最核心的組成部分，其安全穩(wěn)定性要求更高，發(fā)生故障造成的經(jīng)濟(jì)損失更加巨大，因此對特高壓直流換流站工程的接頭端子溫升設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種特高壓直流換流站接頭端子的溫升優(yōu)化方法，包括：

步驟1，獲取多組接頭端子的設(shè)計(jì)參數(shù)，并通過有限元模型模擬接頭端子搭接部分的溫升過程，記錄接頭端子搭接部分的最大溫升tmax，將tmax與溫升極限值tu進(jìn)行比較，選取tmax≤tu的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行保留，其中所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括：接頭端子長度x1、接頭端子寬度x2、接頭端子厚度x3、接頭端子搭接部位電阻x4和接頭端子加載的電流x5；

步驟2，隨機(jī)選取一組保留的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出tmax與保留的設(shè)計(jì)參數(shù)之間的溫升函數(shù)關(guān)系，并進(jìn)行蒙特卡羅(mcs)計(jì)算得到相應(yīng)的接頭端子可靠度r0的值，將當(dāng)前r0與可靠度極限值ru進(jìn)行比較，若r0≥ru，則保留當(dāng)前的設(shè)計(jì)參數(shù)，否則，重新選取保留的一組設(shè)計(jì)參數(shù)，使得可靠度r0≥ru，并保留當(dāng)前的設(shè)計(jì)參數(shù)；

步驟3，以當(dāng)前保留的可靠度r≥ru的設(shè)計(jì)參數(shù)作為初始設(shè)計(jì)點(diǎn)，獲取以初始設(shè)計(jì)點(diǎn)為原點(diǎn)的有限鄰域內(nèi)的不同設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行組合，通過有限元模型模擬并得出組合后的設(shè)計(jì)參數(shù)對應(yīng)的最大溫升tmax，進(jìn)而結(jié)合接頭端子板的極限狀態(tài)方程，通過蒙特卡羅模擬法(mcs)計(jì)算相應(yīng)的接頭端子可靠度r的值，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出r與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系；

步驟4，根據(jù)r與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，以接頭端子的成本為優(yōu)化條件，設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)f(x)＝c＝x1·x2·x3.ρ·ω，其中c為接頭端子的成本，接頭端子的密度，ω為單位體積接頭端子的成本，以接頭端子的可靠度作為約束條件，得到接頭端子的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)為minf(x)＝e(x1·x2·x3·ρ·ω)st.r≥ru，其中x1、x2以及x3的值即為優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)。

根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用有限元模型實(shí)現(xiàn)接頭端子的溫升過程模擬為：

當(dāng)接頭端子流過電流時(shí)，其電流密度應(yīng)滿足電流連續(xù)性方程：

式中γ為接頭端子的導(dǎo)電率，為接頭端子任意一點(diǎn)的電位；

接頭端子在有內(nèi)熱源及非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的情況下，描述其溫度場的微分方程為：

式中t為任意點(diǎn)的熱力學(xué)溫度，分別為接頭端子的密度和比熱容，t為時(shí)間，v為場域；

接頭端子用于升高溫度的能量為e＝qw，接頭端子內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱量qw，根據(jù)其的電流場分布得：

q＝qw-qs-qe(3)

式中為由接頭端子內(nèi)部熱源產(chǎn)生的熱量，ex、ey、ez為接頭端子的電場強(qiáng)度；qs＝αcona0(tf-t0)為接頭端子向周圍介質(zhì)所散失的熱量,αcon為對流散熱系數(shù)單位為w/(m²·℃)；a0為對流散熱面積單位為m²，tf為發(fā)熱體溫度單位為℃，t0為環(huán)境溫度單位為℃；為接頭端子通過熱輻射散失的熱量，εi為發(fā)射率，取0.92；σ為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)，取5.67×10^-8w/m².k⁴；ai為輻射面i的面積；fij為由輻射面i到輻射面j的形狀系數(shù)，一般取fij＝1；

聯(lián)立式(1)(2)(3)構(gòu)建接頭端子的有限元模型，并進(jìn)行網(wǎng)格化分以簡化模型，在確定初始溫升和邊界條件之后，利用式(1)得到接頭端子的各節(jié)點(diǎn)的電場分布，然后用式(3)求出接頭端子吸收的能量q，最后應(yīng)用式(2)求解得到接頭端子上的溫升分布情況，之后重新確定電阻率γ，再交替進(jìn)行電流場與溫升場的計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)電流場及溫升場的聯(lián)立求解，實(shí)現(xiàn)對接頭端子溫升過程的模擬。

