核电变压器的电磁计算方法、装置、电子设备和存储介质

技术领域

本发明涉及变压器的电磁计算领域，更具体地说，涉及核电变压器的电磁计算方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术

变压器是电气系统中不可替代的元件之一。在变压器工作期间，变压器全天通电，这些设备受到电磁力与电磁损耗的作用。为了维护核电变压器的稳定运行，需要研究电磁力与电磁损耗对于在运变压器的影响，出于这种考虑，精确计算在运核电变压器中的电磁场分布是非常重要的。

对于变压器这类由多组件构成的复杂系统，使用有限元对变压器物理场进行数值分析是目前最有效的求解方法。在变压器设计与运行维护领域，三维有限元模型被广泛用于电磁力、电磁损耗的分析中。

然而，由于核电变压器由多个部件构成，结构复杂，物理场之间的耦合关系复杂，变压器整机数值计算耗时较长，对设备的计算能力要求较高。因此，如何提高核电变压器电磁数值计算效率，提高计算结果对变压器维护的参考价值是目前有待解决的重要问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供核电变压器的电磁计算方法、装置、电子设备和存储介质。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电变压器的电磁计算方法，包括以下步骤：

建立核电厂的变压器的三维模型；

对所述三维模型进行网格划分，获得多个四面体网格；

基于所述多个四面体网格进行计算模式设置，获得所述变压器的电磁信息的计算模式；

根据所述电磁信息的计算模式计算所述变压器的电磁信息。

在本发明所述的核电变压器的电磁计算方法中，所述建立核电厂的变压器的三维模型包括：

获取变压器的设计图纸；

根据所述设计图纸获取所述变压器的结构信息；

根据所述结构信息建立所述变压器的三维模型。

在本发明所述的核电变压器的电磁计算方法中，所述对所述三维模型进行网格划分，获得多个四面体网格包括：

在所述三维模型的边界生成网格节点；

基于所述网格节点确定初始节点；

以所述初始节点作为前沿、以节点所在线段为参考生成线段上的点；

获得所述线段上的点与线段端点形成的外接圆；

判断所述外接圆是否满足德劳内三角形；

若是，向所述三维模型的内部生成点；

将所述线段上的点与边界点结合，生成所述多个四面体网格。

在本发明所述的核电变压器的电磁计算方法中，所述方法还包括：

判断所生成的四面体网格是否符合德劳内三角化要求；

若不符合，则对不符合要求的点进行优化，获得符合德劳内三角化要求的四面体网格。

在本发明所述的核电变压器的电磁计算方法中，所述基于所述多个四面体网格进行计算模式设置，获得所述变压器的电磁信息的计算模式包括：

确定所述多个四面体网格的数量；

根据所述多个四面体网格的数量确定CPU线程数量；

根据所确定的CPU线程数量，以所述四面体网格为求解域进行积分计算，形成所述变压器的电磁信息的计算模式。

在本发明所述的核电变压器的电磁计算方法中，所述根据所述电磁信息的计算模式计算所述变压器的电磁信息包括：

设置所述变压器的边界条件；

在完成边界条件的设备后，根据所述电磁信息的计算模式进行并行计算，获得所述变压器的磁场强度分布；

基于所述磁场强度分布，计算所述变压器在各个四面体网格的节点上的电磁损耗和电磁力；所述磁场强度分布、所述电磁损耗和所述电磁力为所述变压器的电磁信息。

在本发明所述的核电变压器的电磁计算方法中，所述方法还包括：

采用稀疏矩阵的方式对所述磁场强度分布进行存储。

本发明还提供一种核电变压器的电磁计算装置，包括：

三维模型建立单元，用于建立核电厂的变压器的三维模型；

四面体划分单元，用于对所述三维模型进行网格划分，获得多个四面体网格；

计算模式设置单元，用于基于所述多个四面体网格进行计算模式设置，获得所述变压器的电磁信息的计算模式；

计算单元，用于根据所述电磁信息的计算模式计算所述变压器的电磁信息。

本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行如上所述的核电变压器的电磁计算方法的步骤。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，执行如上所述的核电变压器的电磁计算方法的步骤。

实施本发明的核电变压器的电磁计算方法和装置，具有以下有益效果：包括以下步骤：建立核电厂的变压器的三维模型；对三维模型进行网格划分，获得多个四面体网格；基于多个四面体网格进行计算模式设置，获得变压器的电磁信息的计算模式；根据电磁信息的计算模式计算变压器的电磁信息。本发明通过对变压器进行三维模型的建立，并对三维模型进行网格划分，获得多个四面体网格，再利用并行计算的方式以四面体网格作为求解域进行计算，可以显著提高核电变压器的电磁数值计算效率，同时还可以提高计算结果对变压器维护的参考作用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的核电变压器的电磁计算方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的核电变压器的电磁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。

参考图1，图1为本发明提供的核电变压器的电磁计算方法一优选实施例的流程示意图。具体的，如图1所示，该核电变压器的电磁计算方法包括以下步骤：

步骤S101、建立核电厂的变压器的三维模型。

具体的，一些实施例中，建立核电厂的变压器的三维模型包括：获取变压器的设计图纸；根据设计图纸获取变压器的结构信息；根据结构信息建立变压器的三维模型。

可选的，本发明实施例中，变压器的结构信息包括：变压器的结构以及以及结构之间的装配关系。例如，以某核电主变压器为例，先获取其设计图纸，然后根据设计图纸获取该主变压器的结构尺寸以及结构之间的装配关系。例如铁芯与绕组的关系。接着，利用SolidWorks软件建立变压器三维几何模型，在进行建模过程中，重点细化变压器关键部件如套管、变压器油、绕组、铁芯等。

