HVDC输电线路离子流场数值计算方法研究

为了解高压直流输电线路的电磁环境影响及电晕损耗,讨论了高压直流线路周围离子流场计算的数值方法。描述高压直流离子流场控制方程的三阶非线性偏微分方程分解为两个等效的泊松方程后可用有限元迭代方法求解即在每次求解后根据两场的计算结果更新空间电荷密度,反复迭代求解直至计算结果收敛。该算法舍弃了Kaptzov和Deutsch假设,并提出了一种有效的电荷密度更新公式,同时考虑两场电位差别、电场与边界条件的差别,使迭代较快收敛。通过与实验模型的测试结果对比,验证了算法的有效性。     

考虑风速和导线高度影响的高压直流输电线下离子流场计算

为了预测高压直流输电线下的电磁环境,对不同条件下的地面离子流场分布进行了计算研究。采用Kaptzov假设,通过模拟电荷法计算人工边界处的标称电位,再结合泊松方程计算出空间电荷产生的电场,同时提出一种新的空间电荷密度更新公式,基于上流有限元方法求解离子电流密度方程。通过同轴圆柱电极电场问题验证了该算法的有效性,并利用考虑风速的单极高压直流输电线路模型说明了该算法的可靠性。最后,将其应用到不同导线对地高度和不同风速影响下的双极高压直流导线离子流场问题,结果表明导线对地高度和风速都会影响地面最大合成场强和离子流密度,且风速会使其发生偏移。     

多回高压直流输电线路离子流场计算方法

提出不借助Deutsch假设求解直流离子流场特性的主要方程的新方法.此方法以迎风差分算法为基础,迭代计算至空间电荷密度至满足Kaptzov假设为止,并在迭代过程中考虑了分裂导线和地线的影响.文中用此方法对双回±500kV双极高压直流线路离子流场进行了仿真计算,结果表明,为降低地面合成电场和离子流密度,各回线路应当水平布置,并且取相同的极性排列方式.     

高精度上流有限元法在特高压直流输电线路离子流场计算中的应用

在对高压直流(HVDC)输电线路下的电磁环境进行预测时,地面合成场强和离子流密度的计算问题实际上是一个多维非线性问题。在对剖分单元进行处理时,为了解决传统的有限元方法、上流有限元法采取线性假设与线性插值,存在计算量大、精度差、算法效率低的问题,提出一种新的非线性空间电荷密度插值方法,从理论上推导了算法的实现过程,并基于上流有限元方法对离子电流密度方程进行迭代求解。采用该算法对现场运行的±500 k V和±800 k V输电线路离子流场进行了理论计算与现场实地测量,并将理论计算结果与实际测量结果进行了对比,结果表明:所提出的算法能在减少计算量的同时提高计算的准确度。针对风速对双极离子流场影响的研究较少的情况,研究讨论了不同风速影响下的双极离子流场问题,得到了风速对双极离子流场地面最大合成场强和离子流密度影响的规律,为新的直流输电线路的设计提供了有力的参考。     

空间电荷条件下超、特高压直流复合绝缘子电压分布

针对高压直流输电线绝缘子沿串电压分布问题,提出按离子流场模型求解。采用有限元迭代方法,求解了离子流场控制方程。对±500 kV直流复合绝缘子沿串电场及电压分布进行了计算,并与不考虑空间电荷条件下的静电场求解结果进行了对比,通过与试验测量结果比较,验证了考虑空间电荷时,计算结果更接近实际测量结果,并将该方法应用于特高压±800 kV直流绝缘子沿串电压分布问题的计算求解中。结果表明,由于电晕产生电荷的抑制作用,绝缘子在高压端及低压端的电压和电场强度均有较大改变。得到了不能将直流绝缘子沿串电压分布问题简化为无电荷影响的模型求解的结论,建议采用离子流场有限元迭代计算方法求解该问题。     

加权余量法用于直流离子流场的数值计算和分析

本文提出了一种直流离子流场数值计算的新方法。采用加权余量法来直接求解离子流场电位和空间电荷的方程,不仅可以用于高压直流输电线路离子流场的计算,同时也可用在其它电晕放电的研究中。该法无需采用传统的Deutsch假设,可以考虑风对离子流场的影响。最后给出了离子流场的一些计算结果,并与有关实测结果进行了比较。     

