基于异构网格数据映射算法的干式变压器多物理场耦合分析

为准确获得干式变压器热点温度及温度场分布情况,提出一种基于异构网格数据映射算法的干式变压器电磁-温度-流体多物理场耦合分析方法。首先建立了干式变压器实际物理模型,采用有限元法对其内部磁场进行分析,得到干式变压器铁心及绕组的磁通密度分布及磁场损耗分布;然后采用异构有限元网格间结构映射和加权插值算法,将磁场损耗映射至温度场-流体场有限元分析中作为热源,计算干式变压器温度场与流体场分布情况,实现了干式变压器电磁场-温度场-流体场的耦合分析;最后,实测结果和对比计算结果验证了所提方法的先进性和有效性。     

电磁场边值问题求解的径向基函数方法

为了解决网格法在电磁场计算中面临的网格剖分和场函数不连续问题,引径向基函数插值方法入电磁场边值问题计算,形成基于径向基函数的配点型无网格解法,它在求解中仅需节点信息,彻底摆脱了网格对求解的制约;在径向基函数插值原理基础上给出电磁场边值问题的径向基函数求解方法,建立了相应的离散模型。在1维和2维边值问题求解中,径向基函数法和网格法(有限差分法)对比表明:径向基函数方法不仅在配置点处有更高的计算精度,而且插值函数光滑性更好,对准确解的逼近能力更强。该方法结合了无网格和径向函数的特点,具有实施方便灵活、精度高和易于处理高维问题的优势。     

面向电磁装置磁-热耦合分析的异型网格映射方法

采用弱耦合有限元法求解电磁装置中的电磁场、流场和温度场的耦合问题时,电磁场计算得到的能量损耗要通过网格传递到温度场作为载荷,结合空气或液体的散热进行热分析。由于电磁场和热-流场在求解时对网格离散要求相差很大,因此若要兼顾各种场的要求需剖分成统一的有限元模型,势必会造成网格单元数很大、提高计算代价。而如果采用不同的网格模型,则无法实现网格间的数据直接映射。提出一种异型网格映射法,通过高斯积分及坐标变化来实现不同场之间不同网格的数据映射。此外,还提出了该方法的精度控制策略及误差修正系数,以保证计算结果的准确性。将异型网格映射法应用于文献中空气绝缘三相母线槽热分析中,将计算结果与常规同型网格直接映射方法及实验结果进行对比,进一步验证了该方法的有效性。     

温度分布不均匀对±500kV换流变压器二维非正弦稳态交直流复合电场的影响分析

为了分析温度分布不均匀对换流变压器非正弦稳态交直流复合电场的影响,该文采用一种单向耦合的方法,即首先建立±500k V换流变压器二维磁场仿真模型,计算得到铁心和绕组的损耗;其次,建立换流变压器二维流体-温度场仿真模型,并以磁场损耗为热源,利用流体仿真软件Fluent计算分析了热流耦合时的温度场分布;然后通过快速映射法把流体-温度场的温度结果映射到二维电场计算模型;最后通过标量电位的频域有限元方对比分析换流变压器在均匀温度假设和不均匀温度条件下的非正弦稳态交直流复合电场分析结果可为换流变压器的绝缘设计和故障分析提供指导。     

基于代理模型的电力电缆温度场快速计算方法及其应用

电缆内部温度是电缆管理的重要参数,针对高精度数值计算和实验测量均不能快速准确预测电缆内部温度的问题,提出一种基于多物理场仿真数据构建代理模型,并基于代理模型实现电缆内部温度场快速计算的方法。以110kV单芯高压电缆为例,首先对比拉丁超立方设计和最大最小思想优化的拉丁超立方方法构造样本空间的效果,选取最优采样方案,再通过径向基神经网络构建代理模型,以环境温度和载流量为变量构建温度数据集进行测试,进一步通过粒子群算法对代理模型进行优化,最后利用网格节点数据使温度场分布可视化。对比110kV单芯高压电缆内部温度场计算结果,表明所提的基于代理模型的电力电缆温度场快速计算方法具有较高的精度和效率。     

径向基函数-虚边界法在电磁计算中的应用

借助弹性力学中"虚边界"的概念,将径向基函数方法和传统的边界元法结合,形成了径向基函数-虚边界法,并将其应用于电磁场的数值计算中。该方法利用RBF插值精度高和无网格的特点,解决了传统边界元法中边界场量的逼近依赖网格、插值函数精度低的问题;虚边界的引入使得积分点和积分源点分别位于不同的边界上,从而使该方法有效的避免了奇异积分和边界层效应;通过选用圆形虚边界使得该方法的边界积分可以无需背景网格支持,从而使整个求解过程完全摆脱了对网格的依赖,是一种真正的边界型无网格法。论文计算和分析结果表明:相比于传统边界元法,该方法的求解精度有了显著的提高。     