優(yōu)選地，其中所述溫升極限值tu的取值范圍為：60k～200k。

優(yōu)選地，其中所述步驟2中使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中所述設(shè)計(jì)參數(shù)x1、x2、x3、x4以及x5為輸入?yún)?shù)，隱含層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為12個(gè)，tmax為輸出參數(shù)，隱含層神經(jīng)元激活函數(shù)為sigmoid型激活函數(shù)，輸出層激活函數(shù)為線性purelin型傳遞函數(shù)，初始權(quán)值選取(-1,1)之間的隨機(jī)數(shù)，學(xué)習(xí)速率的選取范圍在0.01～0.8之間，動量因子選取范圍在0.9～0.95之間，收斂條件為網(wǎng)絡(luò)總誤差e≤1.0e-12。

優(yōu)選地，其中所述接頭端子板的極限狀態(tài)方程為：

z＝g(x)＝g(x1,x2,x3,x4,x5)＝tu-tmax(x1,x2,x3,x4,x5)＝0。

優(yōu)選地，其中所述步驟3中使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中設(shè)計(jì)參數(shù)x1、x2、x3、x4以及x5為輸入?yún)?shù)，隱含層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為9個(gè)，r為輸出參數(shù)，隱含層神經(jīng)元激活函數(shù)以及輸出層激活函數(shù)均為sigmoid型激活函數(shù)，初始權(quán)值選取(-1,1)之間的隨機(jī)數(shù)，學(xué)習(xí)速率的選取范圍在0.01～0.9之間，動量因子選取范圍在0.85～0.98之間，收斂條件為網(wǎng)絡(luò)總誤差e≤1.0e-12。

優(yōu)選地，其中所述r與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系為：

其中，wji，vkj和b1j，b2k分別表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值和閾值，δ為傳遞函數(shù)。

優(yōu)選地，其中所述通過蒙特卡羅模擬法(mcs)計(jì)算相應(yīng)的接頭端子可靠度r的值時(shí)，選取的模擬次數(shù)為5000次。

優(yōu)選地，其中計(jì)算相應(yīng)的接頭端子可靠度r時(shí)，可對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行歸一化處理為：

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種特高壓直流換流站接頭端子的溫升優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

設(shè)計(jì)參數(shù)獲取及溫升模擬單元，用于獲取一組接頭端子的設(shè)計(jì)參數(shù)x1、x2、x3、x4以及x5，并通過有限元模型模擬接頭端子搭接部分的溫升過程，記錄接頭端子搭接部分的最大溫升tmax，將tmax與溫升極限值tu進(jìn)行比較，當(dāng)tmax≤tu時(shí)，將數(shù)據(jù)發(fā)送至第一可靠度計(jì)算單元繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，否則重新選取設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行溫升模擬；

第一可靠度計(jì)算單元，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出tmax與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的多個(gè)函數(shù)關(guān)系，取其中一組關(guān)系結(jié)合接頭端子板的極限狀態(tài)方程，通過蒙特卡羅模擬法(mcs)計(jì)算相應(yīng)的接頭端子可靠度r的值，將當(dāng)前r與可靠度極限值ru進(jìn)行比較，若r≥ru，保留當(dāng)前的設(shè)計(jì)參數(shù)，否則，重新選取保留的一組設(shè)計(jì)參數(shù)，使得可靠度r0≥ru，并保留當(dāng)前的設(shè)計(jì)參數(shù)；

第二可靠度計(jì)算單元，以當(dāng)前保留的可靠度r≥ru的設(shè)計(jì)參數(shù)作為初始設(shè)計(jì)點(diǎn)，獲取以初始設(shè)計(jì)點(diǎn)為原點(diǎn)的有限鄰域內(nèi)的不同設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行組合，通過有限元模型模擬并得出組合后的設(shè)計(jì)參數(shù)對應(yīng)的最大溫升tmax，進(jìn)而結(jié)合接頭端子板的極限狀態(tài)方程，通過蒙特卡羅模擬法(mcs)計(jì)算相應(yīng)的接頭端子可靠度r的值，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出r與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系；

