耦合网络模型和有限元模型计算巨型水轮发电机定子温度场的比较研究

为了研究用耦合网络模型替代有限元模型来节约计算时间和内存空间,该文在建模原理一致的基础上,针对发电机定子铁心段基本单元分别建立了基于有限元法计算参数的非线性热-流体耦合网络模型和基于热-流体耦合单元的三维非线性有限元温度场模型。采用这两种模型计算了多种工况下、多个典型区域的定子铁心段基本单元温度分布,用统计方法对两者计算结果的偏差作对比分析,表明两种模型的温度计算结果是接近的,且基本上都在实测值范围内,说明两种模型的有效性。而前者的计算时间和内存空间比后者大为减少。为求解具有复杂冷却结构的三峡发电机定子温度场提供了一条可行、有效的途径。     

三峡水轮发电机全定子非线性热-流体耦合网络模型研究

为了计算水轮发电机水冷定子温度场,提出了基于有限元法计算参数的三峡水轮发电机全定子非线性热-流体耦合网络模型。网络模型中热阻参数均采用有限元法计算发电机三维局部温度模型得到,提高了参数计算准确性。模型计及铜的电阻率和水铜交界面对流换热系数随温度的变化而造成耦合网络方程的非线性。该模型可克服解算定子局部模型时某些边界条件无法确定的问题,同时实现了热网络和流体网络的耦合求解,计算值与实际运行数据基本符合,说明了该模型的正确性和有效性。为研究大型发电机全定子温度场提供了一种新方法。     

考虑气道局部努塞尔数的干式变压器热网络模型

为了准确分析干式变压器的热特性,提出一种考虑气道局部努塞尔数(Nu)的热网络模型。建立干式变压器的磁-热-流耦合有限元仿真模型,通过温升实验验证仿真模型的准确性;基于仿真数据获取局部努塞尔数关联式,用于修正热网络模型中的对流热阻,并对比分析修正前后热网络模型的准确性。以高压绕组温度的计算结果为例,未修正模型计算结果与仿真模型计算结果的平均绝对误差和平均相对误差分别为7.7℃和11.7%,修正模型计算结果与仿真模型计算结果的平均绝对误差和平均相对误差分别为5.5℃和8.4%,修正模型计算的轴向温度分布与仿真结果吻合度较高。仿真结果表明,修正后的热网络模型能够更准确地计算干式变压器绕组的温度分布。     

用于IGBT模块结温预测的热-电耦合模型研究

随着IGBT模块功率等级及密度的提高,因功率损耗而导致芯片温升加剧进而导致变流系统崩溃的问题愈发突出。对功率器件及散热系统的深入研究有助于功率器件封装设计、器件选型、系统布局以及逆变器的可靠运行。本文通过有限元分析方法对IGBT模块和散热系统的瞬态热阻抗进行了提取,所得结果与厂商数据手册吻合,而且通过所用方法验证了热阻抗曲线的普适性,最后利用热特性RC等效网络建立热-电耦合模型,可对芯片动态结温进行预测。     

计及频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法

近年来,中国河北沽源、新疆哈密等风电基地频繁发生电网振荡问题,呈现次、超同步频率振荡分量强耦合现象。频域小信号阻抗方法是建模和分析这类由电力电子并网装置引起的控制不稳定和振荡问题的有效方法。目前针对单个逆变器或风电机组频率耦合阻抗模型已有研究基础,文中基于此提出一种考虑频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法,建立的风电场等值阻抗与单个逆变器或风电机组的模型定义和形式统一,能够用于分析次、超同步频率耦合的振荡问题。以直驱风电场并入弱电网系统为例,对所提出的模型应用于系统稳定性分析及振荡频率预测的准确性进行了仿真验证。     

基于ANSYS的电力耐张线夹监测装置热-结构耦合有限元分析*

耐张线夹是架空输电线路的重要组成部件之一,其损坏导致电力系统安全运行成本的增加,因此需要大量相关监测装置。设计了一款耐张线夹监测装置,用于耐张线夹运行状况的监测。利用ANSYS对装置进行环境载荷下的热 结构耦合的有限元分析,记录监测装置在不同安装接触情况下各部位的应力和变形,所得结果表明面接触安装方式优于点接触和线接触。选取面接触安装方式与NY400型耐张线夹三维模型完成装配,进行引流板接触位置180 ℃情况下的瞬态热有限元分析,获取监测装置对引流板接触位置温度变化的响应情况。     

