一种变电站高压室温度调节优化方法和系统与流程 专利技术说明

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明属于变电站高压室温度控制技术领域，具体涉及一种变电站高压室温度调节优化方法和系统。背景技术：2.目前室内变电站数量逐渐变得越来越多，室内变电站设备紧凑，占地面积小，但是室内环境散热效果不好。为了保证设备的安全运行，设备室内常常配置空调或者风扇等辅助散热工具。3.变电站内室内设备控温主要是通过空调或者风扇进行散热，但空调、风扇基本上都是固定位置摆放，如果室内较大的情况下，可以明显感受到室内温差。此外，一些智能化站利用的控温技术也是通过采集温度，设备开启，降温，回差值达到后停止。但同样问题是测温点也是固定的，最终调节起来效果也不是很好。此外，更加简单的办法就是长时间全投入散热装置，这一方面经济性不高，站用电消耗比例高，另外效果也无法准确判断。技术实现要素：4.有鉴于此，本发明旨在解决现有变电站高压室在考虑经济性因素时所采用的控温散热方法效果不好的问题。5.为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：第一方面，本发明提供了一种变电站高压室温度调节优化方法，包括如下步骤：将变电站室内存有的设备按运行时不同的发热原理建立对应的热源计算模型；获取各设备的运行参数，利用热源计算模型计算得到设备的表面温度分布；对各设备的表面温度分布数据进行修正处理，以对温度与发热的滞后效应进行时间补偿；将修正后的表面温度分布数据作为初始边界热源，进行散热计算，得到设备的计算温度值；利用各设备的计算温度值构建用于进行温度调节优化的目标算子，目标算子中包括所有需要进行散热的设备所对应的计算温度值，需要进行散热的设备为修正后的表面温度分布数据大于设定阈值的设备；建立室内的三维散热模型，三维散热模型中的散热装置沿线可移动分布；投入设定数量的散热装置，以散热装置的出力和/或位置作为变量，以满足目标算子和提高所有需要进行散热的设备的综合散热效果为目标，进行散热优化计算；将满足目标算子情况下综合散热效果最佳的散热装置出力和位置作为当前变电站室内的温度调节优化方案。6.进一步的，记为设备m的表面温度分布，为设备n的表面温度分布，下标jc代表电磁感应发热类型，jl表示电流发热类型，x和y为设备坐标，t表示时刻，对各设备的表面温度分布数据进行修正处理，具体包括：将运行电流曲线图和计算温度曲线图的曲线峰值进行对应，计算相差的时间，记为；利用计算得到的时间差对各设备的表面温度分布进行修正，得到和；若或者，则将设备m或设备n的表面温度分布赋值为，为正常室温；记经过修正处理后的表面温度分布为或。7.进一步的，计算温度值根据具体按照下式计算：；式中，表示空气密度，表示空气恒压热容，表示空气导热系数，为计算温度值，为空气流动速度、为散热功率、为边界热功率；根据计算温度值，将各设备的所述表面温度分布更新为：；式中，和分别为设备m和设备n经过修正处理后的表面温度分布，和分别为设备m和设备n的计算温度值，下标jc代表电磁感应发热类型，jl表示电流发热类型，x和y为设备坐标，t表示时刻，为用于进行修正处理的时间差。8.进一步的，投入设定数量的散热装置后进行散热优化计算，具体包括：若需要进行散热的设备的数量不超过散热装置的投入数量时，则固定散热装置的位置，通过调节出力或固定散热装置的出力，通过调节位置来进行散热优化计算；若需要进行散热的设备的数量超过散热装置的投入数量时，则通过散热装置不同的位置和出力组合进行散热优化计算，计算的总次数为，其中，x1为所述散热装置的投入数量，为单位移动距离，l为可移动的最长距离，为单位可调出力，qmax为出力最大值。9.进一步的，进行散热优化计算时所确定的目标具体如下：；式中，为目标算子，和分别为需要进行散热的设备m和设备n的计算温度值。10.第二方面，本发明提供了一种变电站高压室温度调节优化系统，包括：发热计算单元，用于存储变电站室内存有的设备按运行时不同的发热原理所建立的对应的热源计算模型；获取各设备的运行参数，利用热源计算模型计算得到设备的表面温度分布；修正单元，用于对各设备的表面温度分布数据进行修正处理，以对温度与发热的滞后效应进行时间补偿；温度计算单元，用于将修正后的表面温度分布数据作为初始边界热源，进行散热计算，得到设备的计算温度值；目标算子构建单元，用于利用各设备的计算温度值构建用于进行温度调节优化的目标算子，目标算子中包括所有需要进行散热的设备所对应的计算温度值，需要进行散热的设备为修正后的表面温度分布数据大于设定阈值的设备；温度调节优化单元，用于建立室内的三维散热模型，三维散热模型中的散热装置沿线可移动分布；投入设定数量的散热装置，以散热装置的出力和/或位置作为变量，以满足目标算子和提高所有需要进行散热的设备的综合散热效果为目标，进行散热优化计算；将满足目标算子情况下综合散热效果最佳的散热装置出力和位置作为当前变电站室内的温度调节优化方案。