優(yōu)化單元，以接頭端子的成本為優(yōu)化條件，設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)f(x)＝c＝x1·x2·x3.ρ·ω，其中c為接頭端子的成本，接頭端子的密度，ω為單位體積接頭端子的成本，以接頭端子的可靠度作為約束條件，得到接頭端子的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)為minf(x)＝e(x1·x2·x3·ρ·ω)st.r≥ru，其中x1、x2以及x3、的值即為優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)。

本發(fā)明提供了一種特高壓直流換流站接頭端子的溫升優(yōu)化方法，使設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化后的接頭端子可以避免或減輕因接頭端子發(fā)熱引起的電網(wǎng)災(zāi)害事故造成的損失，同時(shí)也避免了對接頭端子尺寸設(shè)計(jì)過大而造成的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。

附圖說明

通過參考下面的附圖，可以更為完整地理解本發(fā)明的示例性實(shí)施方式：

圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的接頭端子的溫升優(yōu)化方法流程圖；

圖2為接頭端子溫升限值分析實(shí)驗(yàn)電路圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的tmax與設(shè)計(jì)參數(shù)擬合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

圖4為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的r與設(shè)計(jì)參數(shù)擬合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；以及

圖5為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的接頭端子的溫升優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，然而，本發(fā)明可以用許多不同的形式來實(shí)施，并且不局限于此處描述的實(shí)施例，提供這些實(shí)施例是為了詳盡地且完全地公開本發(fā)明，并且向所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。對于表示在附圖中的示例性實(shí)施方式中的術(shù)語并不是對本發(fā)明的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附圖標(biāo)記。

除非另有說明，此處使用的術(shù)語(包括科技術(shù)語)對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員具有通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術(shù)語，應(yīng)當(dāng)被理解為與其相關(guān)領(lǐng)域的語境具有一致的含義，而不應(yīng)該被理解為理想化的或過于正式的意義。

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的接頭端子的溫升優(yōu)化方法流程圖。如圖1所示，接頭端子的溫升優(yōu)化方法100首先選取多組設(shè)計(jì)參數(shù)，通過有限元模型得出當(dāng)前設(shè)計(jì)參數(shù)對應(yīng)的街頭端子板搭接部分最大溫升值，且當(dāng)當(dāng)前的最大溫升小于等于溫升極限值時(shí)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出最大溫升與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，并結(jié)合接頭端子板的極限狀態(tài)方程通過montecarlo法得出接頭端子的可靠度r的值，當(dāng)r大于等于可靠度極限值時(shí)，選取初始設(shè)計(jì)點(diǎn)，并獲取初始設(shè)計(jì)點(diǎn)附近的不同設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行組合，計(jì)算相應(yīng)的接頭端子板搭接部分的最大溫升值進(jìn)而得出可靠度，并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出設(shè)計(jì)參數(shù)與可靠度之間的函數(shù)關(guān)系，最后以接頭端子成本作為優(yōu)化條件設(shè)定目標(biāo)函數(shù)，以可靠度作為約束條件得到接頭端子的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。

如圖1所示，方法100從步驟101開始。在步驟101中，獲取多組接頭端子的設(shè)計(jì)參數(shù)x1、x2、x3、x4以及x5。優(yōu)選地，設(shè)計(jì)參數(shù)分別為接頭端子長度x1、接頭端子寬度x2、接頭端子厚度x3、接頭端子搭接部位電阻x4，接頭端子加載的電流x5。

在步驟102中，通過有限元模型模擬接頭端子搭接部分的溫升過程，記錄接頭端子搭接部分的最大溫升tmax。優(yōu)選地，所述利用有限元模型實(shí)現(xiàn)接頭端子的溫升過程模擬為：

當(dāng)接頭端子流過電流時(shí)，其電流密度應(yīng)滿足電流連續(xù)性方程：

式中γ為接頭端子的導(dǎo)電率，為接頭端子任意一點(diǎn)的電位；

接頭端子在有內(nèi)熱源及非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的情況下，描述其溫度場的微分方程為：

式中t為任意點(diǎn)的熱力學(xué)溫度，分別為接頭端子的密度和比熱容，t為時(shí)間，v為場域；

接頭端子用于升高溫度的能量為e＝qw，接頭端子內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱量qw，根據(jù)其的電流場分布得：

q＝qw-qs-qe(3)

