基于改进声学有限元法的主变压器室噪声场计算

传统声学有限元法(finite element method,FEM)难以准确表征温升效应引起的主变室大空间空气介质参数变化,导致温度场-声场耦合作用下变电站主变压器室噪声场计算误差过大。在声学FEM算法基础上,引入计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD),提取大空间主变室的复杂空间介质参量,并对波动积分方程进行改进,提出一种基于改进声学FEM的主变室内噪声场求解算法。首先,建立温度场影响下的主变室流变模型,采用CFD表征主变室大空间温度场离散空间介质参量;然后,基于流-声网格映射理论,将温度场离散空间介质参量与声音网格进行映射,建立修正大空间空气介质参数后的声学FEM积分方程;最后,基于常规Gauss数值积分法和引入Kirchhoff-Helmholtz方程,对修正声学FEM积分方程进行联合求解。该算法在西安110 kV昌明变电站1号主变室噪声场的求解分析中得到了成功应用,与实测值误差为2.168%。     

开域静电场全源积分人工边界法的GMRES迭代算法

全源积分人工边界法将媒质等效为源,通过对场源和媒质等效源的积分计算,确定人工边界条件。该方法的计算准确度高,可以将人工边界划在距媒质很近的位置,场域的计算区域小。全源积分人工边界法的方程是有限元和人工边界条件的耦合方程。直接迭代法求解该方程时收敛速度慢,并且对于复杂的区域分解问题不能收敛。本文在没有全源积分人工边界法方程的系数矩阵的情况下,基于人工边界条件与场源和媒质的物理关系,推导了全源积分人工边界法的广义极小残量(GMRES)迭代算法。通过与2D FEM对比,验证了GMRES迭代算法的正确性,并且用GMRES迭代算法计算了交流特高压绝缘子串的电场,计算结果与已有文献一致。算例表明GMRES迭代算法收敛速度快,并且能够求解复杂的区域分解问题,为解决复杂问题提供了一种新方法。     

多介质工频电场分析的快速多极子边界元法

针对变电站关键设备工频电场计算存在计算效率低的问题,结合快速多极子法和边界元模拟电荷法提出一种快速计算多介质工频电场分布的方法.根据边界元模拟电荷法基本原理建立变电站关键设备工频电场计算模型.利用快速多极子法可以加速矩阵与向量乘积效率的特点,得到提高多介质工频电场分布的快速算法.并应用该方法具体计算500kV变电站中开关场内刀闸周围的电场分布.结果表明:快速多极子边界元模拟电荷法的计算结果与积分工程软件的仿真结果的最大相对误差为8.1%.在满足工程误差允许前提下,该方法相对于传统边界元模拟电荷法运算速度快、内存消耗少、计算精确度高,适合于求解大尺度多未知量、多自由度的工频电场计算问题.     

计算RWG基函数阻抗矩阵的混合积分方法

电磁散射与辐射问题通常采用电场积分方程(EFIE)结合矩量法(MoM)求解,而基函数是决定矩量法精度和效率的重要因素。RWG(rao-wilton-gisson)矢量基函数广泛应用于EFIE矩量法的求解,其中基于RWG基函数阻抗矩阵的计算是求解的关键。计算阻抗矩阵的方法有多种,本文提出一种更为精确和有效的方法,该方法对于积分中非奇异积分项采用9点积分、奇异项采用势积分计算的混合方法,提高了计算精度并消除了被积函数的奇异性。通过实例计算证明这种方法是可行的。     

基于非诚实牛顿法和雅可比迭代的电力系统时域计算隐式梯形积分交替求解算法

基于隐式梯形积分的交替求解法由于数值稳定性好,计算简单,广泛应用于电力系统暂态稳定计算,但其收敛性与计算效率之间存在权衡问题。该文分析交替求解法的迭代收敛过程,提出基于雅可比迭代的交替求解算法。该算法在求解非线性代数方程组时引入雅可比矩阵,提高算法迭代收敛性;利用非诚实牛顿法(very dishonest Newton method,VDHN)更新雅可比矩阵,减少计算复杂度。同时,该算法在求解线性代数方程组时,采用雅可比迭代法,提高计算效率。基于IEEE标准16机68节点系统,对比分析原始交替求解法、改进交替求解法、VDHN直接法和所提方法的正确性、迭代收敛过程及计算效率,证明所提方法的优越性。     

热脉冲法数据处理的反问题求解研究

应用热脉冲法测量聚合物薄膜电介质内空间电荷分布的数据分析过程涉及第一类Fredholm积分方程,过往先求解电场分布后微分的传统做法,会使反问题求解的不适定性带来的误差进一步放大。该文提出一种用于热脉冲法数据分析中反问题求解的直接计算空间电荷分布方法。结合一维热传导方程,推导得到了能够直接求解获取空间电荷分布的热响应电流方程。以Tikhonov正则化与尺度变换法2种数值求解算法为例,研究了不同信噪比对热脉冲法测量方法中直接计算电荷分布结果的影响,并讨论了2种数值算法直接进行空间电荷分布计算的优缺点。仿真结果表明,应用2种数值方法对含有一定噪声的数据处理时,直接计算空间电荷分布的方式相较于传统对电场分布微分的方式而言,能够很好地克服第一类Fredholm积分方程的不适定性,使解分布曲线中的振荡减少,且对仿真电流信号的噪声敏感程度更低,能更好地契合预设分布曲线,提高了空间电荷计算结果的准确性。     

