本发明涉及变压器设计技术领域，具体涉及一种电抗器铁心损耗计算方法和装置。
背景技术：
电抗器广泛应用于电力系统中，主要功能是限制系统的大电流和补偿系统的分布电容电流。对于电抗器而言，铁心损耗计算的准确与否一直是设计的难题，尤其是三相五柱式铁心结构，磁路相对复杂，影响因素较多，主轭、旁轭、旁柱磁场分布也各不相同，并存在谐波分量。通过传统手工准确计算铁心损耗相对困难。在试验方面，因与变压器设备不同，电抗器为一端子元件，不能进行空载试验，在试验时只能测得总的损耗，所有损耗包含在内，无法分离，使得产品的铁心损耗、杂散损耗不能得到准确校核，进而可能导致损耗设计值与实际值偏差较大。因此，如何准确计算三相五柱式铁心结构电抗器铁心损耗，对工程设计人员设计验证、研究及提高产品性能可靠性，保证电抗器安全、稳定运行具有重大意义。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供一种电抗器铁心损耗计算方法和装置，以实现电抗器的铁心损耗计算。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种电抗器铁心损耗计算方法，包括：
获取待测电抗器的电磁仿真计算模型；
采用有限元磁场数值计算对所述电抗器的电磁仿真计算模型求解计算，得到所述电抗器的磁场分布；
基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗；
基于所述电抗器的铁心结构尺寸数据计算得到所述电抗器的主轭、旁轭以及旁柱有效截面积；
基于与所述电抗器相匹配的等效平面磁路网络，搭建磁通瞬时方程组；
求解磁通瞬时方程组，推导出旁轭磁通随时间变化的函数关系式；
基于旁轭磁通随时间变化的函数关系式建立目标函数
基于所述目标函数计算得到旁轭磁密值和旁柱磁密值随时间变化的函数关系式；
基于旁轭及旁柱磁密值随时间变换的函数关系式、旁轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻以及所述目标函数，计算得到电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值；
计算所述主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值中的n次谐波分量的峰值，所述n次谐波包括但不限于：基波、三次谐波和五次谐波；
基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值及总损耗值；
将所述旁轭、主轭、旁柱的总损耗值以及铁芯饼损耗之和作为电抗器总的铁心损耗值。
可选的，上述电抗器铁心损耗计算方法中，基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗，包括：
基于所述电抗器的磁场分布采集所述电抗器上的铁芯饼上的预设采集点的磁密值；
基于每个采集点的磁密值计算得到每个采集点的磁通；
将每个铁心饼对应的所有采集点的单位磁通求和后，除以铁心饼有效截面积，得到该铁心饼的平均磁密值；
基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出该铁心饼单位损耗值δp(bci)，进而得出铁心总损耗pc。
可选的，上述电抗器铁心损耗计算方法中，所述电抗器为三相五柱式铁心结构电抗器，所述磁通瞬时方程为：
其中：ra(t)、rb(t)、rc(t)分别为t时刻时a、b、c三相铁心柱磁阻；fa(t)、fb(t)、fc(t)分别为t时刻时a、b、c三相磁压源，所述φ1(t)、φ3(t)、φ4(t)分别为t时刻等效平面磁路网络各回路磁通。
可选的，上述电抗器铁心损耗计算方法中，旁轭磁通随时间变化的函数关系式为：
可选的，上述电抗器铁心损耗计算方法中，基于所述旁轭磁密值和旁柱磁密值随时间变化的函数关系式分别为：
其中，所述电抗器旁柱有效截面积，所述be1(t)为电抗器旁轭在t时刻的磁密值，所述bz(t)为电抗器旁柱在t时刻的磁密值。
可选的，上述电抗器铁心损耗计算方法中，所述基于旁轭及旁柱磁密值随时间变换的函数关系式、轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻以及所述目标函数，计算得到电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值，包括：
