改进表面电荷法与三维空间电容的数值计算

该文对表面电荷法进行了改进，用曲面三角形单元取代平面剖分单元，并用二次项进行插值，给出了剖分单元上的数值离散格式。利用改进的表面电荷法，对均压环和平板对地电容进行了数值计算。结果分析表明，计算值与测量值相当好的一致性。     

基于改进表面电荷法的空间电容计算

改进了三维空间表面电荷法,利用曲面单元对设备结构进行了剖分,给出了数值离散格式,对均压环对地、平板对地的空间电容数值进行了计算,并将计算结果与测量值进行了比较分析。结果分析表明,计算值与测量值有相当好的一致性。     

新型曲面三角形边界元法及其精细后处理研究

为了精确计算三维静电场的电场强度和电位分布,提出了新型曲面三角形边界元,对边界进行二阶三角形单元剖分,但只计算单元顶点节点上的函数值.根据二阶三角形曲面参数方程,采用面积比值法构造出与曲面二阶单元上3个顶点相对应的形状函数.由于新型曲面边界元法采用曲面积分,其计算精度明显提高.虽然顶点节点上函数值的计算精度提高了,但只能以平面单元的形式显示,与实际模型相差较大,在模型网格剖分粗糙时尤为明显.为了进一步完善新型曲面三角形边界元法,提出了精细后处理方法.精细后处理方法是将新型曲面单元进行细分得到新的节点和单元,再精细显示曲面和曲面上的电场.研究结果表明;在计算节点数相同的情况下,与一阶平面三角形单元边界元相比,新型曲面三角形边界元的计算精度显著提高.经过精细后处理显示的边界面比未处理的边界面更接近实际模型.     

B样条曲面边界元方法及其在特高压绝缘子串电场计算中的应用

在计算特高压绝缘子串三维静电场的边界元法中,为了精确确定电场强度和电位分布,提出用双2次B样条曲面拟合实际边界面的B样条曲面边界元法。该方法利用二阶剖分单元的节点坐标信息来求解双2次B样条曲面参数方程,再利用B样条曲面参数方程和面积比值法定义对应于B样条曲面单元4个顶点节点的形状函数;用B样条曲面单元4个顶点作为计算节点,与二阶四边形边界元法相比,计算量大大减少;与线性平面边界元法相比,双2次B样条曲面与实际边界面更接近,从而可以明显提高计算精度。用球形电极和球板电极的电场分布计算进行验算,结果表明:在网格剖分节点数相同时,B样条曲面边界元法的计算精度明显优于线性边界元法。最后,将B样条曲面边界元法应用于交流特高压绝缘子串的电场强度和电位分布计算。     

新型曲面三角形边界元法及其在电场计算中的应用

用边界元法计算工程三维静电场时,为了减少计算节点数同时提高计算精度,提出了新型曲面三角形边界元方法.该方法利用二阶单元剖分边界面,再利用面积比值法构造对应于二阶单元的3个顶点节点的形状函数;以二阶单元的3个顶点节点为计算节点,与二阶三角形边界元法相比,大大减少了计算量;与一阶平面三角形边界元法相比,提高了计算精度.取球形电极的电场分布计算为例进行验算,计算结果表明:与一阶剖分的平面边界元法相比,网格剖分节点相同时,新型曲面三角形边界元法的计算精度明显提高;在计算精度要求相同时,新型曲面三角形边界元法计算节点数较少.     

圆弧边界单元及其在旋转电机磁场计算中的应用

本文提出圆弧边界单元和扇形内部单元的新的剖分方法，从而更准确地描述电机类旋转电气设备中电磁场场域几何形状，提高数值计算精度，在计算圆弧单元的奇异积分中采用级数展开方法，对大型汽轮发电机空载磁场的实例计算表明，圆弧边界单元具有剖分简单，精度高等优点。     

线性低频正弦磁场的边界元分析

运用边界元法求解二维线性低频正弦磁场的问题,给出了边界单元在混合插值方案下的各离散积分表达式,求出了奇异积分的解析表达式。引入了τ方法计算特殊函数值,加快了级数的收敛速度,提高了求解精度,并给出算例。     

基于Delaunay三角网剖分的水轮机综合特性曲线数据插值

对不规则的离散水轮机综合特性数据,通常采用几何方法来确定工况点特性数据,这将会产生数据的二重性。对此提出了基于Delaunay三角剖分的水轮机综合特性曲线数据插值方法。即首先将相异坐标单位的数据集的单位流量和单位转速映射变换到同一个坐标单位下的平面,然后应用Delaunay算法对转换后的离散数据进行三角网剖分,并通过三角形单元上的3次多项式对水轮机特性数据进行插值。实验结果显示由本文方法所得插值数据正确且唯一。     

基于B样条曲面参数方程的曲面边界元精细后处理方法研究

B样条曲面四边形边界元方法,是用B样条曲面拟合实际边界面,比一阶单元更接近实际边界,相应的顶点节点上的函数值也比较精确。但由于模型采用高阶单元粗略剖分,该方法单元数量相对较少,剖分后的模型较粗糙,而且模型只能以平面线性单元的形式显示,与实际模型边界差别较大。本文提出了基于B样条曲面参数方程的曲面边界元精细后处理方法。在该方法中,利用B样条曲面的参数方程把曲面单元精细显示出来。单元上新建节点的函数值可由曲面单元顶点上的函数值和面积比值法定义的形状函数插值得到。最后形成经精细显示后的B样条曲面边界元方法。算例表明,经精细显示后边界面比未处理前更接近实际边界。     