基于全球定位系统与积分方程的互感线路零序参数带电测量

首先简要回顾了通常获取输电线路参数的三种方法,然后在增量法的基础上提出了基于全球定位系统(Global Position System,GPS)和积分方程的互感线路参数带电测量方法(简称积分法).该方法将互感线路的伏安特性方程转化为积分形式,并采用了最小二乘法求解测量中出现的超定方程组,同时得出各线路的零序自阻抗及线路间的零序互阻抗.文中给出了详细的数学模型和数字仿真结果以及软件算法流程图与实际测量结果,并将积分法计算结果与增量法的计算结果进行了比较,比较结果表明积分法的测量结果是精确可信的.     

MPCG算法在GIS三相共罐式SF6高压断路器电场计算中的应用

针对实际的GIS三相共罐式SF6高压断路器模型结构复杂的特点，分析了适用于计算多节点、多单元的大型稀疏正定实对称矩阵求解的修正预优共轭梯度算法MPCG，给出MPCG算法的迭代流程。根据系数矩阵稀疏、对称的特点，对系数矩阵的寻址方法进行了研究，引入了新的数据结构，该方法可以快速、有效地解决系数矩阵的寻址问题，占用内存少，寻址速度快。建立计算三维电场有限元模型及数理方程，根据该模型方程对高压断路器在工频测试电压下的电位和电场进行了计算，采用MPCG算法来求解所得到的大型有限元方程组。根据计算的电位和电场分布剖面图以及俯视图，可以为GIS断路器内部各部件的优化配置提供很好的参考。     

适用于CPU+GPU协同架构的大规模病态潮流求解方法

随着电网规模不断扩大,负荷增长明显,快速、准确地进行大规模病态潮流求解具有重要的实用价值。将连续牛顿法(CNM)应用于大规模电力系统病态潮流求解中,将潮流方程的求解过程等效为常微分方程组积分计算过程。为了加速该计算过程,针对中央处理器(CPU)+图形处理器(GPU)协同计算架构,设计了基于GPU的不平衡功率快速计算方法,进而优化CNM算法并行实现所需软硬件配置,形成高效的大规模病态潮流求解方法。通过多个大规模病态潮流算例验证了所提CPU+GPU协同潮流计算方法的正确性和实用性。     

用边界单元法计算电场问题

求解电场问题的数值计算方法很多.广泛应用的有限差分法及有限单元法都是在整个场域进行离散,新近发展起来的边界单元法则是对场域的边界加以离散,从而使联立方程式的数目大为减少,所以在求解某些电场问题时,要比有限差分法及有限单元法方便得多.本文根据电位的积分公式,离散得到电位的边界单元方程,然后通过两个例子与其它方法进行对比,说明边界单元法是求解电场问题的一种较好的方法.     

A fast algorithm for computing electromagnetic fields of a thin wire current source inside lossy ground

In this paper, a fast algorithm is presented to compute the electromagnetic fields of a thin wire current source inside lossy ground. The modified image method is used to evaluate the Sommerfeld integrals, and the fast multipole method (FMM) is utilized for solving the governing electric field integral equation (EFIE). The validation of the proposed algorithm is performed by comparing the results with that of using method of moment (MoM). The numerical example shows the flexibility, efficiency and accuracy of this algorithm.     

复镜像法在平板导体涡流场计算中的应用

为了根据涡流检测中积分方程法(IEM)的理想裂缝模型,用矢量磁位推导出平板导体涡流场的并矢格林函数,将复镜像法用于涡流场并矢格林函数的计算,用Prony方法对矢量磁位中广义Sommerfeld积分(GSI)的被积函数进行指数逼近,使GSI转化为有限项级数之和,加速了无穷积分的计算,提高了涡流场的求解速度和计算精度。用涡流无损检测中的两组典型数据比较用复镜像法和直接数值积分法计算广义Sommerfeld积分的计算精度和求解速度,结果表明复镜像法在涡流场GSI积分计算中准确且高效。用复镜像法计算平板导体中含有平行裂缝和十字型裂缝的涡流场,其结果与有限元一边界元耦合法的计算结果对比表明求解方法正确和高效。     

A memory efficient testing scheme for combined field integral equation for solving scattering problems using adaptive integral method