11.进一步的，在修正单元中，记为设备m的表面温度分布，为设备n的表面温度分布，下标jc代表电磁感应发热类型，jl表示电流发热类型，x和y为设备坐标，t表示时刻，对各设备的表面温度分布数据进行修正处理，具体包括：将运行电流曲线图和计算温度曲线图的曲线峰值进行对应，计算相差的时间，记为；利用计算得到的时间差对各设备的表面温度分布进行修正，得到和；若或者，则将设备m或设备n的表面温度分布赋值为，为正常室温；记经过修正处理后的表面温度分布为或。12.进一步的，在温度计算单元中，计算温度值根据具体按照下式计算：；式中，表示空气密度，表示空气恒压热容，表示空气导热系数，为计算温度值，为空气流动速度、为散热功率、为边界热功率；根据计算温度值，将各设备的所述表面温度分布更新为：；式中，和分别为设备m和设备n经过修正处理后的表面温度分布，和分别为设备m和设备n的计算温度值，下标jc代表电磁感应发热类型，jl表示电流发热类型，x和y为设备坐标，t表示时刻，为用于进行修正处理的时间差。13.进一步的，在温度调节优化单元中，投入设定数量的散热装置后进行散热优化计算，具体包括：若需要进行散热的设备的数量不超过散热装置的投入数量时，则固定散热装置的位置，通过调节出力或固定散热装置的出力，通过调节位置来进行散热优化计算；若需要进行散热的设备的数量超过散热装置的投入数量时，则通过散热装置不同的位置和出力组合进行散热优化计算，计算的总次数为，其中，x1为所述散热装置的投入数量，为单位移动距离，l为可移动的最长距离，为单位可调出力，qmax为出力最大值。14.进一步的，在温度调节优化单元中，进行散热优化计算时所确定的目标具体如下：；式中，为目标算子，和分别为需要进行散热的设备m和设备n的计算温度值。15.综上，本发明提供了一种变电站高压室温度调节优化方法和系统，包括将变电站室内存有的设备按运行时不同的发热原理建立对应的热源计算模型并计算得到设备的表面温度分布；对各设备的表面温度分布数据进行修正处理；将修正后的数据作为初始边界热源，进行散热计算，得到设备的计算温度值；利用各设备的计算温度值构建用于进行温度调节优化的目标算子；建立室内的三维散热模型，三维散热模型中的散热装置沿线可移动分布；投入设定数量的散热装置，以散热装置的出力和/或位置作为变量，以满足目标算子和提高所有需要进行散热的设备的综合散热效果为目标，进行散热优化计算；将满足目标算子情况下综合散热效果最佳的散热装置出力和位置作为当前变电站室内的温度调节优化方案。本发明通过优化散热装置的分布和出力，从而达到考虑经济性因素下最佳的散热效果。附图说明16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。17.图1为本发明实施例提供的一种变电站高压室温度调节优化方法的流程示意图。具体实施方式18.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。19.请参阅图1，本发明实施例提供一种变电站高压室温度调节优化方法，包括如下步骤：s1：将变电站室内存有的设备按运行时不同的发热原理建立对应的热源计算模型。20.可以理解的是，高压室内存有的设备包括开关柜、串抗、电容等元件，不同的设备元件引起其发热的主要因素并不相同。因此，为了确定高压室内不同设备元件的发热情况，需要根据不同的发热原理建立不同的热源计算模型，从而较为准确的确定不同设备的发热情况。21.s2：获取各设备的运行参数，利用热源计算模型计算得到设备的表面温度分布。22.需要说明的是，计算设备发热时所使用的运行参数可以是设备的实时运行参数，也可以是预测参数。运行参数可以包括运行电流值、电压、功率等。23.此外还需通过变电站的环境监控系统获取变电站的气象数据，例如正常室温（）、湿度等。若外界环境对高压室影响较大，外界热源可以作为外部热源引入到后面计算过程中。24.此外根据设备的运行状态进行特别定义：例如设备的运行状态为检修、热备用、冷备用，此时电流为零，可以认为此时的温度值为正常室温值。25.若为运行中的设备，则将电流数值代入到热源计算模型中进行计算。