(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211276390.6 (22)申请日 2022.10.19 (71)申请人 广东电网有限责任公司 地址 510000 广东省广州市越秀区东 风东 路757号 申请人 广东电网有限责任公司电力科 学研 究院 (72)发明人 姚聪伟　李金殊　孙帅　庞小峰　 李兴旺　李文栋　邓军波　孙鹏　 王超　赵晓凤　王增彬　李盈　 杨贤　邰彬　陈祖伟　蔡玲珑　 李端姣　洪刚　丘欢　张冠军　 (74)专利代理 机构 广州三环 专利商标代理有限 公司 44202 专利代理师 姚心怡(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种绝缘子的设计方法、 装置、 存储介质及 系统 (57)摘要 本发明公开了一种绝缘子的设计方法、 装 置、 存储介质及系统。 通过水平集拓扑优化方法 求得第一材料和第二材料的填充材料边界结果， 在功能介电梯度的基础上， 综合考虑电场利用 率、 损耗功率以及时间常数以确定最佳非线性参 数， 从而获取最佳非线性涂层方案， 并根据填充 材料边界结果 以及最佳非线性涂层方案对绝缘 子进行设计， 该方法、 装置、 计算机可读 存储介质 以及系统提升 了绝缘子的适用性和稳定性。 权利要求书2页 说明书9页 附图1页 CN 115358131 A 2022.11.18 CN 115358131 A 1.一种绝 缘子的设计方法， 其特 征在于， 所述设计方法包括： 获取待设计绝缘子的设计参数组； 所述设计参数组包括结构参数组、 第一材料的第一 材料介电常数以及第二材 料的第二材 料介电常数； 根据预设的水平集方程、 预设的数值分析方法、 预设的性能目标函数、 预设的有限元计 算方法、 所述设计参数组、 预设的迭代优化方法以及预设的水平集函数， 迭代计算填充材料 边界结果； 通过预设的有限元分析方法， 根据预设的电导与电场非线性函数以及涂层约束条件 组， 获取最佳非线性涂层方案； 所述涂层约束条件组包括电场利用率约束 条件、 损耗功 率约 束条件以及时间常数约束条件； 根据所述填充材料边界结果以及所述最佳非线性涂层方案， 对所述待设计绝缘子进行 设计。 2.根据权利要求1所述的绝缘子的设计方法， 其特征在于， 根据预设的水平集方程、 预 设的数值分析方法、 预设的性能目标函数、 预设的有限元计算方法、 所述设计参数组、 预设 的迭代优化方法以及预设的水平集 函数， 迭代计算 填充材料边界结果， 具体包括： 根据预设的水平集方程、 预设的性能目标函数、 预设的数值分析方法、 所述结构参数 组、 所述第一材料介电常数、 所述第二材料介电常数以及预设的水平集函数， 计算所述待设 计绝缘子的材 料边界解； 所述材 料边界解 为所述第一材 料与所述第二材 料的填充边界； 通过预设的有限元计算方法， 根据预设的性能目标函数、 所述结构参数组、 所述第一材 料介电常数以及所述第二材 料介电常数， 计算各个材 料边界解对应的性能评估值； 根据所述性能评估值以及预设的迭代优化方法， 判断所述性能评估值是否满足迭代退 出条件， 并在所述性能评估值满足迭代退出条件时， 将所述材料边界解输出为填充材料边 界结果。 3.根据权利要求2所述的绝缘子的设计方法， 其特征在于， 通过预设的有限元分析方 法， 根据预设的电导与电场非线性函数以及涂层约束 条件组， 获取最佳非线性涂层方案， 具 体包括： 通过预设的有限元分析方法 以及预设的涂层厚度， 模拟构建非线性涂层， 并仿真获取 所述非线性涂层的导电数据组； 所述 导电数据组包括欧姆电导 率以及切向电场强度； 通过预设的非线性系数获取公式， 根据所述欧姆电导率以及所述切向电场强度， 计算 非线性电场相关系数； 根据所述欧姆电导率、 非线性电场相关系数以及预设的 电导与电场非线性函数， 计算 在所述涂层约束条件组下的最佳非线性涂层方案 。 4.根据权利要求2所述的绝缘子的设计方法， 其特征在于， 根据预设的水平集方程、 预 设的性能目标函数、 预设的数值分析方法、 所述结构参数组、 所述第一材料介电常数、 所述 第二材料介电常数以及预设的水平集函数， 计算所述待设计绝缘子的材料边界解， 具体包 括： 获取预设的水平集方程， 并根据预设的性能目标函数获取对应的灵敏度公式； 根据所述性能目标函数、 所述灵敏度公式、 所述结构参数组、 所述第一材料介电常数、 所述第二材 料介电常数以及所述水平集方程， 获取第一水平集方程； 根据预设的数值分析 方法对所述第一水平集方程进行求 解以获取 水平集方程 解；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115358131 A 2根据所述水平集方程 解以及预设的水平集 函数， 确定材 料边界解。 5.根据权利要求 4所述的绝 缘子的设计方法， 其特 征在于， 所述水平集方程 为： ； 式中， t是时间， c是扩散系数,Vn是速度矢量的法向分量， Ф为水平集 函数。 6.根据权利要求5所述的绝 缘子的设计方法， 其特 征在于， 所述 性能目标函数为： ； 式中， Ω1为高介电材 料填充区域， E(x)为电场强度， Ω为区域 边界。 7.根据权利要求6所述的绝缘子的设计方法， 其特征在于， 所述电导与电场非线性函数 为： ； 式中， Et是切向电场强度(kV/mm)； b是非线性电场相关系数(mm/kV)； α是低施加电场下 的欧姆电导 率(S/m)。 8.一种绝缘子的设计装置， 其特征在于， 所述设计装置包括参数获取单元、 边界计算单 元、 涂层确定单 元以及设计输出 单元， 其中， 所述参数获取单元用于获取待设计绝缘子的设计参数组； 所述设计参数组包括结构参 数组、 第一材 料的第一材 料介电常数以及第二材 料的第二材 料介电常数； 所述边界计算单元用于根据预设的水平集方程、 预设的数值分析方法、 预设的性能目 标函数、 预设的有限元计算方法、 所述设计参数 组、 预设的迭代优化方法以及预设的水平 集 函数， 迭代计算 填充材料边界结果； 所述涂层确定单元用于通过预设的有限元分析方法， 根据 预设的电导与电场非线性函 数以及涂层约束条件组， 获取最佳非线性涂层方案； 所述涂层约束条件组包括电场利用率 约束条件、 损耗功率约束条件以及时间常数约束条件； 所述设计输出单元用于根据 所述填充材料边界结果以及所述最佳非线性涂层方案， 对 所述待设计绝 缘子进行设计。 9.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质包括存储的计算 机程序， 其中， 在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权 利要求1至7中任意 一项所述的绝 缘子的设计方法。 10.一种绝缘子的设计系统， 其特征在于， 所述设计系统包括处理器、 存储器以及存储 在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序， 所述处理器执行所述计算机 程序时实现如权利要求1至7中任意 一项所述的绝 缘子的设计方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115358131 A 3