特高压直流输电线路离子流场计算方法及改进

介绍了基于迎风差分算法的高压直流线路下离子流场的计算方法。文中改进了导线表面电荷密度初始值的计算方法和更新迭代方法,使计算中可以考虑分裂导线的情况。提出在直流离子流场计算过程中使用连续边界条件可以提高计算精度并显著提高计算效率。通过直流输电线路下地面合成电场、离子流密度计算结果和实测结果的比较,对本文算法进行了验证。最后使用本方法对典型±800kV特高压直流线路下离子流场进行了仿真计算。     

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。     

直流输电线路三维离子流场的计算方法

当考虑导线弧垂、杆塔、地面起伏以及临近建筑物等影响时,高压直流输电线路的离子流场是一个三维场,需要提出有效的三维直流离子流场的计算方法。采用优化模拟电荷法求得标称电场的电力线,然后基于Deutsch假设计算直流离子流场的空间合成电场。针对直流模拟试验线段,对其附近放置房屋模型时地面及房屋模型顶部的合成电场进行计算和测量,将计算结果与测量结果进行比较,其结果令人满意。该方法还适用于换流站的离子流场分析以及其他类似物理问题的计算。     

超/特高压交流输电线路电晕损失的数值仿真研究

电晕决定输电线路的电磁环境特性。采用模拟电荷法计算交流输电线路的电晕损失,交流导线用多根线电荷表示,导线表面场强超过起晕场强时令一定量电荷由导线表面发射到空间中。将交流周期分为若干时段,在每一时刻都考虑了导线表面电荷发射、空间电荷运动、空间电荷复合等效应,重复计算若干周期直至离子流场稳定。在已有方法的基础上改进了起晕条件和电荷发射的计算方法,考虑了导线表面电场不均匀性对电晕放电的影响,从而可以对多相多分裂导线离子流场进行仿真计算,进而计算得到线路电晕损失。对三相8分裂特高压交流线路电晕损失计算结果与试验结果有较好的一致性。     

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。     

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。     

直流输电线路下方建筑物附近离子流场的计算

直流输电线路下方建筑物附近电场分布复杂,基于Deutsch假设计算建筑物附近的离子流场在理论上会造成较大的误差,同时无法考虑风速的影响。基于上流有限元方法计算直流模拟试验线路下方房屋模型附近的离子流场,采用新型的迭代收敛控制技术,保证了迭代收敛过程的稳定性。计算结果与试验数据进行对比,得到了很好的验证。结果表明上流有限元方法适用于直流线路下方建筑物附近离子流场的计算。考虑风速的影响,计算建筑物附近离子流场,发现风速对建筑物附近合成场强以及离子流密度的影响很大,因此在计算直流输电线路下方建筑物附近电磁环境时,必须考虑风速对离子流场的影响。     

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。     

风速对特高压直流输电线路离子流场分布的影响

特高压直流(UHVDC)输电线路地面离子流场的大小是检验电磁环境是否超标的重要判据,对不同风速条件下的地面离子流场的分布进行了计算研究。针对离子流场的计算,提出一种改进迭代上流有限元方法,建立了考虑风速影响的离子流场模型。研究了不同风速对±800 k V输电线路离子流场分布规律的影响。研究表明,地面最大合成场强和离子流密度随风速的增大而增加明显,且风速会使其发生一定偏移。考虑风速为8 m/s时,地面最大合成场强比无风增加了12.64 k V/m,且地面最大离子流密度是无风时的2.65倍。水平风速越大地面合成场强和离子流密度的分布曲线和峰值往背风向偏移越严重,空间其他较远处的合成场强和电荷密度变化不大,且空间合成场强与电荷密度的最大值主要分布于导线周围空间。     

直流电晕笼中离子流场的计算

直流电晕笼是研究直流特高压输电电磁环境问题的重要试验设备,为了更好地分析直流电晕笼,从而更好地为直流特高压输电建设服务、有必要对直流电晕笼中的空间电荷、合成电场以及离子流等参量进行计算仿真.因此以Kaptzov假设为基础,将模拟电荷法与迎风差分有限元法相结合,对直流离子流场进行了仿真,通过与现有文献中的电晕笼实验数据的比对,验证了仿真算法的有效性,并由此给出了典型单、双极直流电晕笼中的离子流场计算结果.仿真结果表明,单、双极直流电晕笼中的空间电荷分布存在较大差别,单、双极电晕笼试验的等效性有待进一步探讨.该算法求解速度快、稳定性好、计算精度较高,对于分析直流电晕笼试验具有一定的参考价值.     