照给定的硅钢片b—μ关系函数(硅钢片的磁密与磁导率关系函数)，求解不同磁路磁导率，进而计算旁轭磁阻re1(t),主轭磁阻re2(t),旁柱磁阻rz(t)及铁心接缝夹角处磁阻rj(t),：
其中，所述sz指的是电抗器旁柱有效截面积，所述μe1指的是旁轭磁导率，μe2指的是主轭磁导率μj指的是铁心接缝夹角处磁导率μz指的是旁柱磁导率，mp指的是铁心中心至旁柱内侧距离，ts指的是旁柱厚度，hp指的是上、下铁轭厚度，所述hw指的是窗高。
将每个部分磁阻代入目标函数f(t)电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值。
可选的，上述电抗器铁心损耗计算方法中，所述基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值及总损耗值，包括：
按照给定的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭单位损耗值δp(maxbe1j)、主轭单位损耗值δp(maxbe2j)、旁柱单位损耗值δp(maxbzj)及旁轭总损耗值pe1、主轭总损耗值pe2、旁柱总损耗值pz：
其中：ge1为旁轭重量、gz为旁柱重量、ge2为主轭重量。
一种电抗器铁心损耗计算装置，包括：
铁芯饼损耗计算单元，用于获取待测电抗器的电磁仿真计算模型；采用有限元磁场数值计算对所述电抗器的电磁仿真计算模型求解计算，得到所述电抗器的磁场分布；基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗；
铁轭损耗计算单元，用于基于所述电抗器的铁心结构尺寸数据计算得到所述电抗器的主轭、旁轭以及旁柱有效截面积；基于与所述电抗器相匹配的等效平面磁路网络，搭建磁通瞬时方程组；求解磁通瞬时方程组，推导出旁轭磁通随时间变化的函数关系式；基于旁轭磁通随时间变化的函数关系式建立目标函数
铁芯损耗计算单元，用于将所述旁轭、主轭、旁柱的总损耗值以及铁芯饼损耗之和作为电抗器总的铁心损耗值。
可选的，上述电抗器铁心损耗计算装置中，铁芯饼损耗计算单元在基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗时，具体用于：
基于所述电抗器的磁场分布采集所述电抗器上的铁芯饼上的预设采集点的磁密值；
基于每个采集点的磁密值计算得到每个采集点的磁通；
将每个铁心饼对应的所有采集点的单位磁通求和后，除以铁心饼有效截面积，得到该铁心饼的平均磁密值；
基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出该铁心饼单位损耗值δp(bci)，进而得出铁心总损耗pc。
可选的，上述电抗器铁心损耗计算装置中，所述电抗器为三相五柱式铁心结构电抗器，所述磁通瞬时方程为：
其中：ra(t)、rb(t)、rc(t)分别为t时刻时a、b、c三相铁心柱磁阻；fa(t)、fb(t)、fc(t)分别为t时刻时a、b、c三相磁压源，所述φ1(t)、φ3(t)、φ4(t)分别为t时刻等效平面磁路网络各回路磁通。
可选的，上述电抗器铁心损耗计算装置中，旁轭磁通随时间变化的函数关系式为：
可选的，上述电抗器铁心损耗计算装置中，基于所述旁轭磁密值和旁柱磁密值随时间变化的函数关系式分别为：
其中，所述电抗器旁柱有效截面积，所述be1(t)为电抗器旁轭在t时刻的磁密值，所述bz(t)为电抗器旁柱在t时刻的磁密值。
可选的，上述电抗器铁心损耗计算装置中，所述铁轭损耗计算单元在基于旁轭及旁柱磁密值随时间变换的函数关系式、轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻以及所述目标函数，计算得到电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值时，具体用于：
照给定的硅钢片b—μ关系函数，求解不同磁路磁导率，进而计算旁轭磁阻re1(t),主轭磁阻re2(t),旁柱磁阻rz(t)及铁心接缝夹角处磁阻rj(t),：
将每个部分磁阻代入目标函数f(t)电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值；
其中，所述sz指的是电抗器旁柱有效截面积，所述μe1指的是旁轭磁导率，μe2指的是主轭磁导率μj指的是铁心接缝夹角处磁导率μz指的是旁柱磁导率，mp指的是铁心中心至旁柱内侧距离，ts指的是旁柱厚度，hp指的是上、下铁轭厚度，所述hw指的是窗高。