多回HVDC输电线路地面离子流场的计算

HVDC输电线路离子流场的计算对于输电线路的设计和电磁分析具有重要意义,为此,笔者在Deutsch假设的基础上对地面离子流场进行解析求解。根据输电线路电力线分布特点,建立了适用于多回输电线路的离子流场算法并探讨了输电线路极性排列方式对于离子流场的影响。该算法可考虑正、负极性导线的起晕差异,实例计算表明:该方法的计算结果与实测值有较高的吻合度,并对各种线路结构具有良好的适应性;双回线路极性排列方式对于合成电场最大值影响不大,而离子流密度则受到较大影响;在不考虑输电线其他结构参数的情况下,双回输电线路以--/++的极性排列方式最优;地线的存在对于双回线路地面离子流场并无明显影响。     

直流离子流场的有限元迭代计算

针对高压直流输电线下方地面处电场强度及离子流密度的问题,采用有限元迭代方法求解了双极离子流场控制方程。将正负极电流连续性方程合并,减少了计算的复杂度。利用圆筒电极问题,将该文计算结果与解析解进行对比,验证了算法的有效性。将方法应用于200kV直流输电线路模型的计算,并与文献测量结果进行对比,计算结果与实测结果较符合,认为误差主要与测量环境有关。利用该文方法计算了实际±500kV直流输电线路离子流场问题,并分析了导线对地高度、极间距变化时地面电场强度和离子流密度的变化情况,结果显示,随导线高度升高和极间距减小,地面处最大电场强度和离子流密度随之减小。     

高压直流输变电系统下的三维离子流场计算

采用适当的假设,可使三维直流离子流场的泛定方程和边界条件得以简化。本文用优化模拟电荷法求得静电场下的电力线,在正交曲线坐标系中计算离子流场的空间电荷密度、场强和离子流的分布。计算数据与解析解、模型下的测量值相比较,其结果令人满意。该算法适用于全挡距直流架空线和换流站的电场分析,也可用于其它类似物理问题的计算。     

高压直流输电线路离子流场的计算方法研究

高压直流输电线路发生电晕放电时,周围空间会充满带电离子,从而使空间电场显著增强。为了准确计算地面离子流场,文中采用该有限元—积分法对双极离子流场的控制方程进行求解。文中在计算合成电场时采用了有限元外推法,同时还对空间电荷密度初值进行了改进。通过利用该方法对同轴圆柱模型和±400 kV的直流线路进行的比对计算,验证了该算法的有效性。同时,在实际的±500 kV直流线路上,把该算法的计算结果与已有算法的计算结果进行了对比。实际线路验证和算法间对比均表明,该方法具有较好的精度。最后,采用所提出的方法对±800 kV直流输电线路的地面合成电场和离子流密度进行了预测。     

Adaptive finite-element ballooning analysis of bipolar ionizedfields

This paper presents an adaptive finite-element iterative method for the analysis of the ionized field around bipolar high-voltage direct-current (HVDC) transmission line conductors without resort to Deutsch's assumption. A new iterative finite-element ballooning technique is used to solve Poisson's equation wherein the commonly used artificial boundary around the transmission line conductors is simulated at infinity. Unlike all attempts reported in the literature for the solution of ionized field, the constancy of the conductors' surface field at the corona onset value is directly implemented in the finite-element formulation. In order to investigate the effectiveness of the proposed method, a laboratory model was built. It has been found that the calculated V-I characteristics and the ground-plane current density agreed well with those measured experimentally. The simplicity in computer programming in addition to the low number of iterations required to achieve convergence characterize this method of analysis     

