本發(fā)明涉及高壓斷路器設計，尤其涉及一種高壓斷路器滅弧室結構優(yōu)化方法和系統(tǒng)。

背景技術：

1、在高壓sf6斷路器中，由于噴口結構部件的存在會使氣流流路復雜，且氣流在流經噴口區(qū)域時會產生湍流，使得氣流運動不穩(wěn)定，隨機且局部劇烈變化，非線性特征明顯。前期研究表明，對于短路大電流開斷而言，噴口氣流運動本身是電弧熄滅的直接推動因素，且氣流運動出現(xiàn)了湍流這種多尺度渦旋運動，所伴隨的混沌效應對斷路器開斷的影響不容忽視。高壓sf6斷路器的開斷過程是多物理場耦合、多物性參數(shù)變化且氣流運動呈跨音速變化的復雜過程。因此，需要對氣流運動中的湍動現(xiàn)象分析，是研究噴口氣流混沌性行為的基礎與關鍵。

2、目前，針對高壓斷路器滅弧室結構設計時，大多采用經驗法進行設計與優(yōu)化，并未充分考慮開斷過程中斷路器氣流場分布，導致無法快速的定位斷路器滅弧室設計薄弱區(qū)域，為后續(xù)的高壓斷路器滅弧室結構設計提供指導方向。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種高壓斷路器滅弧室結構優(yōu)化方法和系統(tǒng)，解決了如何快速定位斷路器滅弧室設計薄弱區(qū)域并進行結構優(yōu)化的技術問題。

2、本發(fā)明第一方面提供的一種高壓斷路器滅弧室結構優(yōu)化方法，包括：

3、響應對目標斷路器的滅弧室結構優(yōu)化請求，構建所述目標斷路器的斷路器仿真模型；

4、對所述斷路器仿真模型的開斷過程進行仿真，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的場強參數(shù)數(shù)據和不同參數(shù)類型的氣流參數(shù)數(shù)據；

5、基于流注理論，采用所述場強參數(shù)數(shù)據和各所述氣流參數(shù)數(shù)據確定各所述滅弧室測點的介質恢復特性值；

6、采用各所述滅弧室測點關聯(lián)的所述氣流參數(shù)數(shù)據進行混沌特征識別，確定各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據對應的最大李雅普諾夫指數(shù)；

7、基于各所述滅弧室測點的介質恢復特性值與各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據對應的最大李雅普諾夫指數(shù)，確定所述目標斷路器的薄弱區(qū)域。

8、可選地，還包括：

9、基于所述薄弱區(qū)域的所述最大李雅普諾夫指數(shù)，調整所述薄弱區(qū)域的結構參數(shù)，直至滿足預設結構優(yōu)化要求，則輸出所述目標斷路器的滅弧室結構優(yōu)化參數(shù)。

10、可選地，所述斷路器仿真模型為所述目標斷路器的二維軸對稱斷路器數(shù)值仿真模型。

11、可選地，所述對所述斷路器仿真模型的開斷過程進行仿真，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的場強參數(shù)數(shù)據和不同參數(shù)類型的氣流參數(shù)數(shù)據，包括：

12、對所述斷路器仿真模型的開斷過程進行電場仿真，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的場強參數(shù)數(shù)據；

13、對所述斷路器仿真模型的開斷過程進行流場仿真，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的不同參數(shù)類型的氣流參數(shù)數(shù)據；

14、其中，所述參數(shù)類型包括密度參數(shù)、壓力參數(shù)、溫度參數(shù)、速度參數(shù)數(shù)據、湍流動能參數(shù)、湍流耗散率參數(shù)、湍流粘度參數(shù)、湍流熱導率參數(shù)和馬赫數(shù)參數(shù)。

15、可選地，所述對所述斷路器仿真模型的開斷過程進行電場仿真，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的場強參數(shù)數(shù)據，包括：

16、采用變分法對所述斷路器仿真模型的電場數(shù)學模型進行等價變分，得到有限元方程組；

17、根據預設的電場邊界條件，對所述有限元方程組進行求解，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的場強參數(shù)數(shù)據。

18、可選地，所述對所述斷路器仿真模型的開斷過程進行流場仿真，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的不同參數(shù)類型的氣流參數(shù)數(shù)據，包括：

19、對所述斷路器仿真模型的流場控制方程進行求解，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的密度參數(shù)數(shù)據、壓力參數(shù)數(shù)據、溫度參數(shù)數(shù)據和速度參數(shù)數(shù)據；

20、其中，所述流場控制方程包括質量方程、動能方程和能量方程；

21、對所述斷路器仿真模型的湍流方程進行求解，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的湍流動能參數(shù)數(shù)據、湍流耗散率參數(shù)數(shù)據、湍流粘度參數(shù)數(shù)據和湍流熱導率參數(shù)數(shù)據；

22、對所述斷路器仿真模型的馬赫數(shù)方程進行求解，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的馬赫數(shù)參數(shù)數(shù)據。