可选的，上述电抗器铁心损耗计算装置中，所述基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值及总损耗值，包括：
按照给定的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭单位损耗值δp(maxbe1j)、主轭单位损耗值δp(maxbe2j)、旁柱单位损耗值δp(maxbzj)及旁轭总损耗值pe1、主轭总损耗值pe2、旁柱总损耗值pz：
其中：ge1为旁轭重量、gz为旁柱重量、ge2为主轭重量。
基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述方案，在本申请实施例公开的方案中，本发明在电抗器的铁芯饼损耗损耗计算时，采用有限元数值计算方法计算出待测电抗器的电磁仿真计算模型的磁场分布，基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗。在进行铁轭损耗计算时，基于与所述电抗器相匹配的等效平面磁路网络，搭建磁通瞬时方程组，求解磁通瞬时方程组，推导出旁轭磁通随时间变化的函数关系式，基于旁轭磁通随时间变化的函数关系式建立目标函数，基于所述目标函数计算得到旁轭磁密值和旁柱磁密值随时间变化的函数关系式，基于旁轭及旁柱磁密值随时间变换的函数关系式、旁轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻以及所述目标函数，计算得到电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值；计算所述主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值中的n次谐波分量的峰值，所述n次谐波包括但不限于：基波、三次谐波和五次谐波；最终基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值及总损耗值。
附图说明
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的电抗器铁心损耗计算方法的流程示意图；
图2为本申请实施例示出的电抗器的电磁仿真计算模型；
图3为本申请实施例公开的铁芯饼损耗的具体计算流程示意图；
图4为三相五柱式铁心电抗器的结构示意图；
图5为三相五柱式铁心电抗器的等效平面磁路网络的结构示意图；
图6为本申请实施例公开的电抗器铁心损耗计算装置的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在此背景下，发明人提出一种电抗器铁心损耗计算方法，即通过搭建磁通瞬时方程组、建立目标函数，运用循环迭代、线性插值、傅里叶级数分解等求解方法进行铁轭损耗计算；采用有限元磁场数值计算，得到电抗器磁场分布，并运用预设的数据处理程序实现数据采集及处理，最终求得各个铁心饼损耗。此外，考虑工艺系数的影响，根据实际情况进行损耗修正使得铁心损耗计算更准确。
具体的，参见图1，本申请实施例公开的电抗器铁心损耗计算方法，可以包括：心柱损耗计算和铁轭损耗计算；
其中，所述心柱损耗计算又称为铁芯饼损耗计算，该计算包括：
步骤s101：获取待测电抗器的电磁仿真计算模型；
在本申请实施例公开的技术方案中，所述电抗器可以为三相五柱式铁心结构的电抗器，或其他结构的电抗器。
本步骤主要是电抗器数值计算模型建立和材料属性设置。
在本步骤中，根据电抗器的结构特点和对称性，求解区域可取铁心对称中心剖面的二分之一。按照电抗器铁心以及线圈的实际尺寸，建立轴对称的电磁仿真计算模型，如图2所示。在建立模型时，需通过材料编辑器定义电抗器的铁心材料、导线材料。
步骤s102：采用有限元磁场数值计算对所述电抗器的电磁仿真计算模型求解计算，得到所述电抗器的磁场分布；
在本步骤中，采用场-路耦合法，基于所述电磁仿真计算模型搭建电路连接图，通过搭建的电路连接图，将电磁场方程和外部电源组成的连接电路方程耦合起来，按二维非线性时谐场求解计算，得到与所述电抗器的电磁仿真计算模型相匹配的磁场分布。
步骤s103：基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗；