锂电池在机械滥用下的耦合仿真模型研究

随着新能源汽车保有量的增加,因锂电池故障而引起的起火、爆炸等问题引起了各界的密切关注。锂电池在机械滥用下的热失控行为复杂、实验成本高、可重复性低,难以为研究提供有效、完备的数据。因此,利用高置信度仿真模型研究和评估锂电池的安全性能是一种可行的途径。基于LsDyna软件建立了锂电池机-电-热耦合仿真模型。结果表明,该模型能够准确预测电池在受到压痕时的机械响应和电响应,且能合理地模拟电池的温度分布,具有较高的置信度。利用该模型对控制因素(压头半径,冲压方式)进行了研究,并综合分析了相关参数对锂电池安全性能的影响。所获得的结果可为车载锂电池包的设计和安全系统构建提供参考。     

考虑轴向传热的单芯电缆线芯温度实时计算模型研究

为了研究轴向传热对电缆线芯温度的影响,首先以单芯电缆的三维微元热路模型为基础,建立了考虑单芯电缆轴向与径向传热的三维热路模型,且根据该三维热路模型实现了单芯电缆线芯温度实时计算的理论推导。其次,通过不同敷设环境下分别加载恒定与阶跃电流的实验,讨论了电流、电缆敷设环境与外界环境温度等因素对轴向、径向温度分布的影响。实验结果表明,电流是决定轴向温度梯度变化趋势的主要因素,空气中电缆的线芯温度上升速度最快,土壤中电缆次之,水中电缆最慢。最后通过有限元仿真工具,对比了空气中电缆中间接头三维有限元模型与二维有限元模型计算的线芯温度。研究结果表明,只考虑电缆径向传热的二维热路模型会造成线芯温度计算的误差,而考虑电缆轴向与径向传热的三维热路模型能够提高计算的精度。     

复杂环境中海底电缆温度场及载流量模型研究

载流量是海底电缆运行调度的重要参数,受最高允许工作温度所制约,建立考虑复杂海洋环境中洋流影响的海底电缆温度场及载流量模型具有重要意义.针对传统解析法计算复杂、仅适用于特定敷设环境等问题,根据电-热-流多场耦合理论,基于有限元分析技术分别建立了埋设和铺设两种敷设方式下的高压三芯交联聚乙烯(XLPE)海底电缆温度场及载流量...     

感应耦合无线电能传输系统的能量法模型及特性分析

感应耦合无线电能传输(ICPT)基于电磁感应原理,目前采用电路模型的分析方法,由于该方法无法深入了解ICPT系统能量传输的过程,所以提出了一种ICPT系统的能量法建模方法,建立了串联—串联(SS)、串联—并联(SP)、并联—串联(PS)和并联—并联(PP)型4种ICPT系统的能量法模型,分析了能量法模型与耦合模型的相互关系,研究了它们的等效性及数学意义上的等效条件,并通过MATLAB仿真研究,证明了理论分析的正确性。此外,目前ICPT系统与磁耦合谐振式无线电能传输(MCRWPT)系统原理相混淆,因而基于能量法模型分析了ICPT系统与MCRWPT系统在原理上的区别,得出只有在谐振、弱耦合、高品质因数的物理条件下,SS型ICPT系统才与MCRWPT系统等效,由此阐明了ICPT系统与MCRWPT系统原理上的差异性,为进一步精确设计和优化ICPT系统与MCRWPT系统设计提供了模型基础。     

非接触感应能量传输系统中松耦合变压器的研究

对基于非接触感应能量传输系统中的松耦合变压器进行了研究,对松耦合变压器的建模与电路分析进行了论述,着重对影响系统功率传输能力的耦合系数进行了研究。通过ANSYS仿真,对比了两种松耦合变压器的耦合系数的大小。选取耦合系数较高的第二种绕线方式设计了1kW全桥谐振变换器的松耦合变压器,并进行了实验数据测定。最后,详细分析了实验结果与仿真存在差异的原因。     

感应耦合电能传输技术的研究现状与应用分析

电能传输是能源利用的一个重要方面,近年来兴起的非接触供电方法能够解决传统导线传输电能的一系列不利因素.介绍了非接触供电技术的特点和主要类型,对比几种非接触供电的方法,着重给出研究较为成熟的感应耦合电能传输(Inductively Coupled PowerTransfer,简称ICPT)技术的原理、特点及适用领域.以该领域发表的论文、专利及相关报道为切入点,重点分析并介绍了近年来国内外相关研究现状、进展及最新成果.最后总结预测了该项技术的发展趋势和应用前景,对国内在非接触供电系统领域开展研究具有一定参考意义.     