式中為由接頭端子內(nèi)部熱源產(chǎn)生的熱量，ex、ey、ez為接頭端子的電場強(qiáng)度；qs＝αcona0(tf-t0)為接頭端子向周圍介質(zhì)所散失的熱量,αcon為對流散熱系數(shù)單位為w/(m²·℃)；a0為對流散熱面積單位為m²，tf為發(fā)熱體溫度單位為℃，t0為環(huán)境溫度單位為℃；為接頭端子通過熱輻射散失的熱量，εi為發(fā)射率，取0.92；σ為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)，取5.67×10^-8w/m².k⁴；ai為輻射面i的面積；fij為由輻射面i到輻射面j的形狀系數(shù)，一般取fij＝1；

聯(lián)立式(1)(2)(3)構(gòu)建接頭端子的有限元模型，在進(jìn)行有限元模型的求解時(shí)，首先對模型進(jìn)行簡化，并進(jìn)行網(wǎng)格化分形成小單元。在確定初始溫升和邊界條件之后，利用式(1)得到接頭端子的各節(jié)點(diǎn)的電場分布，然后用式(3)求出接頭端子吸收的能量q，最后應(yīng)用式(2)求解得到接頭端子上的溫升分布情況，之后重新確定電阻率γ，再繼續(xù)求解電場的分布。在交替進(jìn)行的電流場與溫升場的計(jì)算中，實(shí)現(xiàn)電流場和溫升場的聯(lián)立求解，從而實(shí)現(xiàn)對接頭端子溫升過程的模擬。

優(yōu)選地，本發(fā)明中使用的有限元模型通過ansys參數(shù)化程序的建模方法建立接頭端子的三維有限元模型，并通過ansys中的solid227單元對接頭端子進(jìn)行溫度場和電流場進(jìn)行交替計(jì)算。該單元有十個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有4個(gè)自由度，可對接頭端子板進(jìn)行暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)熱電耦合分析。solid227耦合場材料特性必須設(shè)置電阻率、熱傳導(dǎo)率、質(zhì)量密度、比熱容、介電系數(shù)。本發(fā)明采用自由網(wǎng)格劃分將模型劃分為四面體單元，再利用ansys的智能尺寸控制技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)格的大小和疏密分布的控制。由于電場與溫度場之間相互影響,不能單獨(dú)對某一個(gè)場進(jìn)行求解,因此必須采用直接耦合的方法進(jìn)行求解。在求解之前,首先指定分析類型為瞬態(tài)分析,打開時(shí)間積分效應(yīng)；其次根據(jù)接頭端子板達(dá)到穩(wěn)定工作所需的時(shí)間,定義載荷步及結(jié)束的時(shí)間,本發(fā)明專利取載荷步結(jié)束的時(shí)間為4小時(shí),然后定義負(fù)載電流,載荷變化方式為階躍載荷,打開自動時(shí)間步長功能。設(shè)置接頭端子板的初始溫度為室溫20℃的均勻溫度場，接頭端子兩端的溫度近似維持在20℃。加載時(shí)，在接頭端子的某一端面上選取接頭端子板的所有節(jié)點(diǎn)加載電流向量，方向垂直端面，同時(shí)定義該面上節(jié)點(diǎn)的電壓恒為零；而在另一個(gè)端面上所有的節(jié)點(diǎn)耦合電壓自由度。

在步驟103中，將tmax與溫升極限值tu進(jìn)行比較。優(yōu)選地，所述溫升極限值取值范圍為：60k～200k。溫升極限值通過接頭端子板的溫升限值分析實(shí)驗(yàn)得出，具體的實(shí)驗(yàn)步驟將在下文進(jìn)行詳細(xì)說明。

在步驟104中，選取tmax≤tu的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行保留，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出tmax與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。優(yōu)選地，步驟104中使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中設(shè)計(jì)參數(shù)x1、x2、x3、x4以及x5為輸入?yún)?shù)，即輸入層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為5個(gè)，隱含層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為12個(gè)，tmax為輸出參數(shù)，即輸出層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為1個(gè)，隱含層神經(jīng)元激活函數(shù)為sigmoid型激活函數(shù)，輸出層激活函數(shù)為線性purelin型傳遞函數(shù)，初始權(quán)值選取(-1,1)之間的隨機(jī)數(shù)，學(xué)習(xí)速率的選取范圍在0.01～0.8之間，動量因子選取范圍在0.9～0.95之間，收斂條件為網(wǎng)絡(luò)總誤差e≤1.0e-12。