在本步骤中，在计算得到电抗器的磁场分布后，基于所述电抗器的磁场分布可计算得到电抗器中各个铁芯饼损耗，具体的，参见图3，铁芯饼损耗的计算过程可以包括：
步骤s201：基于所述电抗器的磁场分布采集所述电抗器上的铁芯饼上的预设采集点的磁密值；
在本步骤中，将电抗器中的单个铁心饼作为一个单元，选取一条路径，以一定步长设置采集点，分别提取每个铁心饼上的每个采集点的磁密值。采集点设置越多，计算越精确，例如，在本方案中可以将电抗器每个铁心饼的中间高度位置作为原点，沿x轴方向从铁心内半径rn至铁心外半径rw作为一条路径，该路径穿过所述原点。以铁心内径rn远离原点一侧0.5δδ处作为起点，一定长度δδ作为步长设置多个采集点，基于磁场分布提取每个采集点的磁密值bij。
步骤s202：基于每个采集点的磁密值计算得到每个采集点的磁通；
在本步骤中，对各个采集点的磁密值进行处理，将每个采集点提取的磁密值乘以相应的单元面积，即可得到该采集点单位磁通。具体的，将第i个铁心饼的第j个采集点提取的磁密值bij乘以第j个单元面积，即可得到该采集点单位磁通δφij,即，δφij＝bij*2π*(rn (j-1)*δδ 0.5δδ)*δδ，其中，所述2π*(rn (j-1)*δδ 0.5δρg)*δρδ为第j个采集点的单元面积。
步骤s203：将每个铁心饼对应的所有采集点的单位磁通δφij求和后，除以铁心饼有效截面积sc，即可得到该铁心饼的平均磁密值bci；
即，
步骤s204：基于预设的硅钢片b—p函数关系(硅钢片的磁密与单位铁损函数关系)，利用插值法求出该铁心饼单位损耗值δp(bci)，进而得出铁心总损耗pc；
在本步骤中，获取到铁心饼的平均磁密值bci以后，基于预设的硅钢片b—p函数关系曲线，利用插值法求出该铁心饼单位损耗值δp(bci)，进而得出铁心总损耗pc，
在本方案中，铁轭损耗计算计算过程包括：
步骤s104：基于所述电抗器的铁心结构尺寸数据计算得到所述电抗器的主轭、旁轭以及旁柱有效截面积；
本步骤中，基于已知的电抗器的铁心结构尺寸数据可以计算得到电抗器的主轭有效截面积sp、旁轭有效截面积sp、旁柱有效截面积sz。并且，一般情况下，对于电抗器的旁轭有效截面积与主轭有效截面积相同。
步骤s105：基于与所述电抗器相匹配的等效平面磁路网络，搭建磁通瞬时方程；
在本步骤中，假设电抗器的铁心柱中磁通按照正弦交变、三相磁通是对称的。即a相、b相、c相铁轭总磁通φa、φb、φc的瞬时值为：φa＝φmsin(wt)，φb＝φmsin(wt-120)，φc＝φmsin(wt 120)，其中，φm为铁轭的总磁通最大值。则根据电抗器结构和磁路特点，建立电抗器的等效平面磁路网络，以三相五柱式铁心电抗器为例，所述三相五柱式铁心电抗器的结构如图4所示，据三相五柱式铁心电抗器的结构和磁路特点，建立的等效平面磁路网络如图5所示。
建立所述等效平面磁路网络以后，采用瞬时分析的方法，将流过铁心中的基波进行n等分，对每一时间段运用磁路基本定律，所述电抗器为三相五柱式铁心结构电抗器，如图5所示，根据所述等效平面磁路网络，搭建任意t时刻的磁通瞬时方程组，即为磁通瞬时方程。
搭建好的磁通瞬时方程组为：
其中：ra(t),rb(t),rc(t)分别为t时刻时a、b、c三相铁心柱磁阻；re1(t),re2(t),rj(t),rz(t)分别为t时刻旁轭、主轭、铁心接缝夹角处及旁柱磁阻，fa(t),fb(t),fc(t)分别为t时刻时a、b、c三相磁压源，所述φ1(t)、φ3(t)、φ4(t)分别为t时刻等效平面磁路网络各回路磁通，其中φ1(t)具体为t时刻等效平面磁路网络的旁轭回路磁通。
步骤s106：求解磁通瞬时方程组，推导出旁轭磁通随时间变化的函数关系式；
在本步骤中，对所述磁通瞬时方程组求解，由三相磁通对称原则，可得出任意t时刻的旁轭磁通函数φ1(t)：
步骤s107：基于旁轭磁通随时间变化的函数关系式建立目标函数f(t)＝φmsinwt-φ1(t)-φ2(t)，其中，φ2(t)为电抗器的主轭磁通，φ1(t)为电抗器的旁轭磁通，φm为电抗器的铁轭的总磁通最大值；
由磁路特点，铁轭总磁通由主轭磁通φ2(t)和旁轭磁通φ1(t)组成，以此建立目标函数f(t)：
f(t)＝φmsinwt-φ1(t)-φ2(t)，进一步的
磁密值磁密值磁密值磁密值磁密值磁密值磁密值
步骤s108：基于所述目标函数计算得到旁轭磁密值和旁柱磁密值随时间变化的函数关系式；
在电抗器中，由于流过旁轭的磁通为总磁通减去主轭磁通，可推导出旁轭磁密值be1(t)及旁柱磁密值bz(t)随时间变换的函数关系式：