求解恒定电场的一种方法─组合法

本文介绍了用有限元法与模拟电荷法组合求解恒定电场的方法——组合法。这种方法利用了有限元法和模拟电荷法各自的特点，避其不足，达到了提高计算精度和效率的目的，并给出了计算实例。     

求解恒定电场的一种方法—组合法

本文介绍了用有限元法与模拟电荷法组合求解恒定电场的方法－组合法。这种方法利用了有限元法和模拟电荷法各自的特点，避其不足，达到了提高计算精度和效率的目的，并给出了计算实例。     

计算三芯绝缘电缆内电场的叠加算法

本文针对三芯电力电缆内三导体布置上的对称性,提出了一种采用模拟电荷法计算其电场的新算法。该算法基于叠加原理将电缆三导体带任意电压时场的计算归结为一种简单电压条件下场的计算,从而简化了计算过程、节省了计算时间。算例表明本方法还具有使用模拟电荷元较少、计算精度较高的优点。     

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.     

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。     

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。     

用优化模拟电荷法计算500KV变压器引线的三维电场

本文研究了将优化模拟电荷法应用于复杂电场计算中的困难,并提出了解决办法。文中采用了微商法来计算目标函数的梯度矢量,并导出相应公式,以克服用差商计算时的误差,从而使设计变量数及模拟电荷数大为提高。本文成功地计算了由329个模拟电荷所模拟的,含有710个设计变量的复杂三维电场。此外,还发展了一种新的变密度线段电荷,使场中电极表面上的电荷分布更为合理。 应用上述方法,计算了500kV电力变压器直接式引线的电场,并比较了不同形状的均压球电场,供设计应用。     

交流输电线电晕放电对地面工频电场影响的简便计算方法

为研究超、特高压交流输电线路电晕放电产生的电磁环境影响,从气体放电理论出发,推导出了正极性电晕现象产生的空间电荷的计算式,并提出了基于等效电荷法的交流线路下离子流场的计算方法。首先根据Shock-ley-Ramo定理推导的公式计算出空间电荷量,然后与导线电荷叠加,利用高斯定理求解输电线电晕放电情况下的地面工频电场场强。该方法所用的等效电荷数少,计算简便。对可查询文献所提供的算例进行了仿真计算并将二者的结果进行了比较,二者符合得很好。最后,对我国750 kV紧凑型特高压交流输电线上3种导线型号的电晕放电对地面工频电场强度的影响进行了仿真计算,并对结果进行了分析和讨论。     

特高压交流输电线路电晕放电对工频电场的影响

目前,中国投入运行的交流输电线路中电压等级最高的已达到1 000 kV,为了精确计算超/特高压输电线路的工频电场,笔者基于模拟电荷法,建立了考虑电晕放电的计算模型。模型中需要计算导线周围离子流场中正负电荷的运动、复合及最终在宏观上达到稳态的过程。空间中任意一点的工频电场由导线内的束缚电荷和空间中的电离电荷共同决定。其创新点在于每根分裂子导线单位长度的电量仅用一个模拟线电荷等效代替。与现有文献中仿真结果的比对验证了文中计算模型的正确性。对1 000 kV三相8分裂交流输电线路的算例进行仿真计算,并与测量数据对比分析,得出电晕放电使地面工频电场增加约5%的结论。     

用模拟电荷法计算高压变压器端部电场

本文用模拟电荷法,对高压变压器端部静电环的绝缘层表面,最大电场强度附近局部区域的电位和场强进行了计算.计算中采用了用模拟电荷仅满足最大场强附近的局部边界条件的做法.而在处理两种介质分界面的衡接条件方面,由于只对变压器油一侧电场感兴趣,所以,本文提出了一种折算方法,可将两种介质简化为一种介质.采取上述两项措施后,既减少了模拟电荷的数目,又保证了计算精度的要求.