在步驟105中，隨機(jī)選取一組保留的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出tmax與保留的設(shè)計(jì)參數(shù)之間的溫升函數(shù)關(guān)系，進(jìn)行蒙特卡羅模擬法(mcs)計(jì)算得到相應(yīng)的接頭端子可靠度r的值。優(yōu)選地，接頭端子溫升可靠度計(jì)算首先需要建立接頭端子的溫升極限狀態(tài)方程，根據(jù)接頭端子板溫升影響因素分析，影響接頭端子辦溫升主要影響因素是，接頭端子板的寬度、接頭端子板的厚度、接頭端子板的長度、接頭端子板的電阻及接頭端子板所加載的電流。按照接頭端子板正常使用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，接頭端子板的極限狀態(tài)方程為：

z＝g(x)＝g(x1,x2,x3,x4,x5)＝tu-tmax(x1,x2,x3,x4,x5)＝0。

由于接頭端子搭接部位的最大溫升tmax的函數(shù)關(guān)系公式不能用顯式表達(dá)，因此接頭端子板的極限狀態(tài)方程解析式很難求出，故而本發(fā)明使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型使tmax與設(shè)計(jì)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系盡可能逼近接頭端子板的極限狀態(tài)方程。

對接頭端子溫升優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可將接頭端子可靠度作為約束條件來計(jì)算接頭端子可靠度：r＝∫g(x)＞0fx(x)dx＝p{g(x)＞0}≥ru，其中ru為可靠度極限值，求解此公式需要知道接頭端子板溫升狀態(tài)函數(shù)的聯(lián)合概率密度函數(shù)將可靠性概率約束轉(zhuǎn)化為確定性約束，應(yīng)用理論方法，狀態(tài)函數(shù)的聯(lián)合概率密度函數(shù)很難確定，且此公式為隱形函數(shù)關(guān)系，不能直接反映出設(shè)計(jì)參數(shù)與可靠度的函數(shù)關(guān)系，因此本發(fā)明利用montecarlo法對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)抽樣，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行概率分析，得到極限狀態(tài)函數(shù)值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，從而求得接頭端子溫升可靠度指標(biāo)。優(yōu)選地，通過蒙特卡羅模擬法計(jì)算相應(yīng)的接頭端子可靠度r0的值時(shí)，選取的模擬次數(shù)為5000次。

在步驟106中，將當(dāng)前r0與可靠度極限值ru進(jìn)行比較，若r0≥ru，則保留當(dāng)前的設(shè)計(jì)參數(shù)，否則重新執(zhí)行步驟105。優(yōu)選地，可靠度極限值根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，可以為99％或92％等符合要求的數(shù)值。

在步驟107中，選取接頭端子可靠度r0≥ru時(shí)的一組設(shè)計(jì)參數(shù)作為初始設(shè)計(jì)點(diǎn)，獲取以初始設(shè)計(jì)點(diǎn)為原點(diǎn)的有限鄰域內(nèi)的不同設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行組合，通過有限元模型模擬并得出組合后的設(shè)計(jì)參數(shù)對應(yīng)的最大溫升tmax。優(yōu)選地，步驟107中的最大溫升值的計(jì)算方法與步驟102相同，在此不進(jìn)行贅述。

在步驟108中，結(jié)合接頭端子板的極限狀態(tài)方程，通過蒙特卡羅模擬法(mcs)計(jì)算相應(yīng)的接頭端子可靠度r的值，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出r與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。優(yōu)選地，步驟108中計(jì)算可靠度的方法與步驟105相同，在此不進(jìn)行贅述。優(yōu)選地，步驟108中使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中設(shè)計(jì)參數(shù)x1、x2、x3、x4以及x5為輸入?yún)?shù)，即輸入層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為5個(gè)，隱含層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為9個(gè)，r為輸出參數(shù)，即輸出層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為1個(gè)，隱含層神經(jīng)元激活函數(shù)以及輸出層激活函數(shù)均為sigmoid型激活函數(shù)，初始權(quán)值選取(-1,1)之間的隨機(jī)數(shù)，學(xué)習(xí)速率的選取范圍在0.01～0.9之間，動量因子選取范圍在0.85～0.98之間，收斂條件為網(wǎng)絡(luò)總誤差e≤1.0e-12。

