Оптимизация конструкции высоковольтного испытательного трансформатора

Рассмотрено решение задачи многокритериальной оптимизации конструкции высоковольтного испытательного трансформатора с помощью алгоритма NSGA-II. В качестве критериев оптимизации приняты масса активных материалов, потери и отношение емкости между первым и вторым слоем вторичной обмотки к емкости между предпоследним и последним слоями вторичной обмотки. Изложена методика расчета конструкции трансформатора, которая используется при оптимизации. Приведен пример оптимизации конструкции высоковольтного испытательного трансформатора. Показано, что применение алгоритма NSGA-II позволило существенно сократить массу активных материалов и потери в трансформаторе по сравнению с базовым вариантом, рассчитанным по традиционной методике.

1. Коровкин Н.В., Марков М.А. Оптимизация параметров турбогенератора твв-360 по векторному критерию. Известия Российской академии наук. Энергетика. 2020. № 4. С. 49-54.

2. Коровкин Н.В., Гулай С.Л., Верховцев Д.А. Оптимизация параметров гидрогенератора. Известия Российской академии наук. Энергетика. 2019. № 4. С. 42-50

3. Ковбаса В.Д., Коровкин Н.В. Минимизация отклонений напряжений узлов и потерь в энергосистеме на основе многокритериальной оптимизации. Изв. НТЦ Единой энергетической системы. 2023. № 2 (89). С. 31-38.

4. Ahmed M.K., Osman M.H., Korovkin N.V. Multiobjective optimization of power flow distribution in eps with res under minimum number of transformer’s on-load tap changing. Elektrichestvo. 2022. № 5. С. 10-20

5. Беляев Н.А., Гурьева А.Ю., Коровкин Н.В., Олейник Н.А. Формирование рациональной перспективной структуры ЕЭС России на основе мультикритериальной оптимизации. Изв. НТЦ Единой энергетической системы. 2024. № 1 (90). С. 5-19.

6. M. H. Hashemi, U. Kiliç and S. Dikmen, "Applications of Novel Heuristic Algorithms in Design Optimization of Energy-Efficient Distribution Transformer," in IEEE Access, vol. 11, pp. 15968-15980, 2023, doi: 10.1109/ACCESS.2023.3245327.

7. O. Olowu, H. Jafari, M. Moghaddami and A. I. Sarwat, "Multiphysics and Multiobjective Design Optimization of High-Frequency Transformers for Solid-State Transformer Applications," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 57, no. 1, pp. 1014-1023, Jan.-Feb. 2021, doi: 10.1109/TIA.2020.3035129.

8. K. Zhang, W. Chen, X. Cao, Z. Song, G. Qiao and L. Sun, "Optimization Design of High-Power High-Frequency Transformer Based on Multi-Objective Genetic Algorithm," 2018 IEEE International Power Electronics and Application Conference and Exposition (PEAC), Shenzhen, China, 2018, pp. 1-5, doi: 10.1109/PEAC.2018.8590371

9. S. Mohammed and R. A. Vural, "NSGA-II+FEM Based Loss Optimization of Three-Phase Transformer," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 9, pp. 7417-7425, Sept. 2019, doi: 10.1109/TIE.2018.2881935.

10. K. Deb, A. Pratap, S. Agarwal and T. Meyarivan, "A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II," in IEEE Transactions on Evolutionary Computation, vol. 6, no. 2, pp. 182-197, April 2002, doi: 10.1109/4235.996017

11. Ding, C. Yang and B. Xiong, "Multi-Objective Optimal Design of Traction Transformer Using Improved NSGA-II," 2021 24th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), Gyeongju, Korea, Republic of, 2021, pp. 1470-1474, doi: 10.23919/ICEMS52562.2021.9634516.

12. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. Учебное пособие для вузов. М: Энергия. 1974, 544 с.

13. Г.Н. Петров. Электрические машины. Часть первая. Введение. Трансформаторы. М: Энергия. 1974, 240 с.

14. Калинин Е.В. Моделирование потерь в шихтованных сердечниках силовых трансформаторов//Интеллектуальная электротехника.-2020-№1(9).-С.52-68.

15. Wang K. et al. Fast Calculation Method of Magnetic field in Transformer Core Based on Magnetic Circuit Modeling //Annual Conference of China Electrotechnical Society. – Singapore: Springer Nature Singapore, 2023. – С. 604-616.

16. L. Lu, Y. Che, X. Wu, G. Li, Z. Yang and L. Zhu, "Magnetic Field Calculation of Distribution Transformer with Finite Element Method," 2021 IEEE International Conference on Emergency Science and Information Technology (ICESIT), Chongqing, China, 2021, pp. 585-588, doi: 10.1109/ICESIT53460.2021.9696770.

17. Sakhno L. I. et al. Transformer under load condition: comparison of FEA and equivalent circuit analysis //Тезисы доклада на XXV международном симпозиуме « Электромагнитные явления в нелинейных цепях » 2018. – Т. 26. – С. 18-28.

18. L. Sakhno O. Sakhno, E. Kharlamova Calculation and Measurement of the Magnetic Flux in the Magnetic Core of Welding Transformers International Journal of Applied Engineering Research (IJAER), 2016, vol.11, No.22, pp. 11055-11059

19. P. Zhihua et al., "Three-dimensional Leakage Magnetic Field Simulation and Short-circuit Impedance Calculation of Large Yoke Transformer," 2021 International Conference on Intelligent Computing, Automation and Systems (ICICAS), Chongqing, China, 2021, pp. 479-482, doi: 10.1109/ICICAS53977.2021.00105.

20. Сахно Л.И., Парамонов Е.Д., Сахно О.И., Кочеткова Е.Ю., Миневич Т.Г. Выбор аналитического метода расчета индуктивности рассеяния при оптимизации конструкции высоковольтного испытательного трансформатора. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2024;26(6):81-93. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2024-26-6-81-93

21. Усачев А.Е. Испытательные и электрофизические установки высокого напряжения: получение высоких напряжений: учеб. пособие / А.Е. Усачев. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2014. – 103 с.