步骤s109：计算电抗器的旁轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻；
在电抗器中，由于受硅钢片磁化曲线的影响，电抗器中的各部分磁阻也随时间t的变化，形成非线性磁阻。在t时刻，按照预先给定的硅钢片b—μ关系函数，可求解电抗器中不同磁路磁导率，进而计算出旁轭磁阻re1(t)、主轭磁阻re2(t)、旁柱磁阻rz(t)及铁心接缝夹角处磁阻rj(t)，具体的：
步骤s110：基于旁轭及旁柱磁密值随时间变换的函数关系式、旁轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻以及所述目标函数，计算得到电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值；
具体的，在执行本步骤是，可以预先判断所述目标函数的可靠性，在判断所述目标函数的可靠性时，通过以下方式进行：
将求得的每个部分磁阻(旁轭磁阻re1(t)、主轭磁阻re2(t)、旁柱磁阻rz(t)及铁心接缝夹角处磁阻rj(t))代入所述目标函数f(t)，首先对t时刻主轭磁密值be2(t)进行初始化，校核所述目标函数f(t)＝0是否成立，如不满足要求，重新修正主轭磁密值be2(t)，然后返回步骤s108重新计算，不断循环迭代，直到找到合适的主轭磁密值be2(t)，该值即为该t时刻的主轭磁密值，也可得出旁轭t时刻磁密值、以及旁柱t时刻磁密值。
步骤s111：计算所述主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值中的n次谐波分量的峰值，所述n次谐波包括但不限于：基波、三次谐波和五次谐波；
计算得到电抗器的铁轭(主轭、旁轭、旁柱)在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值以后，上步骤得到不同时间的磁密值，由于铁轭中含有谐波分量，为了精确计算铁轭损耗，可以利用傅里叶级数求解，将t时刻的主轭磁密值，也可得出旁轭t时刻磁密值、以及旁柱t时刻磁密值主要谐波分量(基波、三次谐波、五次谐波)下磁密值分离出来，并求解各谐波分量下的磁密值峰值，具体的：
其中：maxbe11、maxbz1、maxbe21分别为旁轭、主轭及旁柱的基波磁密值峰值t；maxbe13、maxbz3、maxbe23分别为旁轭、主轭及旁柱的三次谐波下磁密值峰值t；maxbe15、maxbz5、maxbe25分别为旁轭、主轭及旁柱的五次谐波下磁密值峰值t；
步骤s112：基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值及总损耗值；
在本步骤中，当计算得到主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值中的n次谐波分量的峰值以后，按照给定的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值δp(maxbe1j)、δp(maxbe2j)、δp(maxbzj)及总损耗值pe1、pe2、pz，具体的：
其中：ge1、gz、ge2分别为旁轭、旁柱、主轭的重量。
步骤s113：将所述旁轭、主轭、旁柱的总损耗值以及铁芯饼损耗之和作为电抗器总的铁心损耗值；
本步骤中，将以上求出的铁心损耗pc、旁轭损耗pe1、旁柱损耗pe2及旁柱损耗pz之和，即得到总的铁心损耗。
在本申请实施例公开的方案中，本发明在电抗器的铁芯饼损耗损耗计算时，采用有限元数值计算方法计算出待测电抗器的电磁仿真计算模型的磁场分布，基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗。在进行铁轭损耗计算时，基于与所述电抗器相匹配的等效平面磁路网络，搭建磁通瞬时方程组，求解磁通瞬时方程组，推导出旁轭磁通随时间变化的函数关系式，基于旁轭磁通随时间变化的函数关系式建立目标函数，基于所述目标函数计算得到旁轭磁密值和旁柱磁密值随时间变化的函数关系式，基于旁轭及旁柱磁密值随时间变换的函数关系式、旁轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻以及所述目标函数，计算得到电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值；计算所述主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值中的n次谐波分量的峰值，所述n次谐波包括但不限于：基波、三次谐波和五次谐波；最终基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值及总损耗值。