26.s3：对各设备的表面温度分布数据进行修正处理，以对温度与发热的滞后效应进行时间补偿。27.需要说明的是，根据运行数据所计算得到的温度数据与实际设备发热之间存在滞后性。即考虑到温度值与电流传热的滞后效应，上述计算得到的表面温度稳态分布值，即该电流值计算得到的温度值，是经过一定修正时间对应的温度。因此，对于上述计算得到的表面温度分布需要进行时间修正。28.此外，也需要对部分异常的设备表面温度数据进行修正处理。29.s4：将修正后的表面温度分布数据作为初始边界热源，进行散热计算，得到设备的计算温度值。30.根据当前散热装置所提供的散热能力，将散热装置散热气流假设为层流流动，可以得到当前设备的散热温度，即计算温度值。31.s5：利用各设备的计算温度值构建用于进行温度调节优化的目标算子，目标算子中包括所有需要进行散热的设备所对应的计算温度值，需要进行散热的设备为修正后的表面温度分布数据大于设定阈值的设备。32.可以理解的是，目标算子为使所有需要进行散热的设备满足运行规程温度的一种条件。33.s6：建立室内的三维散热模型，三维散热模型中的散热装置沿线可移动分布。34.s7：投入设定数量的散热装置，以散热装置的出力和/或位置作为变量，以满足目标算子和提高所有需要进行散热的设备的综合散热效果为目标，进行散热优化计算。35.需要说明的是，目标算子中包括每个需要进行散热的设备对应的计算温度值，满足目标算子的条件即是单独针对每个设备使其计算温度值满足相关要求的条件。在此基础上，为了得到最优的温度调节优化方案，即散热装置的分布和出力设定，还结合所有设备的综合散热效果来确定最优的方案。36.s8：将满足目标算子情况下综合散热效果最佳的散热装置出力和位置作为当前变电站室内的温度调节优化方案。37.本发明实施例提供一种变电站高压室温度调节优化方法，包括将变电站室内存有的设备按运行时不同的发热原理建立对应的热源计算模型并计算得到设备的表面温度分布；对各设备的表面温度分布数据进行修正处理；将修正后的数据作为初始边界热源，进行散热计算，得到设备的计算温度值；利用各设备的计算温度值构建用于进行温度调节优化的目标算子；建立室内的三维散热模型，三维散热模型中的散热装置沿线可移动分布；投入设定数量的散热装置，以散热装置的出力和/或位置作为变量，以满足目标算子和提高所有需要进行散热的设备的综合散热效果为目标，进行散热优化计算；将满足目标算子情况下综合散热效果最佳的散热装置出力和位置作为当前变电站室内的温度调节优化方案。本实施例通过优化散热装置的分布和出力，从而达到考虑经济性因素下最佳的散热效果。38.在本发明可选的一个实施例中，将变电站高压室内的设备发热划分为电流发热和电磁感应发热两种类型。39.电流发热回路导体主要是焦耳产热，导体产生的焦耳热主要以热传导的方式，具体如下：；其中，e表示电场强度，v表示电势，表示电流发热元件的电流密度，d表示电位移，表示相对介电常数，表示真空介电常数，表示电导率，t表示时间，表示电流发热元件其它电流密度，表示密度，表示恒压热容，k表示导热系数，为电流发热元件计算温度值，p为压力，为速度，g为重力加速度，单位为si。40.同理，电磁感应发热元件发热模型：；其中，b表示磁感应强度，h表示磁场强度，表示相对磁导率，表示真空磁导率，a表示磁失势，表示电磁感应发热元件的电流密度，表示电磁感应发热元件其它电流密度，为电磁感应发热元件计算温度值，单位为si。41.通过获取设备的运行参数，可以计算得到设备的温度分布值，并将其作为设备表面温度分布：，为某m柜的表面温度分布；为某n柜的表面。42.在本发明的另一个实施例中，利用运行电流曲线图和计算温度曲线图，通过两者曲线的峰值对应，计算相差的时间，即为修正时间。修正后的温度分布为：、。另外，为了抑制某些异常数据出现，对于计算部分数值，则进行强制赋值为。43.最终修正处理后得到数据为：或。44.在本发明的又一个实施例中，将前述计算得到的或作为初始边界热源，考虑散热装置散热气流假设为层流流动，按照下式计算温度：；式中，表示空气密度，表示空气恒压热容，表示空气导热系数，为计算温度值，为空气流动速度、为散热功率、为边界热功率，单位为si。45.考虑散热装置计算得到，最终根据设备的实际位置坐标，更新设备表面温度为：。46.在本发明的再一个实施例中，提供一种采用参数化扫描的方法确定散热装置最佳分布和出力设定的方法。假设散热装置沿着线可移动分布（0~l）；假设投入x1台散热装置，散热装置出力可调（0~qmax）。采用参数化扫描的方法有三种选择，包括位置扫描法、出力扫描法和组合扫描法。47.