三维有限元中提高由已知节点电位求场强计算精度的全域节点场强法EI北大核心CSCD

采用节点有限元方法求解节点位函数的精度较高,但基于节点位函数值在单元内求梯度计算场强的方法误差较大。为了提高由已知节点电位求解场强的计算精度,该文提出了一种全域求解节点场强的方法。该方法基于面矢量基函数,对电位的梯度方程进行离散,得到以全域场强为未知量,以节点电位为已知量的有限元方程。通过求解得到全域节点上的场强,充分利用了电位的整体分布信息,比在局部计算电位梯度获得场强的方法精度要高。在形成有限元方程过程中,对梯度项进行了转换处理,避免了求解电位梯度运算,直接利用节点电位值,从而完全克服了在局部区域计算电位梯度所带来的误差,有效提高了场强求解精度。所提方法不仅适用于静电场问题,也适用于其他已知场的标量位分布,求解矢量场强分布的问题。     

电磁检测中的开域电磁场数值计算

该文以涡流电缆偏心检测为例，针对电磁检测中开域涡流磁场难于求解这一问题，根据有限元和边界元的特点，对开域电磁场，采用设定虚拟边界的方法将无界场域分割成闭合的内部区域和开放的外部区域，在两个区域分别采用有限元法(FEM)和边界元法(BEM)，在虚拟边界上采用直接耦合方法，使有限元方程和边界元方程得以成功组合，从而获得全域解。该方法避免了利用自然边界划分有限元区和边界元区，使开放的边界元区含有多种媒质及源，造成边界元方程组非对称满阵阶数过高，难于计算的缺点。得出了磁场的分布及其检测对象的涡流损耗。计算结果与偏心量变化的线性关系和实验结果与偏心量变化的线性关系在视在阻抗的物理意义上具有良好的一致性，且磁场分布趋势合理。     

汽车发电机转子三维温度场有限元计算

提出了针对双离心风扇通风冷却汽车爪极发电机转子三维温度场的计算方法。建立了转子全域三维温度场的有限元计算模型,解决了传统求解电机转子温度场强加边界条件难以确定的问题。基于该三维温度场计算模型,准确计算了额定负载时汽车爪极发电机转子全域稳态温度场。试验结果验证了该电机温度场计算模型的合理性及计算结果的正确性,为汽车爪极发电机优化设计奠定了理论基础。     

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。     

二类变量区间B样条小波有限元承重梁模型研究

结合区间B样条小波与二类变量有限元方法,利用区间B样条小波尺度函数作为插值函数构造单元,借助基函数系数与待求物理参数关系保证单元公共边的连续性。采用全域离散的方法构造一维二类变量区间B样条小波有限元承重梁模型,通过与经典算例的比较验证表明,所构造单元在变载荷和变截面等方面具有较高的求解精度和求解效率。     

基于光流参数方程的复杂全域运动估计

视频图像序列在时域有着很强的相关性,利用这种相关性对图像序列进行运动估计,在图像压缩、目标检测等方面极具应用潜力。目前的全域运动估计,一般只讨论平移运动,对包含缩放、旋转等分量的复杂运动极少涉及,本文提出了一种基于光流参数方程的复杂全域运动估计及补偿算法,将运动估计的参数估计与非参数估计相结合,改进了基于光流方程的块运动模型。理论分析及大量实验证明,此算法能有效的处理包含缩放、旋转等分量的复杂运动,而且本算法将复杂的全域运动分解为各基本运动,使系统可以根据运算量的限制自适应地选择最优的运动估计及补偿算法。     

鼠笼异步电机起动性能的时步有限元计算

时步有限元方法是计算鼠笼异步电机暂态起动特性的一种有效方法，本文针对当前该方法在工程应用中存在的问题展开了研究。在转子转动的处理方面，通过对现有方法进行改进，得到了一种新的处理有限元运动问题的方法——边界耦合法，解决了现有方法存在的效率低、通用性不强和时闻步长不确定等问题。本文还讨论了转子电路方程的建立和电磁转矩计算等方面的问题。     

永磁直线同步电机的有限元分析

针对自行设计的分数槽永磁直线同步电机的特点，在建立有限元分析模型的基础上，采用电磁场有限元数值计算法对永磁直线同步电机的磁场进行分析，给出了永磁直线同步电机的电磁场分布，并计算了永磁直线同步电机的推力和法向力特性。     