邻近交流线路时直流输电线路电晕损失的计算与分析

为了对与交流线路邻近的直流输电线路的电晕损失进行预测,提出了一种计算交直流混合输电线路走廊中直流输电线路电晕损失的数值计算方法。该方法采用有限元和有限体积法计算交直流输电线路产生的混合离子流场,通过在每一时间步上进行迭代求解导线表面的电荷密度,使其满足Kaptzov条件,进而获得导线电晕电流,实现电晕损失的计算。该方法采用隐式时间差分,可采用较大的时间步长,提高了计算速度。通过与多种结构交直流邻近线路模型的测量结果的对比,验证了算法的有效性。利用实验和仿真分析,获得了电晕损失随邻近距离、交流电压值的变化规律。最后,基于所提出的方法对与1 000 kV交流线路邻近的±800 kV直流线路的电晕损失进行了分析计算,得到了不同接近距离时的直流电晕损失值。     

双极HVDC线路离子流电场计算及影响因素

高压直流输电线路运行时电晕形成的独特离子流电场对环境的影响已成为线路设计和环境影响评价的重要内容,而离子流电流密度和电场强度是表征离子流电场的重要特征参数。为此运用解析法计算了地面最大离子流电流密度和最大电场强度分布并分析了导线设计参数对它的影响。研究发现,运行电压较高时,导线高度、极间距是影响离子流电场的主要参数,与美国电力科学研究院的半经验公式法表达的规律一致。     

地形结构及参数对特高压直流地电流散流特性的影响分析

直流接地极注入电流会对周边电力设施产生不利影响,而地形结构是特高压直流地电流散流特性的重要影响因素。为此,根据接地极极址的不同情况,分别建立了水平双层及复合分层的地形结构。首先,由镜像法和行波法消除了土层间的界面效应,进而推导出一种求解地中电流密度的简易算式,形式简单,易于大规模编程计算。其次,通过软件建模仿真,验证了提出的算式的准确性及可行性。最后,依托工程案例,研究了地形结构及参数对直流地电流散流特性的影响规律。提出的算式可用于特高压直流地电场的计算,对于深层土壤电阻率的测量、交流系统及埋地设施的选址均有一定的指导意义。     

计及地电位升高的HVDC输电线路离子流场的计算

超高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路离子流场的计算对于输电线路的设计具有重要意义。然而考虑地电位升高的地面离子流场的计算却很少,为此,在Deutsch假设的基础上,为了研究计及地电位升高时HVDC输电线路产生的离子流场,将地电位升高作为第1类边界条件,应用模拟电荷法,建立了考虑地电位升高影响的HVDC输电线路下方离子流场计算模型。计算结果表明,在不计及地电位下,与可查询的文献相比,计算结果与其基本一致。计及地电位下,地面离子流密度与电场的值分别有所增大,同时分析了不同地电位升高值、导线高度及极间距下,地电位的变化对超高压输电线路地面合成电场以及离子流场的影响。     

Improved calculation of finite-element analysis of bipolar coronaincluding ion diffusion

This paper presents an iterative method for the analysis of bipolar corona associated with the ionized field around high-voltage bipolar direct-current (HVDC) transmission-line conductors. A new finite-element technique (FET) is proposed to solve Poisson's equation where the constancy of the conductors surface field at the corona onset value is directly implemented in the finite-element formulation. Satisfying the current continuity condition and updating the space-charge density are based on the application of Kirchoff's current balance law at each node of the finite-element grid and take the ion diffusion into account. In order to investigate the effectiveness of the proposed method, a laboratory model was built. It has been found that the calculated V-I characteristics and the ground plane current density profiles agreed well with those measured experimentally. The simplicity in writing the computer program, in addition to the low number of iterations required to achieve convergence, characterize the new method of analysis     

A finite-element analysis of bipolar ionized field

This paper describes a new iterative method for the analysis of the bipolar ionized field in HVDC transmission lines without resorting to Deutsch's assumption. The finite-element technique (FET) is used to solve Poisson's equation where the constancy of the conductors' surface field at the corona inception value is directly implemented in the finite-element formulation. The proposed method has been tested on laboratory and full-scale models. The calculated V-I characteristics agreed well with those calculated and measured previously. The dependence of the corona current as well as its monopolar and bipolar components on the conductor height is discussed. The simplicity in computer programming in addition to the low number of iterations required to achieve convergence characterize the proposed method of analysis