在电抗器中，由于旁轭、主轭磁通是周期函数，但并不是正弦交变磁通，说明铁轭中的磁通并不是只含有基波的正弦波磁通，还含有谐波分量。因此，在本方案中，为了精确计算铁轭损耗，因为旁轭、主轭磁通是周期性函数，所以可以将主轭、旁轭及旁柱磁密值展开为一个收敛的傅里叶级数。再运用傅里叶求解，得到不同谐波下(基波、三次谐波、五次谐波)磁密值峰值，进而得到单位损耗，最终得到铁心损耗。
在实际工程中，铁心接缝形式、铁心搭接宽度、每叠片数、铁心接缝大小、铁心夹紧程度不同，会影响磁通分布不均匀。在生产制造时，铁心硅钢片在剪切、叠装、压紧、磕碰过程中，硅钢片的磁化性能会受到影响，磁化曲线数据也会发生一定的变化。这些因素都会影响磁路中各段磁阻大小的变化。因此需根据实际生产的情况并通过试验进行统计，在计算铁心损耗时，采用与之匹配的电抗器参数。
本实施例中公开了一种电抗器铁心损耗计算装置，装置中的各个单元的具体工作内容，请参见上述方法实施例的内容，下面对本发明实施例提供的电抗器铁心损耗计算装置进行描述，下文描述的电抗器铁心损耗计算装置与上文描述的电抗器铁心损耗计算方法可相互对应参照。
参见图6，该装置可以包括铁芯饼损耗计算单元100、铁轭损耗计算单元200和铁芯损耗计算单元300；
铁芯饼损耗计算单元100，用于获取待测电抗器的电磁仿真计算模型；采用有限元磁场数值计算对所述电抗器的电磁仿真计算模型求解计算，得到所述电抗器的磁场分布；基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗；
铁轭损耗计算单元200，用于基于所述电抗器的铁心结构尺寸数据计算得到所述电抗器的主轭、旁轭以及旁柱有效截面积；基于与所述电抗器相匹配的等效平面磁路网络，搭建磁通瞬时方程组；求解磁通瞬时方程组，推导出旁轭磁通随时间变化的函数关系式；基于旁轭磁通随时间变化的函数关系式建立目标函数
铁芯损耗计算单元300，用于将所述旁轭、主轭、旁柱的总损耗值以及铁芯饼损耗之和作为电抗器总的铁心损耗值。
与上述方法相对应，所述铁芯饼损耗计算单元100在基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗时，具体用于：
基于所述电抗器的磁场分布采集所述电抗器上的铁芯饼上的预设采集点的磁密值；
基于每个采集点的磁密值计算得到每个采集点的磁通；
将每个铁心饼对应的所有采集点的单位磁通求和后，除以铁心饼有效截面积，得到该铁心饼的平均磁密值；
基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出该铁心饼单位损耗值δp(bci)，进而得出铁心总损耗pc。
与上述方法相对应，所述铁轭损耗计算单元在基于旁轭及旁柱磁密值随时间变换的函数关系式、轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻以及所述目标函数，计算得到电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值时，具体用于：
照给定的硅钢片b—μ关系函数，求解不同磁路磁导率，进而计算旁轭磁阻re1(t),主轭磁阻re2(t),旁柱磁阻rz(t)及铁心接缝夹角处磁阻rj(t),：
将每个部分磁阻代入目标函数f(t)电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值；
其中，所述sz指的是电抗器旁柱有效截面积，所述μe1指的是旁轭磁导率，μe2指的是主轭磁导率μj指的是铁心接缝夹角处磁导率μz指的是旁柱磁导率，mp指的是铁心中心至旁柱内侧距离，ts指的是旁柱厚度，hp指的是上、下铁轭厚度，所述hw指的是窗高。
与上述方法相对应，所述基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值及总损耗值，包括：
按照给定的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭单位损耗值δp(maxbe1j)、主轭单位损耗值δp(maxbe2j)、旁柱单位损耗值δp(maxbzj)及旁轭总损耗值pe1、主轭总损耗值pe2、旁柱总损耗值pz：