基于场路直接耦合法的电压互感器匝间短路外特性分析

发电机出口电压互感器（TV）匝间短路将在系统中产生不平衡电压导致发电机基波零序定子接地保护动作，TV故障外特性对机组稳定运行有重要意义。对此，基于Maxwell和Simplorer软件对单相电压互感器电磁转换过程仿真，建立可在每一计算步长实现场路间数据交换的场路直接耦合有限元模型，针对TV一次绕组匝数大难以直接建模，提出绕组分组技术，并设计搭建了实验平台，对有限元仿真模型的准确性进行实验验证。基于有限元特征量计算结果，分析了TV不同运行状态的电、磁特征量，并给出了基于绕组分组技术的TV匝间故障解析模型。仿真验证结果表明：TV匝间故障解析模型进行一次电流、环流等故障特征量分析准确有效。     

有限元外推在高压电场分析计算中的应用

介绍了有限元外推方法，采用外推方向可以把线性元有限元数值解的精度从Ｏ（ｈ＾２）提高至Ｏ（ｈ×２），大大改善了解的精度，因此，采用有限元外推方法只需要采用很少的剖分单元就能满足一定的精度要求，节省大量计算时间，通过对一典型边值问题的分析计算，有限元外推方法的这些优点得到充分体现。另外，又通过对线板式静电除尘器导线起晕电压的分析计算，有限元外推方法在工程问题计算中的实际价值得到证实。     

基于敏感性分析的H2/O2反应机理最优简化

已有的反应流计算方法通常采用简单的化学反应机理。由于火焰中不同区域的化学特性变化较大，有时简单反应机理不能精确描述燃烧过程的化学特性；而计算包含详细反应机理的复杂反应流问题仍然是十分费时的。最优简化法可根据设定的化学精度要求实现详细反应机理的最优简化。通过对包含20个可逆基元反应的H2/O2燃烧机理的简化结果与原机理计算结果的比较，取得了良好的效果。同时，结合敏感性分析法深入揭示了氢、氧燃烧的化学过程。     

一种基于改进广义积分控制的有源滤波器谐波补偿方法

针对传统广义积分控制存在的稳定性问题,提出一种基于改进广义积分控制的谐波补偿方法,以增强有源电力滤波器的补偿性能。通过在传统广义积分控制器中引入一阶微分环节,抵消被控对象极点并等效降低系统阶数,从而使得系统相位裕度提升。同时构建同步旋转坐标系下的多通道改进广义积分控制结构,使得改进广义积分控制器数量和需整定的控制器参数减半,降低了设计复杂度且有效避免滤波频段交叉问题。接着开展离散域下的控制器关键参数影响特性分析,得到不同积分系数下的系统稳定性演化趋势,校核结果表明了参数设计的合理性。最后,通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。     

TIME DOMAIN ELECTROMAGNETIC FIELD COMPUTATION WITH FINITE DIFFERENCE METHODS

The solution of Maxwell's equations in the time domain has now been in use for almost three decades and has had great success in many different applications. The main attraction of the time domain approach, originating in a paper by Yee (1966), is its simplicity. Compared with conventional frequency domain methods it takes only marginal effort to write a computer code for solving a simple scattering problem. However, when applying the time domain approach in a general way to arbitrarily complex problems, many seemingly simple additional problems add up. We describe a theoretical framework for solving Maxwell's equations in integral form, resulting in a set of matrix equations, each of which is the discrete analogue to one of the original Maxwell equations. This approach is called Finite Integration Theory and was first developed for frequency domain problems starting about two decades ago. The key point in this formulation is that it can be applied to static, harmonic and time dependent fields, mainly because it is nothing but a computer-compatible reformulation of Maxwell's equations in integral form. When specialised to time domain fields, the method actualy contains Yee's algorithm as a subset. Further additions include lossy materials and fields of moving charges, even including fully relativistic analysis. For amny practical problems the pure time domain algorithm is not sufficient. For instance a waveguide transition analysis requires knowledge of the incoming and outgoing mode patterns for proper excitation in the time domain. This is a typical example where both frequency and time domian analysis are essential and only the combinatin yields the successful result. Typical engineers may wonder why at all one should apply time domain analysis to basically monochromatic field problems. The answer is simple: it is much faster, needs less computer memory, is more general nad typically more accurate. Speed-up factors of over 200 have been reached for realistic problems in filter and waveguide design. The small core space requirement makes time domain methods applicable on desktop computers using milions of cells, and six unknowns per cell—a dimension that has not yet been reached by frequency domain approaches. This enormous amount of mesh cells is absolutely neceesary when complex structures or structures with spacial dimensions of many wavelengths are to be studied. Our personal recod so far is a waveguide problem in which we used 72,000,000 unknowns.     