23、可選地，所述基于流注理論，采用所述場強參數(shù)數(shù)據和各所述氣流參數(shù)數(shù)據確定各所述滅弧室測點的介質恢復特性值，包括：

24、采用各所述滅弧室測點的所述壓力參數(shù)數(shù)據、所述溫度參數(shù)數(shù)據和預設粒子參數(shù)數(shù)據，確定粒子密度數(shù)據；

25、采用所述場強參數(shù)數(shù)據與所述粒子密度數(shù)據進行比值運算，得到第一比值；

26、采用預設恢復電壓與所述場強參數(shù)數(shù)據進行比值運算，得到第二比值；

27、采用所述第一比值和所述第二比值進行乘值運算，得到第一乘值；

28、采用所述第一乘值與所述粒子密度數(shù)據進行比值運算，得到各所述滅弧室測點的介質恢復特性值。

29、可選地，所述預設粒子參數(shù)數(shù)據包括氣流場基壓參數(shù)數(shù)據、初始溫度參數(shù)數(shù)據和參考粒子密度，所述采用各所述滅弧室測點的所述壓力參數(shù)數(shù)據、所述溫度參數(shù)數(shù)據和預設粒子參數(shù)數(shù)據，確定粒子密度數(shù)據，包括：

30、采用所述壓力參數(shù)數(shù)據與所述氣流場基壓參數(shù)數(shù)據進行比值運算，得到第三比值；

31、采用所述第三比值與所述參考粒子密度進行乘值運算，得到第二乘值；

32、采用初始溫度參數(shù)數(shù)據與所述溫度參數(shù)數(shù)據進行比值運算，得到第四比值；

33、采用所述第二乘值與所述第四比值進行比值運算，得到粒子密度數(shù)據。

34、可選地，所述采用各所述滅弧室測點關聯(lián)的所述氣流參數(shù)數(shù)據進行混沌特征識別，確定各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據對應的最大李雅普諾夫指數(shù)，包括：

35、分別采用各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據進行相空間重構，確定所述斷路器仿真模型內各所述滅弧室測點的相空間；

36、采用最大李雅普諾夫指數(shù)計算方法在所述相空間中計算各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據對應的最大李雅普諾夫指數(shù)。

37、可選地，所述分別采用各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據進行相空間重構，確定所述斷路器仿真模型內各所述滅弧室測點的相空間，包括：

38、獲取進行相空間重構的最優(yōu)延遲時間、最優(yōu)嵌入維數(shù)和采樣時間間隔；

39、分別采用各所述滅弧室測點關聯(lián)的各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據生成初始氣流時序數(shù)據；

40、對各所述初始氣流時序數(shù)據進行插值處理，得到各所述參數(shù)類型的目標氣流時序數(shù)據；

41、采用各所述最優(yōu)延遲時間、所述最優(yōu)嵌入維數(shù)和所述采樣時間間隔對所述目標氣流時序數(shù)據進行相空間重構，確定所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的相空間。

42、可選地，所述采用最大李雅普諾夫指數(shù)計算方法在所述相空間中計算各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據對應的最大李雅普諾夫指數(shù)，包括：

43、以各所述參數(shù)類型的所述目標氣流時序數(shù)據內首次獲取的所述氣流參數(shù)數(shù)據為基準相點，并在所述相空間內尋找與所述基準相點最臨近的相點為端點進行連接，得到初始向量；

44、在所述相空間內所述初始向量沿軌線向前連接預設時間步長對應的相點，直至遍歷所有所述相點，得到多個初始向量；

45、計算全部所述初始向量的歐式距離；

46、采用相鄰兩個所述初始向量關聯(lián)的歐式距離，確定相鄰兩個所述初始向量的指數(shù)增長率；

47、采用全部所述指數(shù)增長率進行均值運算，得到各所述目標氣流時序數(shù)據的指數(shù)增長平均率；

48、將所述指數(shù)增長平均率作為所述目標氣流時序數(shù)據關聯(lián)的各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據對應的最大李雅普諾夫指數(shù)。

49、可選地，所述基于各所述滅弧室測點的介質恢復特性值與各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據對應的最大李雅普諾夫指數(shù)，確定所述目標斷路器的薄弱區(qū)域，包括：

50、采用各所述滅弧室測點的介質恢復特性值與各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據的最大李雅普諾夫指數(shù)，建立各所述滅弧室測點的多元映射表；

51、比較各所述滅弧室測點的介質恢復特性值與預設恢復特性閾值；

52、若所述介質恢復特性值小于所述預設恢復特性閾值，則將所述介質恢復特性值關聯(lián)的所述滅弧室測點確定為所述目標斷路器的薄弱區(qū)域。

53、可選地，所述基于所述薄弱區(qū)域的所述最大李雅普諾夫指數(shù)，調整所述薄弱區(qū)域的結構參數(shù)，直至滿足預設結構優(yōu)化要求，則輸出所述目標斷路器的滅弧室結構優(yōu)化參數(shù)，包括：