A new memory efficient testing procedure for method of moment (MoM) has been proposed for solving combined field integral equation (CFIE) using adaptive integral method (AIM) for closed perfect electric conductor (PEC) scatterers. CFIE is a linear combination of electric field integral equation (EFIE) and magnetic field integral equation (MFIE) and hence the iterative solution for CFIE requires the simultaneous evaluation of both EFIE and MFIE. Using AIM, the MoM testing procedure is obtained by interpolating the grid potentials, computed using fast Fourier transform (FFT), onto the testing functions. For EFIE, the same set of multipole coefficients of the basis functions can be used as the testing functions, without the need to store additional interpolation coefficients. In this paper, we propose a similar simple but efficient and accurate method for the testing procedure for the MFIE using the same multipole coefficients for the basis functions. This enables CFIE to be solved using the same memory resources as EFIE. The accuracy of the radar cross section (RCS) computed for various geometries using CFIE with the proposed testing procedure is shown to be as accurate as the existing method. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

格林函数法在电磁层析成像技术中的应用

EMT的逆问题求解很困难但也是必要的,采用格林函数法可以得到表示EMT多层媒质传感系统逆问题的积分式。合理忽略某些媒质层,可以得到简化了的逆问题的积分表达式,从而可构造图像重建算法,并得到了较好的重建结果。     

基于积分方程的互感线路参数带电测量研究

首先简要回顾了通常得到输电线路参数的三种方法,然后在增量法的基础上提出了基于GPS和积分方程的互感线路参数带电测量的新方法——积分法。该方法是将互感线路的伏安特性方程转化为积分形式, 并采用了最小二乘法求解方程组,同时得出各线路的零序自阻抗及线路间的零序互阻抗。文中给出了详细的数学模型和数字仿真结果以及软件算法流程图,介绍了模拟实验过程,并将积分法与增量法的计算结果进行时比,结果表明积分法的测量结果是精确可信的。与增量法相比,该方法具有一定的滤波作用,一定程度上可以抑制高频分量,进行测量时一般不需额外提供测量用电源,方式更为省时省力。     

自适应Galerkin间接边界元方法计算三维线性静磁场问题

基于磁荷模型的三维间接边界方法在计算静磁场问题上具有独特的优点，为提高计算精度，降低计算成本，建立了以等效磁荷为待解变量，基于Galerkin离散的三维静磁场积分方程自适应求解方法。其基本思想为：由于单元只在加权意义下满足磁场积分方程，故采用单元法线方向上磁通连续性条件满足情况作为自适应计算的判据。磁场积分方程采用Galerkin方法进行离散，避免了区域边点和角点几何奇异性对解答的影响。为进一步提高计算效率，提出了一种场量局部更新求解技术，使得每次自适应计算的规模大为降低。通过与解析计算结果和测量结果比对，数值算例证明了该文方法的正确性和有效性。     

基于黄金分割的异步发电机空载建压转速值的确定

从异步发电机稳态运行的等效电路模型出发,列写了等效电路模型的回路阻抗方程,令回路阻抗实部和虚部分别为零,建立方程组.在此基础上利用二维优化计算最小建压电容,然后利用基于黄金分割的一维优化方法计算最小建压转速值.此法编程简单,收敛速度快.论文最后通过实例计算验证了本方法的正确性和准确性.     

基于新型纯积分法的定子磁链在线辨识算法

针对气隙转矩法计算异步电机转矩时对定子磁链辨识精度的要求,提出了一种基于新型纯积分法的定子磁链在线辨识算法,采用了精度较高的复化辛普森积分模型。相比传统的梯形积分法,基于新型纯积方法的定子磁链在线辨识算法的磁链辨识精度显著提高;相比新型的基于低通滤波器的定子磁链观测器,该算法模型更简单,操作更便捷。通过MATLAB/Simulink搭建系统仿真平台进行验证,结果表明基于新型纯积分算法消除了传统积分法的主要缺陷,解决了积分饱和问题以及初值问题。基于新型纯积分算法的估计磁链与理论参考磁链基本吻合,表明其可靠性较高。     

基于SDRE的永磁同步电动机的近似最优控制

针对具有仿射非线性模型的永磁同步电动机,研究其非二次型性能指标的最优控制问题。非线性非二次型最优控制问题导致难以求解的HJB(Hamilton Jacobi Bellman)方程,为避免这一难题,首先采用SDRE(State-Depend-ent Riccati Equation)法将其转化成状态相关的Riccati方程求解问题。SDRE法需要在每一次采样时刻实时地求解一个代数Riccati方程,在高阶系统中巨大的运算耗时使得SDRE控制器难以实现,为此进一步采用一种有效求解SDRE控制器的方法 -θ-d法,它只需求解一次与初始状态相关的代数Riccati方程,控制器的其余参数均可离线通过矩阵的相关运算获得,从而大大地减少了在线计算量。另外,SDRE方法可以通过适当选取状态相关的加权矩阵,以较小的控制作用获得与常量权矩阵相近甚至更好的控制效果。最后,以永磁同步电动机为实例进行的仿真验证了本文方法的有效性与可行性。