变电站电磁场测量数据的径向基函数处理方法

为更准确描述变电站内的电磁环境,针对有限的电磁场测量数据,提出了基于径向基函数插值的数据后处理方法。首先将变电站测量数据处理归结为一类曲面插值模型,给出了径向基函数曲面插值的离散方程和实施方案。在实测电磁场数据的基础上进行的插值仿真结果表明:插值后场量函数的连续性、光滑性更好,更贴切反映了物理量的连续变化规律并给出区域内场量分布更精细的信息;径向基函数插值实施简便,对空间维数不敏感并可方便应用于二维和三维数据处理中,是一种有效的数据后处理方法。     

广义有限差分法在静态电磁场计算中的应用

广义有限差分法是一种新型区域型无网格数值离散方法。该方法基于多元函数泰勒级数展开式和加权最小二乘拟合,将控制方程中未知参量的各阶偏导数表示为相邻节点函数值的线性组合,克服了传统有限差分法对网格的依赖性。将广义有限差分法应用于电磁场问题的数值模拟中,建立了静态电磁场问题广义有限差分法的数值离散格式。为验证所提算法的有效性,对比了该方法与有限元方法在处理规则求解域与复杂求解域电磁场问题的差异。数值算例表明,该算法稳定,效率高,计算精度高。     

电力系统负荷的径向基函数网络预报

根据径向基函数理论建立的径向基函数神经网络(RBFN)可实现非线性系统的输入、输出映射关系,本文依据该理论建立了一种负荷预报的新算法——径向基函数网络预报法。该算法依据历史负荷数据和天气信息,能够体现负荷的波动性和气温对负荷的影响,实现电力负荷的短期预报。     

基于高斯函数与正则化法的复杂温度场图像重建算法研究

针对高斯函数温度场重建算法在复杂温度场图像重建中精度较低问题，提出一种基于高斯函数级数与正则化方法相结合的复杂温度场重建算法，通过在温度场重建中加入火焰先验信息，实现在较少测量数据下炉内复杂温度场的重建。仿真结果表明，该算法比高斯函数温度场重建算法具有较高精度和抗干扰能力，而重建速度相当，可望将该算法用于电站锅炉炉膛的二维温度场重建。     

应用无网格迦辽金法的电力电缆载流量计算

针对电力电缆载流量计算的温度场局部高梯度以及电缆、土壤层构成的多层不连续材料问题,提出一种基于无网格迦辽金法(element free Galerkin method,EFG)的电缆载流量计算新方法。建立了具有不连续材料的地下直埋电力电缆载流量计算二维温度场模型,使用EFG离散化模型,利用拉格朗日乘子法解决多层不连续材料问题。针对温度场局部高梯度问题,采用非均匀布点,在局部高梯度附近加密节点,使用Linked-Cell-List算法提高动态影响域的计算效率。计算结果表明,相比有限元法,EFG求解电缆温度场局部高梯度问题时误差更小,计算精度更高。     

基于非平均热源的油浸式变压器2维温度场分析

为了更准确地研究油浸式变压器温度场分布,考虑磁场损耗分布不均匀性和温度对媒质物性参数的影响,提出一种基于非平均热源的多物理场耦合计算方法。该方法结合了有限体积法和有限元法的优点,采用有限体积法分析变压器流场分布,采用有限元法研究变压器温度场分布,并在有限体积法和有限元法中分别加入迎风格式,可有效避免计算过程中产生的非物理振荡。通过数据映射方法,将磁场损耗分布映射到温度场的计算网格中,得到温度场分析的非平均热源。针对换流变压器2维简化模型,分别用该算法和多物理场仿真软件Comsol计算了流体场和温度场,2种方法得到的速度峰值最高差≤0.03 m/s,最高温度相差≤3 K,验证了该算法的有效性。此外,还对比分析了平均热源和非平均热源条件下的温度场分布,分析结果表明,与平均热源方法相比,非平均热源的计算结果与理论分析更相符,可为变压器的寿命预估与热点预测提供参考。     

基于改进粒子群-径向基神经网络模型的短期电力负荷预测

为了准确、快速、高效地预测电网短期负荷,提出了改进的粒子群–径向基神经网络算法。用改进的粒子群算法训练径向基神经网络,实现了径向基函数神经网络的参数优化。建立了短期电力负荷预测模型,综合考虑气象、天气、日期类型等影响负荷的因素进行短期负荷预测。算例结果表明,该算法优于径向基神经网络法和粒子群–径向基网络算法,克服了径向基网络和粒子群优化方法的缺点,改善了径向基神经网络的泛化能力,输出稳定,预测精度高,收敛速度快,平均百分比误差可控制在1.2%以内。     

