عنوان پایان‌نامه
"پیاده سازی الگوریتم جدید برای طراحی بهینه ترانسفورماتور قدرت "
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق -قدرت
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3180;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80907;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3180;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80907
- تاریخ دفاع
- ۱۱ تیر ۱۳۹۶
- دانشجو
- میلاد یدالهی
- استاد راهنما
- حمید لسانی
- چکیده
- مسئله بهینه سازی طراحی ترانسفورماتور قدرت با هدف حداقل کردن قیمت تولید ترانسفورماتور با توجه به قیود ساخت و مشخصات بین المللی و نیازهای مشتری مشخص می شود. طراحی ترانسفورماتور یک مسئله ترکیبی غیرخطی و پیچیده است. در ابتدا کار به مطالعه جامع الگوریتم های بهینه سازی ارائه شده در این زمینه، و بررسی و نقد آنها می پردازیم. روش های مختلف بهینه سازی که تاکنون ارائه شده دارای مشکلاتی از قبیل نادیده گرفتن برخی از قیود طراحی، رسیدن به پاسخ حداقل محلی، در نظر نگرفتن تمامی متغیرهایی که در بهینه سازی دخیل هستند و یا بدلیل خاصیت تصادفی بودن قادر به جستجوی تمام فضا نیستند. مطمئن ترین روش برای رسیدن به نقطه بهینه مطلق استفاده از الگوریتم های جستجوی تمام فضا می باشد. اما لازمه روش های جستجوی تمام فضا برای رسیدن به نقطه بهینه مطلق این است که فضای جستجو گسسته و محدود باشد و لذا کاربر هوشمند نیاز است. از آنجایی که مسئله بهینه سازی ترانسفورماتور قدرت دارای تعداد متغیرهای مستقل زیاد و فضای جستجوی گسترده می باشد لذا روش جستجوی تمام فضا با مشکل کمبود حافظه کامپیوتری و سرعت اجرای پایین برنامه مواجه خواهد شد. در این رساله برای از بین بردن این نقطه ضعف و رسیدن به نقطه بهینه مطلق، با اصلاح فرآیند طراحی ترانسفوماتور قدرت و ارائه الگوریتم ابتکاری جدیدی برای حل مسئله طراحی بهینه ترانسفورماتورهای قدرت، به سمت نقطه بهینه مطلق حرکت می کنیم. الگوریتم ارائه شده در این رساله را می توان به نوعی جز الگوریتم های بهینه سازی چند هدفه نیز تقسیم بندی کرد زیرا تمام طرح های مجاز در خروجی نمایش داده می شود و می توان بر اساس هر یک از توابع هدف یا ترکیبی از آنها طرح های خروجی را مرتب کرد. الگوریتم ابتکاری و فرآیند طراحی ترانسفورماتور قدرت که برای اولین بار در این رساله ارائه می گردد به گونه ای طراحی شده است که : 1) بر خلاف بقیه الگوریتم های ارائه شده در این زمینه، همه متغیرهای طراحی که در بهینه سازی قسمت فعال ترانسفورماتورهای قدرت دخیل هستند بعنوان یک ژن در کروموزوم سازنده ترانسفورماتور وارد می شوند و همه این متغیرها از نوع گسسته می باشند. 2) با تجزیه مسئله طراحی ترانسفورماتور به چند زیرمسئله قبل از تشکیل کروموزوم کامل سازنده ترانسفورماتور، شروع به تشکیل کروموزوم هایی با تعداد ژن کمتر بعنوان اجزای سازنده کروموزوم اصلی می کنیم. و در این مرحله با حذف ژن های نامناسب با توجه به قیود موجود، فضای جست و جو بدون نیاز به کاربر هوشمند بطور خودکار محدود می شود. 3) کلیه قیود موجود در طراحی اعم از قیود کارگاهی و قیود ضمانت شده و قیود موجود در استانداردها بعنوان قید طراحی لحاظ شده است. الگوریتم توسعه داده شده، با داشتن یک دیدگاه کاملاً نو به مبحث بهینه سازی، پیوندی جدید میان علوم کشاورزی و گیاه داری از یک سو و علوم فنی و ریاضی از سوی دیگر، برقرار می کند. ارتباط میان این دو شاخه از علم به گونه ای می باشد که غالباً ریاضیات به عنوان ابزاری قوی و دقیق در خدمت علوم کلی نگر قرار گرفته و به درک و تحلیل نتایج آن کمک می کند. الگوریتم TPA بر خلاف بقیه الگوریتم های موجود، از یکی از روش های افزایش بهره وری در مورد درختان میوه الهام گرفته شده است و آن را به خدمت ریاضیات درآورده و از آن به عنوان ابزاری برای درک بهتر ریاضیات و حل بهتر مسائل ریاضی استفاده می کند. این روش در قالب یک نرم افزار بهینه سازی 1TDO پیاده سازی و تهیه شد. در انتها روش فوق در طراحی ترانسفورماتور قدرت 200 مگاولت آمپر و 315 کیلوولت آمپر بکار گرفته شده است. نتایج خروجی با نرم افزار المان محدود و نتایج ساخت ترانسفورماتور اعتبارسنجی شد و در مقایسه با سایر روش ها سودمندی و قابلیت الگوریتم ارائه شده در این رساله مشاهده گردید.
- Abstract
- Power transformer optimal design (PTOD) is a complex multi-objective optimization problem including numerous design variables that aim to design a transformer with minimal material costs. Due to large variables search space (SS), most optimization methods proposed in literature for PTOD are prone to find local minimum instead of the global one. So, some design variables and constraints are neglected to reduce the SS size and alleviate the problem. They also suffer from a random nature which makes it impossible for them to explore all the SS. To prevail over the aforementioned problems, this work aims to propose a new heuristic algorithm (HA), and also, some modifications to conventional PTOD procedure. Some promising features of the proposed method in comparison to the previously proposed methods are 1) it considers all design variables as a gene for transformer constructing chromosome (TCC), 2) before building the main TCC, it divides the PTOD algorithm into some sub-algorithms and starts to construct some sub-chromosomes with lower number of genes as parts of the main TCC, which allows us to detect improper genes based on a sensitivity analysis and design constraints, and ignore them, automatically narrowing the SS by simply ignoring its bad parts (the solutions which do not meet design constraints), and 3) not only it considers all technical and consumer constrains, but it also take manufacturing constraints into account. To verify the effectiveness of the proposed method in achieving the global minimum, it is used to design a 200 MVA and 15.75/400 KV power transformer. The validity of obtained optimal solution is further assessed by presenting comprehensive finite element method (FEM) using JMAG software. Keywords: Power transformer optimal design (PTOD), Heuristic method (HM), Finite element method (FEM), Constructing cost (CC), Short circuit impedance (SCI).