在步驟109中，根據(jù)r與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，以接頭端子的成本為優(yōu)化條件，設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)f(x)＝c＝x1·x2·x3.ρ·ω，其中c為接頭端子的成本，接頭端子的密度，ω為單位體積接頭端子的成本，以接頭端子的可靠度作為約束條件，得到接頭端子的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)為minf(x)＝e(x1·x2·x3·ρ·ω)st.r≥ru，其中x1、x2以及x3的值即為優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，通過端子板溫升試驗(yàn)來驗(yàn)證所述建立的有限元模型是否正確。針對特高壓直流換流站接頭端子材料，分別開展鋁板-鋁板、銅板-銅板材料的電流-溫升試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方法為：將端子板兩端用銅導(dǎo)線連接并用螺栓擰緊，再將銅導(dǎo)線與大電流試驗(yàn)設(shè)備的輸出端連接，從而電流從電源箱經(jīng)過銅導(dǎo)線流經(jīng)端子板；在距離端子板搭接部位20到25cm處安裝電壓測試線,測試線端部連接電壓數(shù)字多用表的輸入端，并用表讀取測試部位電壓值；其電流流向由控制臺控制，通過分別測試樣品正向、反向電壓及電流，并測出端子板的電阻值；撤除電阻測試系統(tǒng)，用銅導(dǎo)線以串聯(lián)形式連接100kva變壓器和軟連接板，并在端子板兩邊各添加n個(gè)溫度傳感器；以及通過控制臺控制變壓器并提高輸出電流，達(dá)到要求值后穩(wěn)定電流，通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控端子板實(shí)時(shí)溫度變化。圖2為接頭端子溫升限值分析實(shí)驗(yàn)電路圖。其中，201為220v交流電源，202為調(diào)壓器，203為降壓變壓器，204為保護(hù)電阻，205為耦合電容器，206為實(shí)驗(yàn)樣品接頭端子，207為溫度傳感器，208為溫度巡檢儀。在實(shí)際操作中，通常使用接頭端子溫升限值分析實(shí)驗(yàn)測試接頭端子搭接部位的溫度、變形及所涂電力復(fù)合脂的變化情況，來確定不同材質(zhì)、不同電流密度設(shè)計(jì)值和不同工況的接頭端子的溫升限值，為端子板優(yōu)化設(shè)計(jì)提供直接依據(jù)。由于換流站接頭端子多為純銅和鋁合金材質(zhì)，因此本實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)樣品接頭端子可采用鋁合金材料制造。步驟如下：

(1)安裝前依次使用200#、400#細(xì)砂紙打磨去除表面氧化層，用丙酮清洗打磨面并用干凈的白棉布或衛(wèi)生紙擦拭干凈；并在試件的搭接部位涂0.2mm的電力復(fù)合脂；

(2)試驗(yàn)前測定試件搭接部位的接續(xù)電阻；

(3)加電流至1500a，通流4個(gè)小時(shí)觀察試件搭接部位的溫度變化情況，若溫度穩(wěn)定則繼續(xù)持續(xù)加熱10個(gè)小時(shí)觀察試件變化情況，若加熱10小時(shí)后試件試件的溫升出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，則此出現(xiàn)拐點(diǎn)的溫升即為溫升限值。若加熱10小時(shí)后試件試件沒有出現(xiàn)溫升明顯的拐點(diǎn)，將退電流至0后繼續(xù)加電流至2000a、2500a，并重復(fù)上面的試驗(yàn)步驟，直到接頭端子板溫升出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)為止。該明顯拐點(diǎn)即為溫升極限值。

圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的tmax與設(shè)計(jì)參數(shù)擬合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。由圖3可知，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型300為三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中設(shè)計(jì)參數(shù)x1、x2、x3、x4以及x5為輸入?yún)?shù)，即輸入層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為5個(gè)，隱含層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為12個(gè)，tmax為輸出參數(shù)，即輸出層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為1個(gè)，隱含層神經(jīng)元激活函數(shù)為sigmoid型激活函數(shù)，輸出層激活函數(shù)為線性purelin型傳遞函數(shù)，初始權(quán)值選取(-1,1)之間的隨機(jī)數(shù)，學(xué)習(xí)速率的選取范圍在0.01～0.8之間，動量因子選取范圍在0.9～0.95之間，收斂條件為網(wǎng)絡(luò)總誤差e≤1.0e-12。