其中：ge1为旁轭重量、gz为旁柱重量、ge2为主轭重量。
为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种电抗器铁心损耗计算方法，其特征在于，包括：
获取待测电抗器的电磁仿真计算模型；
采用有限元磁场数值计算对所述电抗器的电磁仿真计算模型求解计算，得到所述电抗器的磁场分布；
基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗；
基于所述电抗器的铁心结构尺寸数据计算得到所述电抗器的主轭、旁轭以及旁柱有效截面积；
基于与所述电抗器相匹配的等效平面磁路网络，搭建磁通瞬时方程组；
求解磁通瞬时方程组，推导出旁轭磁通随时间变化的函数关系式；
基于旁轭磁通随时间变化的函数关系式建立目标函数
基于所述目标函数计算得到旁轭磁密值和旁柱磁密值随时间变化的函数关系式；
基于旁轭及旁柱磁密值随时间变换的函数关系式、旁轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻以及所述目标函数，计算得到电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值；
计算所述主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值中的n次谐波分量的峰值，所述n次谐波包括但不限于：基波、三次谐波和五次谐波；
基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值及总损耗值；
将所述旁轭、主轭、旁柱的总损耗值以及铁芯饼损耗之和作为电抗器总的铁心损耗值。
2.根据权利要求1所述的电抗器铁心损耗计算方法，其特征在于，基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗，包括：
基于所述电抗器的磁场分布采集所述电抗器上的铁芯饼上的预设采集点的磁密值；
基于每个采集点的磁密值计算得到每个采集点的磁通；
将每个铁心饼对应的所有采集点的单位磁通求和后，除以铁心饼有效截面积，得到该铁心饼的平均磁密值；
基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出该铁心饼单位损耗值δp(bci)，进而得出铁心总损耗pc。
3.根据权利要求2所述的电抗器铁心损耗计算方法，其特征在于，所述电抗器为三相五柱式铁心结构电抗器，所述磁通瞬时方程为：
其中：ra(t)、rb(t)、rc(t)分别为t时刻时a、b、c三相铁心柱磁阻；fa(t)、fb(t)、fc(t)分别为t时刻时a、b、c三相磁压源，所述φ1(t)、φ3(t)、φ4(t)分别为t时刻等效平面磁路网络各回路磁通。
4.根据权利要求3所述的电抗器铁心损耗计算方法，其特征在于，旁轭磁通随时间变化的函数关系式为：
5.根据权利要求4所述的电抗器铁心损耗计算方法，其特征在于，基于所述旁轭磁密值和旁柱磁密值随时间变化的函数关系式分别为：
其中，所述电抗器旁柱有效截面积，所述be1(t)为电抗器旁轭在t时刻的磁密值，所述bz(t)为电抗器旁柱在t时刻的磁密值。
6.根据权利要求5所述的电抗器铁心损耗计算方法，其特征在于，所述基于旁轭及旁柱磁密值随时间变换的函数关系式、轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻以及所述目标函数，计算得到电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值，包括：
照给定的硅钢片b—μ关系函数，求解不同磁路磁导率，进而计算旁轭磁阻re1(t),主轭磁阻re2(t),旁柱磁阻rz(t)及铁心接缝夹角处磁阻rj(t),：
其中，所述sz指的是电抗器旁柱有效截面积，所述μe1指的是旁轭磁导率，μe2指的是主轭磁导率μj指的是铁心接缝夹角处磁导率μz指的是旁柱磁导率，mp指的是铁心中心至旁柱内侧距离，ts指的是旁柱厚度，hp指的是上、下铁轭厚度，所述hw指的是窗高
将每个部分磁阻代入目标函数f(t)电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值。
