随着电网电压等级的提升和系统容量的不断增大,GIS设备逐渐趋于小型化,设备故障量迅速增多。盆式绝缘子在GIS中起着支撑导体、隔离气室和电气绝缘的作用,是GIS中最薄弱的环节。介电功能梯度材料的出现为盆式绝缘子电场分布优化提供了新的思路,为降低盆式绝缘子沿面最大场强,提高沿面电场分布均匀度,对介电功能梯度盆式绝缘子进行优化设计具有重要意义。本文利用分层法对介电功能梯度材料进行模拟,采用轴截面的一半以轴对称的方式建立介电功能梯度盆式绝缘子概念性仿真模型。针对双层介电功能梯度盆式绝缘子,采用ANSYS参数化设计语言进行参数化实体建模,实现自动修改变量取值的参数化有限元分析,研究了盆式绝缘子高压端介电常数取值、优化区域尺寸对沿面最大场强的影响。在上述研究的基础上,以盆式绝缘子高、低压端介电常数取值为设计变量,以相邻分层绝缘子介电常数差值为状态变量,分别采用零阶法、扫描法对盆式绝缘子径向介电常数分布进行优化。通过改变迭代次数,合理限定设计变量的取值范围,使仿真结果趋于最优。详细阐述了 MATLAB与ANSYS联合仿真的软件实现方法,编写了 MATLAB与ANSYS软件的接口程序,通过接口程序可以实现在MATLAB中将ANSYS作为子程序进行调用。通过MATLAB和ANSYS对外部文本的读写实现参数的传递,从而将权重线性递减粒子群算法与有限元分析结合起来。为提高优化效果,以高、低压端相邻分层绝缘子介电常数的比值为设计变量,完成介电功能梯度盆式绝缘子优化设计;最后,从优化结果、仿真效率两方面分析了零阶算法与粒子群算法的优缺点。为得到径向介电常数分布全局最优解,并提高优化算法的适用性,本文提出一种基于沿面场强反馈的绝缘子径向介电常数分布全局优化算法,通过MATLAB与ANSYS联合仿真,研究了步长大小、分层数量对沿面最大场强和径向介电常数分布的影响。最后,将新提出的优化算法应用于绝缘子二维空间介电常数分布优化、带屏蔽极盆式绝缘子优化。该算法具有参数少、优化效率高、收敛速度快等一系列优点,在沿面最大场强、沿面电场利用率两个指标上的优化效果均优于零阶算法和改进粒子群算法。本文的研究成果可为电力系统绝缘材料的优化设计提供参考。