计算三维场的环状高精度插值单元

本文介绍一种用于计算三维场的环状高精度插值单元。环状单元按圆周方向作傅立叶级数展开而沿轴向按线性函数展开。由于该函数沿圆周方向可以用解析式表达。所以在边界元法中,使用环状单元较用有限元剖分单元的计算精度高,且收敛快,因此可以大量地减低未知数的数目。本文提供的方法可以计算任意取向,任意截面的多个轴对称电极系统的场。该法还可推广于模拟电荷法及有限元法中。本文中的示例表明了上述观点的正确性。     

Electric field calculation in composite dielectrics by a curved triangular surface charge method

This paper describes a triangular surface charge method (TSCM) called (3,1)‐TSCM, which uses curved surface elements for calculating electric fields in composite dielectrics. The boundary element utilizes a cubic shape function with nine degrees of freedom and a linear function for representing the charge density on its surface. Conventional SCMs, including the (3,1)‐TSCM, show a very large relative error in the composite dielectrics where the permittivity is much higher in one medium than in the other. A modified method called the β method can suppress such relative errors, which expresses electric fields by surface charges without subtraction causing large relative errors. We have applied the β method to the (3,1)‐TSCM and calculated electric fields for a spherical dielectric under a uniform field. The calculated results show that the (3,1)‐TSCM improves the accuracy of the electric field by more than one order compared with the method using flat surface elements with constant charge density on each element. Furthermore, the β method completely suppresses the divergence of relative errors even when the ratio of the permittivity of two media reaches 10¹⁰. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 136(1): 1–8, 2001     

Electric field optimization of the power cable joint by using evolutionary calculation method

This paper examines electric field optimizations at the joint of power cables by using evolution strategy [(1+1)‐ES, (µ+λ)‐ES] and genetic algorithm which are so‐ called evolutionary calculation methods. The object of the paper is to minimize the electric field strength on the inner curved electrode under the constraint that the electric field strength along the interface between the two different insulators should be below the permissible value. The surface charge method that provides accurate solutions on the boundaries for the multilayer substances with a relatively small number of elements is employed for the calculation of the electric field distribution. Three evolutionary calculation methods are employed for the optimization method. Because these methods employ mutation and rearrangement (cross‐over) processes, the shape design can be performed widely and locally. As a result, each method can reduce the electric field strength on the inner curved electrode while the electric field strength along the interface was kept below the permissible value. The search results of each optimization method were compared and (µ+λ)‐ES was found to have the best performance of the three methods. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(4): 44–53, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10287     

油纸绝缘内部合成电场数值模拟方法

油纸绝缘作为换流变压器的主绝缘介质,其内部电场的分布受外加电压以及空间电荷的影响,而传统的数值方法无法准确计算空间电荷的影响。提出一种基于电极肖特基发射理论和瞬态上流元法(TUFEM)求解载流子输运方程的方法,计算了考虑注入势垒、载流子迁移率、陷阱捕获系数以及载流子复合系数等参数影响下的单层油纸绝缘介质内部空间电荷运动分布特性。与试验结果对比表明瞬态上流元法的有效性。研究典型油纸绝缘介质结构内部合成电场强度畸变程度随温度梯度变化的特性。同时,计算得到极性反转电压下不同时刻的电荷运动和电场分布规律。该方法可推广在(特)高压直流换流变压器内绝缘电场计算和优化设计。     

静电放电对无绳电话充电接触失效的影响

进行高压静电条件下的加速失效模拟实验,测量无绳电话充电接触失效循环寿命,证实人体静电放电对充电电极寿命的影响。通过扫描电子显微镜观察触头显微形态和进行表面元素成分的半定量分析,从理论上研究充电接触失效的微观过程和作用机理。研究结论对合理选择电极材料、进行表面处理和防护以及改进电极组件设计具有参考意义。     

锥尖棒－平板间隙电场不均匀系数的近似公式

本文分析了以往计算锥尖棒－平板间隙电场不均匀系数公式的局限性，采用ＣＳＭ对这种间隙电场进行了数值计算。根据计算结果讨论了锥尖棒电极圆柱体半径和长度对间隙电场的影响，并利用数据拟合方法给出了含圆柱体半径的锥尖棒－平板间隙电场不均匀系数近似计算公式。     

大气中短空气间隙流注放电过程数值仿真

介绍了气体放电过程的流体数值模型,并将有限元(finite element,FE)和通量校正传输(flux-corrected-transport, FCT)法结合求解该模型。针对求解时间过长的问题,引入网格自适应剖分法和并行计算方法,提高了计算精度和效率。采用所提出方法仿真了棒板间隙流注放电过程,与实验结果吻合较好。基于仿真方法研究了电压大小、电极形状对放电的影响。基于气体放电现象的物理本质,从微观上研究了气体放电过程,得到了流注过程中空间电荷、电场分布等难以直接测量的微观参量。     

基于稳定域边界二次近似的故障临界切除时间估计

基于故障后电力系统稳定域边界的二次近似来估计临界切除时间。在计算中,通过二次项系数矩阵分块来降维计算二次项系数,大大降低了二次项系数的计算量。临界切除时间由持续故障轨迹和主导不稳定平衡点(CUEP)所决定的稳定域边界二次近似的交点确定。在IEEE3机9节点系统和新英格兰10机39节点系统中的仿真表明了该方法的有效性,特别是对非发电机节点故障临界切除时间的估计精度较高,能够满足工程要求。     

Power system transient stability assessment based on quadratic approximation of stability region

This paper presents an approach to estimate the critical clearing time (CCT) of the multi-machine power systems based on the quadratic surface which approximates the boundary of stability region relating to the controlling unstable equilibrium point. While obtaining the coefficient matrix of the second order term of the quadratic approximation, we partition the coefficient matrix into four blocks to reduce the computation burden. The CCT is estimated by the crossing point of the quadratic approximation and the continuous faulted trajectory. Simulations in IEEE 9-bus and New England system show the effectiveness of the proposed approach.