7.根据权利要求6所述的电抗器铁心损耗计算方法，其特征在于，所述基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值及总损耗值，包括：
按照给定的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭单位损耗值δp(maxbe1j)、主轭单位损耗值δp(maxbe2j)、旁柱单位损耗值δp(maxbzj)及旁轭总损耗值pe1、主轭总损耗值pe2、旁柱总损耗值pz：
其中：ge1为旁轭重量、gz为旁柱重量、ge2为主轭重量。
8.一种电抗器铁心损耗计算装置，其特征在于，包括：
铁芯饼损耗计算单元，用于获取待测电抗器的电磁仿真计算模型；采用有限元磁场数值计算对所述电抗器的电磁仿真计算模型求解计算，得到所述电抗器的磁场分布；基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗；
铁轭损耗计算单元，用于基于所述电抗器的铁心结构尺寸数据计算得到所述电抗器的主轭、旁轭以及旁柱有效截面积；基于与所述电抗器相匹配的等效平面磁路网络，搭建磁通瞬时方程组；求解磁通瞬时方程组，推导出旁轭磁通随时间变化的函数关系式；基于旁轭磁通随时间变化的函数关系式建立目标函数
铁芯损耗计算单元，用于将所述旁轭、主轭、旁柱的总损耗值以及铁芯饼损耗之和作为电抗器总的铁心损耗值。
9.根据权利要求8所述的电抗器铁心损耗计算装置，其特征在于，铁芯饼损耗计算单元在基于所述电抗器的磁场分布提取得到所述电抗器中各个铁芯饼损耗时，具体用于：
基于所述电抗器的磁场分布采集所述电抗器上的铁芯饼上的预设采集点的磁密值；
基于每个采集点的磁密值计算得到每个采集点的磁通；
将每个铁心饼对应的所有采集点的单位磁通求和后，除以铁心饼有效截面积，得到该铁心饼的平均磁密值；
基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出该铁心饼单位损耗值δp(bci)，进而得出铁心总损耗pc。
10.根据权利要求9所述的电抗器铁心损耗计算装置，其特征在于，所述电抗器为三相五柱式铁心结构电抗器，所述磁通瞬时方程为：
其中：ra(t)、rb(t)、rc(t)分别为t时刻时a、b、c三相铁心柱磁阻；fa(t)、fb(t)、fc(t)分别为t时刻时a、b、c三相磁压源，所述φ1(t)、φ3(t)、φ4(t)、分别为t时刻等效平面磁路网络各回路磁通。
11.根据权利要求10所述的电抗器铁心损耗计算装置，其特征在于，旁轭磁通随时间变化的函数关系式为：
12.根据权利要求11所述的电抗器铁心损耗计算装置，其特征在于，基于所述旁轭磁密值和旁柱磁密值随时间变化的函数关系式分别为：
其中，所述电抗器旁柱有效截面积，所述be1(t)为电抗器旁轭在t时刻的磁密值，所述bz(t)为电抗器旁柱在t时刻的磁密值。
13.根据权利要求12所述的电抗器铁心损耗计算装置，其特征在于，所述铁轭损耗计算单元在基于旁轭及旁柱磁密值随时间变换的函数关系式、轭磁阻、主轭磁阻、旁柱磁阻、及铁心接缝夹角处磁阻以及所述目标函数，计算得到电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值时，具体用于：
照给定的硅钢片b—μ关系函数，求解不同磁路磁导率，进而计算旁轭磁阻re1(t),主轭磁阻re2(t),旁柱磁阻rz(t)及铁心接缝夹角处磁阻rj(t),：
将每个部分磁阻代入目标函数f(t)电抗器在不同时刻下的主轭磁密值、旁轭磁密值、旁柱磁密值；
其中，所述sz指的是电抗器旁柱有效截面积，所述μs1指的是旁轭磁导率，μs2指的是主轭磁导率μj指的是铁心接缝夹角处磁导率μz指的是旁柱磁导率，mp指的是铁心中心至旁柱内侧距离，ts指的是旁柱厚度，hp指的是上、下铁轭厚度，所述hw指的是窗高。
14.根据权利要求13所述的电抗器铁心损耗计算装置，其特征在于，所述基于预设的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭、主轭、旁柱单位损耗值及总损耗值，包括：
按照给定的硅钢片b—p函数关系，利用插值法求出不同谐波下旁轭单位损耗值δp(maxbe1j)、主轭单位损耗值δp(maxbe2j)、旁柱单位损耗值δp(maxbzj)及旁轭总损耗值pe1、主轭总损耗值pe2、旁柱总损耗值pz：
其中：ge1为旁轭重量、gz为旁柱重量、ge2为主轭重量。
技术总结