54、檢索所述多元映射表，匹配各所述薄弱區(qū)域關聯(lián)的各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據對應的最大李雅普諾夫指數(shù)；

55、比對各所述最大李雅普諾夫指數(shù)與預設指數(shù)閾值；

56、若所述最大李雅普諾夫指數(shù)大于所述預設指數(shù)閾值，則將所述最大李雅普諾夫指數(shù)關聯(lián)的所述參數(shù)類型和所述滅弧室測點作為目標特征鍵；

57、采用所述目標特征鍵輸入預設滅弧室結構參數(shù)數(shù)據庫進行檢索，匹配用于調整所述薄弱區(qū)域的結構參數(shù)，并進行結構調整；

58、跳轉至所述對所述斷路器仿真模型的開斷過程進行仿真，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的場強參數(shù)數(shù)據和不同參數(shù)類型的氣流參數(shù)數(shù)據的步驟，直至滿足預設結構優(yōu)化要求；

59、將當前滿足所述預設結構優(yōu)化要求的各所述滅弧室測點的結構參數(shù)作為所述目標斷路器的滅弧室結構優(yōu)化參數(shù)。

60、可選地，所述預設結構優(yōu)化要求為各所述滅弧室測點的介質恢復特性值均未小于所述預設恢復特性閾值。

61、本發(fā)明第二方面提供的一種高壓斷路器滅弧室結構優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

62、響應模塊，用于響應對目標斷路器的滅弧室結構優(yōu)化請求，構建所述目標斷路器的斷路器仿真模型；

63、仿真模塊，用于對所述斷路器仿真模型的開斷過程進行仿真，得到所述斷路器仿真模型內各滅弧室測點的場強參數(shù)數(shù)據和不同參數(shù)類型的氣流參數(shù)數(shù)據；

64、第一數(shù)據處理模塊，用于基于流注理論，采用所述場強參數(shù)數(shù)據和各所述氣流參數(shù)數(shù)據確定各所述滅弧室測點的介質恢復特性值；

65、第二數(shù)據處理模塊，用于采用各所述滅弧室測點關聯(lián)的所述氣流參數(shù)數(shù)據進行混沌特征識別，確定各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據對應的最大李雅普諾夫指數(shù)；

66、薄弱區(qū)域判定模塊，用于基于各所述滅弧室測點的介質恢復特性值與各所述參數(shù)類型的所述氣流參數(shù)數(shù)據對應的最大李雅普諾夫指數(shù)，確定所述目標斷路器的薄弱區(qū)域；

67、優(yōu)化參數(shù)模塊，用于基于所述薄弱區(qū)域的所述最大李雅普諾夫指數(shù)，調整所述薄弱區(qū)域的結構參數(shù)，直至滿足預設結構優(yōu)化要求，則輸出所述目標斷路器的滅弧室結構優(yōu)化參數(shù)。

68、本發(fā)明第三方面提供的一種電子設備，包括存儲器及處理器，所述存儲器中儲存有計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行如上述任一項所述的高壓斷路器滅弧室結構優(yōu)化方法的步驟。

69、本發(fā)明第四方面提供的一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被執(zhí)行時實現(xiàn)如上述任一項所述的高壓斷路器滅弧室結構優(yōu)化方法。

70、本發(fā)明第五方面提供的一種計算機程序產品，所述計算機程序產品包括存儲在非暫態(tài)計算機可讀存儲介質上的計算機程序，所述計算機程序包括程序指令，其中，當所述程序指令被計算機執(zhí)行時，使所述計算機執(zhí)行如上述任一項所述的高壓斷路器滅弧室結構優(yōu)化方法。

71、從以上技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

72、本發(fā)明首先通過構建高壓斷路器的數(shù)值仿真模型并進行仿真，從而得到場強參數(shù)數(shù)據和氣流參數(shù)數(shù)據，其次，通過場強參數(shù)數(shù)據和氣流參數(shù)數(shù)據得到高壓斷路器內各滅弧室測點的介質恢復特性值，再次，采用氣流參數(shù)數(shù)據進行混沌特征識別，得到用于表征混沌特性的最大李雅普諾夫指數(shù)，通過構建介質恢復特性值與最大李雅普諾夫指數(shù)之間的映射關系，從次，通過介質恢復特性值能夠快速定位高壓斷路器的薄弱區(qū)域，最后，通過映射關系匹配薄弱區(qū)域的最大李雅普諾夫指數(shù)，并用于定向調整薄弱區(qū)域的結構，直至滿足預設結構優(yōu)化要求，則輸出目標斷路器的滅弧室結構優(yōu)化參數(shù)，從而用于指導滅弧室結構設計，解決了如何快速定位斷路器滅弧室設計薄弱區(qū)域并進行結構優(yōu)化的技術問題。