电热协同作用下太阳能热电联供系统输出特性分析

根据光伏/光热(PV/T)系统的能量平衡和能量转换原理,建立了PV/T系统的热电模型,针对PV/T系统的热电效率、电池板温度间的耦合问题,通过MATLAB迭代求解法,解决了PV/T系统中热电参数耦合求解问题,得到了PV/T系统的效率曲线,分析计算了系统组件长度和工质流速等参数对性能曲线的影响;同时,针对PV/T系统与普通光伏组件进行了实验研究,试验测试了两系统的电压、电流、功率、板背温度等特性参数,并与仿真结果进行了对比。     

基于配电网统一信息模型的全网一张图建设

针对配电网数据缺乏统一信息模型、基础数据质量不高、图模需求差异大、实用化应用支撑不足等问题,湖南电网以配电网统一信息模型为基础,以“源端维护、全局共享”为目标,为推动泛在电力物联网建设在配电领域落地,开展了标准化建模、配电网图模校验与治理、专题图自动成图优化、PMS2.0系统与配电自动化系统交互应用等工作,实现配电网图模数据质量显著提升和设备新投异动流程在线闭环管理,逐步推进“全网一张图”,为湖南电网各专业提供了逻辑统一、主干清晰、层次分明的配电网全景模型,全面支撑综合故障研判、供电服务指挥等核心业务建设及实用化应用,有效提升配电网故障处理效率和优质供电服务水平。     

螺杆泵永磁交流伺服电动机温升计算及分析

以一台31kW油田用螺杆泵永磁交流伺服电动机为例,运用理论与实验相结合的方法,得出电机各部分损耗。利用有限元方法,在确定热源和边界条件下,对电机稳态温度场进行了计算,提出了三维温度场计算端部散热处理的新方法。同时,建立了等效热网络方法的数学模型,列出各节点的热平衡方程,计算出各节点的温度值。并将两种方法的计算结果与实测数据相对比,验证了该方法的准确性,为永磁交流伺服电动机的温度场计算提供了参考依据。     

MnO_x-WO_3/TiO_2用于NH_3选择性催化还原NO_x的性能与抗SO_2毒性研究

研究了Mn-W/TiO2用于NH3选择性催化还原NOx体系的催化反应性能,探索了不同温度条件下该催化剂对抗不同SO2浓度的抗毒性能。结果显示WO3能够增加活性酸中心的数量和酸性,是MnOx/TiO2非常有效的助催化剂。在气体体积空速(gaseous hourly space velocity,GHSV)为18900h-1时100～350℃范围内,Mn-W/TiO2催化剂还原NOx的转化率高达80.3%～99.6%,N2选择性达100%～98.7%。当反应气中有0.01%SO2和6%H2O时,120℃NOx转化率可维持在98.5%,当SO2浓度超过0.01%时,则需将反应温度升高到250℃以上才可消除其干扰,而当SO2浓度高达0.07%时,300℃下转化率可长期维持在99%,达到了商用V-W/TiO2催化剂的水平。对于NH3选择性还原NOx体系Mn-W/TiO2显示了极好的催化性能,是目前抗SO2毒性最强的催化剂之一。试验发现,低温条件下,SO2对Mn-W/TiO2催化剂的影响是可逆的,随着反应温度的提高,活性将自然恢复。     

计及回水管网热损失的电热联合系统潮流模型及算法

电力系统、热力系统联合优化运行已成为提高电力系统调峰能力及风电消纳率的有效途径之一。在详细分析热网拓扑结构及其水力、热力模型基础上,建立了计及热网回水管网热损失的热网递推模型。研究了热电机组、电锅炉等耦合元件模型,建立了电热联合系统潮流模型。通过分析热网运行方式,提出了热网潮流的前推回代计算方法。模型可方便处理多分支辐射热网及其电锅炉等能量转换装置,且计算过程中无需解算热网水力模型,无需复杂的网络编号,也不用形成导纳矩阵,具有编程简单、计算速度快等特点。实例分析表明,回水管网热损失较大,计算中不可忽略,且合理选择热源出口参数可提高电网风电消纳率。     

基于自组织神经网络和稳态模型的多台感应电动机聚合方法

电力系统稳定计算中,精确的负荷模型为计算结果的可信度提供了保证。在利用统计综合法进行负荷建模时,如何提高多台感应电动机的聚合精度是研究的重要内容之一。文中提出一种基于自组织神经网络对电动机进行分类、并针对同一类型的电动机采用稳态模型进行等值的聚合方法。最后,应用中国电力科学研究院开发的PSD-BPA暂态稳定计算程序,将分类聚合前后的典型居民和典型商业电动机数据分别代入进行仿真计算。结果表明,采用所提出的聚合方法可以提高多台电动机的聚合精度。