步骤S102、对三维模型进行网格划分，获得多个四面体网格。

一些实施例中，对三维模型进行网格划分，获得多个四面体网格包括：在三维模型的边界生成网格节点；基于网格节点确定初始节点；以初始节点作为前沿、以节点所在线段为参考生成线段上的点；获得线段上的点与线段端点形成的外接圆；判断外接圆是否满足德劳内三角形；若是，向三维模型的内部生成点；将线段上的点与边界点结合，生成多个四面体网格。

具体的，随机在三维模型的边界生成网格节点，然后以初始节点作为前沿、以节点所在线段为参考随机生成一个线段上的点，获得该点与线段端点形成的外接圆，接着判断该外接圆是否满足德劳内(Delaunay)三角化要求，若满足，则向三维模型内部生成点，并将该线段上的点与边界节点(相邻的网格节点)连线形成四面体网格。其中，德劳内(Delaunay)三角化要求为：三角形的外接圆不包含这个面域的其他任何点。进一步地，在得到多个四面体网格后，还需要判断所生成的四面体网格是否符合德劳内三角化要求；若不符合，则对不符合要求的点进行优化，获得符合德劳内三角化要求的四面体网格。其中，对不符合要求的点进行优化可以通过交换对角线的方法进行优化，从而保证所有四面体网格为Delaunay三角网。

步骤S103、基于多个四面体网格进行计算模式设置，获得变压器的电磁信息的计算模式。

一些实施例中，基于多个四面体网格进行计算模式设置，获得变压器的电磁信息的计算模式包括：确定多个四面体网格的数量；根据多个四面体网格的数量确定CPU线程数量；根据所确定的CPU线程数量，以四面体网格为求解域进行积分计算，形成变压器的电磁信息的计算模式。

可选的，本发明实施例中，可以采用安培环路定律和电磁感应定律推导积分的形式进行积分计算，即采用安培环路定律与电磁感应定律推导积分形式，以网格为求解域进行积分计算。

具体的，本发明实施例中，变压器的电磁信息的计算模式为：以安培环路定律与电磁感应定律推导积分形式，以网格为求解域进行积分，按照网格数量确定CPU线程数量，使用CPU多线程进行并行计算得到以网格数量为矩阵大小的结果矩阵。其中，所得到的结果矩阵即为变压器的磁场强度分布。进一步地，通过积分计算得到结果矩阵(变压器的磁场强度分布)后，可以采用稀疏矩阵的方式对磁场强度分布进行存储。其中，稀疏矩阵仅存储矩阵中的非零项。本发明通过采用并行计算与稀疏矩阵储存的方式，可以大大缩小高自由度模型的计算时间与内存空间。

步骤S104、根据电磁信息的计算模式计算变压器的电磁信息。

一些实施例中，根据电磁信息的计算模式计算变压器的电磁信息包括：设置变压器的边界条件；在完成边界条件的设备后，根据电磁信息的计算模式进行并行计算，获得变压器的磁场强度分布；基于磁场强度分布，计算变压器在各个四面体网格的节点上的电磁损耗和电磁力。其中，磁场强度分布、电磁损耗和电磁力为变压器的电磁信息。

具体的，在进行变压器的电磁信息的计算时，首先，根据变压器的运行额定参数(如线圈电流的额定值、电压的额定值等)设置线圈电流的边界条件和电压的边界条件，同时设置变压器的支撑结构(如铁芯、支撑架等)的阻抗边界条件；然后，根据步骤S103的计算模式计算变压器的磁场强度分布。

进一步地，在计算得到变压器的磁场强度分布后，再根据电磁损耗与电磁力公式，计算变压器的电磁损耗与电磁力在各个四面体网格的节点上的值，实现变压器的电磁信息的计算。

本发明是考虑变压器多损耗类型与数据处理速度的电磁场计算方法，为核电用变压器电磁损耗与电磁力的计算提供了一种高效求解方法。同时，提出一种使用CPU并行架构加速矩阵计算的方法，为提高变压器设计与维护效率提供了可行的求解模型。

本发明采用CPU并行架构，自研复杂自由度设备的电磁场求解方法，有效提升了核电变压器电磁场的计算效率，为提高变压器电磁场计算能力提供了技术支持。

参考图2，本发明还提供一种核电变压器的电磁计算装置，该核电变压器的电磁计算装置包括：

三维模型建立单元201，用于建立核电厂的变压器的三维模型。

四面体划分单元202，用于对三维模型进行网格划分，获得多个四面体网格。

计算模式设置单元203，用于基于多个四面体网格进行计算模式设置，获得变压器的电磁信息的计算模式。

计算单元204，用于根据电磁信息的计算模式计算变压器的电磁信息。

具体的，这里的核电变压器的电磁计算装置中各单元之间具体的配合操作过程具体可以参照上述核电变压器的电磁计算方法，这里不再赘述。

另，本发明的一种电子设备，包括存储器和处理器；存储器用于存储计算机程序；处理器用于执行计算机程序实现如上面任意一项的核电变压器的电磁计算方法。具体的，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过电子设备下载和安装并且执行时，执行本发明实施例的方法中限定的上述功能。本发明中的电子设备可为笔记本、台式机、平板电脑、智能手机等终端，也可为服务器。

另，本发明的一种存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上面任意一项的核电变压器的电磁计算方法。具体的，需要说明的是，本发明上述的存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于是电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。