其中，根据目标算子中目标数进行选择，当优化调节目标数≤x1时，则单一目标数至少对应一台散热装置，可以简单化的处理。采用出力扫描法或位置扫描法，固定散热装置位置在对应目标处，通过调节对应散热装置出力，或者固定散热装置出力，调节x1台散热装置的位置。通过不同出力或位置时，室内设备的综合散热效果可以得到当前情况下的散热装置出力或位置设定。48.当优化调节的目标数＞xl时，则采用组合扫描法。组合扫描法就是同时改变散热装置出力和位置，每次改变以设定步长进行。例如设定散热装置每次调整如下：；根据上述步长，可得到总计算次数为，其中，x1为所述散热装置的投入数量，为单位移动距离，l为可移动的最长距离，为单位可调出力，qmax为出力最大值。49.通过计算每个组合方式进行依次对比，最终选择某种组合下的室内设备满足当前要求。50.在本发明的又一个实施例中，确定最优温度调节优化方案的目标中，对于即使不使用散热装置仍不超阈值的开关柜，则不将其计入到目标计算中。反之，将计算得到温度的设备，根据运行规程可以设定=40℃，将此列为优化目标参数；构建目标算子如下，表示数据集合中，任一个数据都要小于设定值，即最高限值。结合室内的总和散热效果，选取优化的目标如下：；即为各设备温度要低于设定阈值，同时设备温度之和为最小值。51.以上是对本发明的一种变电站高压室温度调节优化方法的实施例进行的详细介绍，以下将对本发明的一种变电站高压室温度调节优化系统的实施例进行详细的介绍。52.本发明提供了一种变电站高压室温度调节优化系统，包括：发热计算单元，用于存储变电站室内存有的设备按运行时不同的发热原理所建立的对应的热源计算模型；获取各设备的运行参数，利用热源计算模型计算得到设备的表面温度分布；修正单元，用于对各设备的表面温度分布数据进行修正处理，以对温度与发热的滞后效应进行时间补偿；温度计算单元，用于将修正后的表面温度分布数据作为初始边界热源，进行散热计算，得到设备的计算温度值；目标算子构建单元，用于利用各设备的计算温度值构建用于进行温度调节优化的目标算子，目标算子中包括所有需要进行散热的设备所对应的计算温度值，需要进行散热的设备为修正后的表面温度分布数据大于设定阈值的设备；温度调节优化单元，用于建立室内的三维散热模型，三维散热模型中的散热装置沿线可移动分布；投入设定数量的散热装置，以散热装置的出力和/或位置作为变量，以满足目标算子和提高所有需要进行散热的设备的综合散热效果为目标，进行散热优化计算；将满足目标算子情况下综合散热效果最佳的散热装置出力和位置作为当前变电站室内的温度调节优化方案。53.进一步的，在修正单元中，记为设备m的表面温度分布，为设备n的表面温度分布，下标jc代表电磁感应发热类型，jl表示电流发热类型，x和y为设备坐标，t表示时刻，对各设备的表面温度分布数据进行修正处理，具体包括：将运行电流曲线图和计算温度曲线图的曲线峰值进行对应，计算相差的时间，记为；利用计算得到的时间差对各设备的表面温度分布进行修正，得到和；若或者，则将设备m或设备n的表面温度分布赋值为，为正常室温；记经过修正处理后的表面温度分布为或。54.进一步的，在温度计算单元中，计算温度值根据具体按照下式计算：；式中，表示空气密度，表示空气恒压热容，表示空气导热系数，为计算温度值，为空气流动速度、为散热功率、为边界热功率；根据计算温度值，将各设备的所述表面温度分布更新为：；式中，和分别为设备m和设备n经过修正处理后的表面温度分布，和分别为设备m和设备n的计算温度值，下标jc代表电磁感应发热类型，jl表示电流发热类型，x和y为设备坐标，t表示时刻，为用于进行修正处理的时间差。55.进一步的，在温度调节优化单元中，投入设定数量的散热装置后进行散热优化计算，具体包括：若需要进行散热的设备的数量不超过散热装置的投入数量时，则固定散热装置的位置，通过调节出力或固定散热装置的出力，通过调节位置来进行散热优化计算；若需要进行散热的设备的数量超过散热装置的投入数量时，则通过散热装置不同的位置和出力组合进行散热优化计算，计算的总次数为，其中，x1为所述散热装置的投入数量，为单位移动距离，l为可移动的最长距离，为单位可调出力，qmax为出力最大值。56.进一步的，在温度调节优化单元中，进行散热优化计算时所确定的目标具体如下：；式中，为目标算子，和分别为需要进行散热的设备m和设备n的计算温度值。57.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。









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