考虑暂态稳定性约束的最优潮流问题

电力系统动态安全经济运行领域中的许多关键技术问题如暂态稳定性预防控制、紧急控制、最大传输容量等问题都可描述为考虑暂态稳定性约束的最优潮流问题。综述了考虑暂态稳定性约束的最优潮流问题的研究现状,分析比较了该领域中基于能量函数的优化方法、基于时域仿真技术的优化方法各自的特点及其研究中存在的问题。在此基础上,分析了考虑暂态稳定性约束的最优潮流问题的特点以及该领域研究的技术重点。     

都市化城市中心城区配电网优质供电方式探讨

随着中国经济的高速发展,目前已形成乡村城镇化,城镇都市化的趋势,以上海为代表的一线城市正逐步迈入国际化大都市的行列。如何针对这种新的趋势确立与都市化发展相适应的供电方式就成为所有供电公司都必须面临和解决的问题。为了支撑都市化的供电需求,针对都市化用电负荷特点,本文总结上海中心城区的成熟供电经验,通过对沪南供电分公司所辖供电范围内,如锦江商务区、南太平桥住宅区和北太平桥商业文化娱乐区等一系列具有中心城区特色的典型区域的现有供电需求及供电方式进行研究,同时以国家电网公司提出的＂坚强电网＂的各项指标为基础,提出了适应都市化城市中心城区的典型供电指标体系及典型供电方式,为今后城市高质量供电提供参考。     

电磁波斜入射分层介质问题FDTD分析

分层半空间二维斜入射问题一般转化为一维情况来处理,但该处理方法的有效性与入射角的大小紧密相关。对一维修正处理方法斜入射角度的适用范围进行了研究,同时,利用该方法研究了介质的介电常数、电导率和色散特性对反射波时域、频域特性的影响,结论对分层半空间问题FDTD分析、地物反演等应用有重要指导作用。     

Aerial and grounding system analysis by the shifting complex imagesmethod

This paper introduces a novel computer method for the analysis of both aerial and grounding systems of conductors. The computer method based on an hybrid approach, allows to incorporate into a single linear system both lumped and distributed circuit parameters, evaluated by a rigorous electromagnetic field analysis. The conductor system is replaced by a suitable set of elementary current sources. These may be plain or hollow, bare or insulated, freely oriented and interconnected in the three dimensional space, which is considered formed by two half spaces each one homogeneous, linear and isotropic (e.g., air and soil). Therefore the method does not pose geometric and topological limitations and enables to compute voltages and currents at the source (boundary) elements as well as vector potentials, electric and magnetic fields anywhere in the surrounding medium. The range of application of this method is sufficiently wide including any practical electric power system application. The method may be applied for frequencies up to 1 MHz, thus covering the frequency spectrum of a typical full lightning too. Results which are derived first in the frequency domain can be converted to the time domain by Fourier transform algorithms. In this way it is also possible to analyze the response to transient signals of both aerial and grounding systems having complex geometry     

耦合电感三电平双降压式逆变器

双降压式逆变器是一种可靠性和转换效率均较高的新型逆变器,针对其直流电压利用率低、桥臂输出仍为双极性PWM调制波的缺陷,提出了一种新型三电平双降压式逆变器,充分利用双降压式逆变器的半周工作模式,使桥臂输出改进为三电平PWM调制波,并降低了功率器件的电压应力。但在电感电流断续区可能出现高的器件电压尖峰,通过将两电感耦合,可对桥臂电压进行钳位消除电压尖峰,同时也减小了磁件本身的大小。耦合电感三电平双降压式逆变器在减小体积重量的同时保持了高效率、高可靠性。试验结果验证了以上分析的正确性。     

复转矩系数法的适用性分析及其时域仿真实现

针对广泛应用于电力系统次同步振分析的复转矩系数法,对其成立的基本前提进行了分析,在此基础上,研究了其适用范围。对复转矩系数法与小扰动特征值分析法进行了比较,系统地评述了小扰动特征值分析法的特点,指出了复转矩系数法的到之处。提出了用时域仿真计算复转矩系数的方法,论证了本方法的可行性,并用时域仿真的方法计算了一个具体系统的复转矩系数。