圖4為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的r與設(shè)計(jì)參數(shù)擬合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。由圖4可知，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型400為三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中設(shè)計(jì)參數(shù)x1、x2、x3、x4以及x5為輸入?yún)?shù)，即輸入層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為5個(gè)，隱含層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為9個(gè)，r為輸出參數(shù)，即輸出層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)為1個(gè)，隱含層神經(jīng)元激活函數(shù)以及輸出層激活函數(shù)均為sigmoid型激活函數(shù)，初始權(quán)值選取(-1,1)之間的隨機(jī)數(shù)，學(xué)習(xí)速率的選取范圍在0.01～0.9之間，動量因子選取范圍在0.85～0.98之間，收斂條件為網(wǎng)絡(luò)總誤差e≤1.0e-12。

圖5為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的接頭端子的溫升優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，接頭端子的溫升優(yōu)化系統(tǒng)500包括設(shè)計(jì)參數(shù)獲取及溫升模擬單元501、第一可靠度計(jì)算單元502、第二可靠度計(jì)算單元503以及優(yōu)化單元504。

優(yōu)選地，設(shè)計(jì)參數(shù)獲取及溫升模擬單元501獲取多組接頭端子的設(shè)計(jì)參數(shù)，并通過有限元模型模擬接頭端子搭接部分的溫升過程，記錄接頭端子搭接部分的最大溫升tmax，將tmax與溫升極限值tu進(jìn)行比較，選取tmax≤tu的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行保留，其中所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括：接頭端子長度x1、接頭端子寬度x2、接頭端子厚度x3、接頭端子搭接部位電阻x4和接頭端子加載的電流x5。

優(yōu)選地，第一可靠度計(jì)算單元502隨機(jī)選取一組保留的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出tmax與保留的設(shè)計(jì)參數(shù)之間的溫升函數(shù)關(guān)系，并進(jìn)行蒙特卡羅(mcs)計(jì)算得到相應(yīng)的接頭端子可靠度r0的值，將當(dāng)前r0與可靠度極限值ru進(jìn)行比較，若r0≥ru，則保留當(dāng)前的設(shè)計(jì)參數(shù)，否則，重新選取保留的一組設(shè)計(jì)參數(shù)，使得可靠度r0≥ru，并保留當(dāng)前的設(shè)計(jì)參數(shù)；

優(yōu)選地，第二可靠度計(jì)算單元503以當(dāng)前保留的可靠度r≥ru的設(shè)計(jì)參數(shù)作為初始設(shè)計(jì)點(diǎn)，獲取以初始設(shè)計(jì)點(diǎn)為原點(diǎn)的有限鄰域內(nèi)的不同設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行組合，通過有限元模型模擬并得出組合后的設(shè)計(jì)參數(shù)對應(yīng)的最大溫升tmax，進(jìn)而結(jié)合接頭端子板的極限狀態(tài)方程，通過蒙特卡羅模擬法(mcs)計(jì)算相應(yīng)的接頭端子可靠度r的值，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出r與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系；

優(yōu)選地，優(yōu)化單元504用于根據(jù)r與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，以接頭端子的成本為優(yōu)化條件，設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)f(x)＝c＝x1·x2·x3.ρ·ω，其中c為接頭端子的成本，接頭端子的密度，ω為單位體積接頭端子的成本，以接頭端子的可靠度作為約束條件，得到接頭端子的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)為minf(x)＝e(x1·x2·x3·ρ·ω)st.r≥ru，其中x1、x2以及x3、的值即為優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)。

本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例接頭端子的溫升優(yōu)化系統(tǒng)500與本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例接頭端子的溫升優(yōu)化方法100一一對應(yīng)，在此不進(jìn)行詳細(xì)贅述。

已經(jīng)通過參考少量實(shí)施方式描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，正如附帶的專利權(quán)利要求所限定的，除了本發(fā)明以上公開的其他的實(shí)施例等同地落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

通常地，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語都根據(jù)他們在技術(shù)領(lǐng)域的通常含義被解釋，除非在其中被另外明確地定義。所有的參考“一個(gè)/所述/該[裝置、組件等]”都被開放地解釋為所述裝置、組件等中的至少一個(gè)實(shí)例，除非另外明確地說明。這里公開的任何方法的步驟都沒必要以公開的準(zhǔn)確的順序運(yùn)行，除非明確地說明。