基于混合法的油浸式变压器二维瞬态温度场仿真

温升是影响油浸式变压器正常运行的重要因素,为了得到变压器的温度场分布,提出一种基于混合方法的多物理场计算方法。对于油浸式变压器流体场和温度场的强耦合问题,混合方法考虑了温度对媒质物性参数的影响,采用迎风有限体积法和迎风有限元法依次计算流体场和温度场,即流体场和温度场依次循环求解,最终得到油浸式变压器启动过程瞬态温度场和稳态温度场。为了验证文中算法的有效性,采用换流变压器二维简化模型,分别采用文中方法和多物理场仿真软件Comsol计算了常温下的稳态温度场,计算结果验证了混合方法的准确性和有效性。在验证文中算法有效性的基础上,利用该方法分析了换流变压器常温环境下启动过程的瞬态温度场分布,分析结果可为工程提供参考。     

一种表面-内置式永磁转子同步电机三维全域温度场分析

针对表面-内置式永磁转子同步电机(SIPMSM)具有结构紧凑和功率密度高的特点,准确计算SIPMSM各部件的温度分布非常重要。采用电磁场-温度场耦合分析的方法对SIPMSM的三维全域温度场进行计算。建立SIPMSM的电磁场和温度场有限元模型,分析在同步运行速度下负载和永磁体退磁对SIPMSM三维全域温度场的影响,也分析了在额定负载下运行速度对SIPMSM三维全域温度场的影响。通过仿真与实验结果的对比分析,验证了样机模型的合理性和计算结果的正确性。     

大功率高速永磁电机三维全域热-流场分析

大功率高速永磁电机采用空-水冷混合冷却系统,同时存在水流域和空气流域,常规的单流域数值计算简化模型很难精确计算电机温度场。本文以一台1.12MW、18000r/min的空-水冷高速永磁电机为例,建立三维全域流-固求解域模型,提出多层变尺度网格划分方法,实现对电机网格的精细化控制。采用有限体积法对流体场及温度场进行耦合计算,揭示了水流场与空气流场的流动特性以及电机内各个部件的温度场分布特性。将全域热流场计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性。基于全流域计算结果,拟合出对流换热系数与双螺旋水道轴向位置的关系式。为高速永磁电机冷却系统优化设计等相关研究奠定基础。     

基于PSO-RBF混合算法锂离子电池SOC估算

为提高锂离子电池荷电状态的预测精度,将粒子群算法引入到径向基神经网络中,建立锂离子电池荷电状态混合估算算法。采用粒子群算法对径向基神经网络隐层节点中心和宽度及连接权值进行优化,降低径向基神经网络参数取值的繁杂度,提高荷电状态预测精度。利用Arbin BT2000多功能蓄电池测试平台,获取到锂离子电池放电数据,进行模拟训练和预测。实验表明:混合算法相对RBF网络具有更好的预测能力,满足荷电状态估算精度误差小于5%的要求,验证了该模型是有效、可行的。     

细菌群趋药性算法在电气设备缺陷参数红外识别中的应用

将电气设备零件缺陷参数的红外定量识别视为某种形式的结构设计优化问题,引入细菌群趋药性优化算法和径向基函数神经网络,搭建了一个简单而完整、通用灵活的多学科设计优化框架对该问题进行求解。其中径向基函数神经网络作为代理模型,精度较高、计算速度较快,可简化复杂、费时的有限元计算以得到不同缺陷参数条件下零件表面的温度场;将该温度场与目标温度场之间的差异作为目标函数,以细菌群趋药性优化算法进行缺陷参数的定量识别。该方法在一个简单的三维夹杂型缺陷参数的红外识别算例中取得了满意的结果,与粒子群优化算法相比,可以更快地接近优化解。     

求解电磁场的分片多项式方法

本文对给定区域的任意三角剖分，利用分片二次多项式的基函数，导出了一种求解任意场域二维电磁场问题的新数值计算方法－分片多项式方法，按此方法不仅可保证场域中位函数的连续性，而且可保证场量（位的导函数）的连续性，从而提高了电磁场问题数值解的精度，本文方法与通常线性插值有限法相比较，还具有三角元剖分数少及初始输入数据工作量小等优点。     

油浸式变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法

提出了一种基于有限元法和有限体积法的变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法。通过建立变压器三维模型,采用有限元法分析变压器内磁通密度分布,并求得变压器及绕组损耗。将变压器铁芯及绕组损耗作为热源,采用有限体积法求解变压器流体-温度场,分析变压器内部油流及温度分布,同时根据温度场结果对变压器损耗进行修正,通过迭代求解变压器流体-温度场获取变压器内部最终温度分布结果,提高求解精度。采用所提方法对35 k V油浸式变压器进行三维电磁-流体-温度场分析,将结果与经验公式的热点温度计算结果进行对比,验证了所提方法的有效性和正确性。