直流输电线路离子流场计算方法

介绍了直流输电线路离子流场计算中主要的3种方法：半经验公式法、基于Deutsch假设的数值计算方法和二维数值计算方法。简要介绍了每种方法的原理、实现过程和优缺点，比较了3种方法在准确度、计算效率和实现难度上的差别。文章认为，为满足我国不断发展的电网建设要求，以不断进步的计算机硬件和数值计算方法作为保障．二维数值计算方法将是研究的重点。     

高压直流输电线路离子流场计算研究综述

高压直流输电线路离子流场的求解是其电磁环境分析和评估的基础。本文对高压直流输电线路离子流场计算研究现状进行了综述,对其中存在的困难进行了分析,并介绍了相关的研究进展。对目前高压直流输电线路离子流场的研究进行了全景式的描述,对这方面的研究工作具有一定的助推作用。     

高压直流单极离子流场的有限元迭代计算

采用有限元方法对HVDC单极离子流场进行迭代求解,在采取一定近似条件的情况下,将描述高压直流线路周围场分布的三阶非线性偏微分方程分解为对泊松方程和电流连续性方程的分别求解。在给定空间电荷密度初值后,不断迭代求解并根据每一步结果对空间电荷密度修正直至收敛。讨论了计算中需要考虑的若干问题,舍弃了Deutsch假设,并用更符合实际的导体表面场强经验公式代替Kaptzov假设,提出一种空间电荷密度更新公式。最后用具有解析解的同轴圆筒电极问题对该算法进行了验证,并与相关HVDC模型实验数据进行比较,得到了较满意的结果。该方法可适用于HVDC单极离子流场的计算分析。     

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。     

高压直流输电线路离子流场计算方法研究进展

高压直流输电线路所伴随的电晕放电会导致地面附近的电场大幅增加,从而使线路下方电磁环境恶化,该问题被称为离子流场问题。对于离子流场的准确预测可以使高压直流输电线路既满足环保要求同时又保持良好的经济性,因此意义重大。该文详尽的回顾和评述了国内外离子流场研究的历史,且着重介绍了近年以来离子流场研究所取得的新进展。同时,该文也指出了目前离子流场研究中的不足和未来的研究方向。     

特高压直流输电线路在雾霾天气下的离子流场计算研究

特高压直流输电线路的离子流场会受到天气条件的影响.为了更加准确地掌握雾霾天气时直流线路离子流场的变化规律,基于有限元法计算了天气良好时±400 kV直流输电线路的离子流场,并通过对比说明了计算是准确和可靠的.在此基础上,分析了雾霾天气对离子流场的影响机理,并计算了空气严重污染并伴有轻雾的雾霾状况下±800 kV特高压直流输电线路的离子流场.结果表明,与天气良好时相比,雾霾天气时的直流线路合成场强和离子流密度有不同程度增大.     

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.     

离子流场中导体充电电位的计算

随着我国高压直流输电工程的快速建设,其电磁环境问题日益受到广泛关注,线下离子流场中导体充电问题是其中一项比较重要的问题。该文对上流有限元法进行改进,使其能够计算离子流场中经电阻接地导体的充电电位,计算结果与实验结果具有较好的一致性,证明了该算法的正确性。基于所提算法,讨论接地电阻变化时充电导体电位的变化规律。当接地电阻很大时,该方法计算结果为离子流场中悬浮导体的电位值;离子流场中悬浮导体充电电位绝对值比导体不存在时相同位置的电位值高。考察离子流场中悬浮导体的电位问题,需要进行离子流场数值计算。     

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。     

雾霾天气下的直流输电线路离子流场分布特性及其影响因素

我国雾霾多发地区也是输电走廊和用电负荷高密度地区,而长期暴露在雾霾天气下的架空输电线路的安全运行受雾霾天气影响。在直流输电线路周围离子流场的作用下,雾霾颗粒会荷电化,荷电后的雾霾颗粒将影响输电导线周围的空间电场分布。本文首先分析雾霾天气对直流输电线路离子流场的影响机理,给出雾霾天气下的直流输电线路离子流场控制方程及计算方法,然后计算不同污染程度雾霾天气下的直流输电线路离子流场,最后分析雾霾天气对离子流场的影响因素。计算结果表明:在雾霾天气下,地面合成场强和离子流密度的分布趋势和正常天气条件下的相同,但幅值增加;雾霾天气对地面合成场强的影响更大;地面合成场强的幅值随着污染程度的增加而增大;雾霾天气下地面合成场强和离子流密度分布增大的主要原因是电晕程度增加。     

特高压直流输电线路离子流场的有限元-积分法计算

针对特高压直流输电线的地面电场和离子流密度的计算问题,采用有限元-积分方法,对双极离子流场的控制方程进行求解,同时还对空间电荷密度初值进行了改进。通过计算,发现该方法能较快地获得稳定的数值解。通过采用该方法对±400kV的直流线路进行了比对计算,验证了该算法的有效性。将该方法应用于实际的±800kV直流输电线路,对地面合成电场和离子流密度进行了计算,分析了导线对地高度、极间距、正负极起晕情况不同以及避雷线对地面合成电场和离子流密度的影响。结果显示随导线高度升高和极间距减小,地面的最大电场强度和离子流密度随之减小。在正、负极起晕不同时,负极导线下面的合成电场和离子流密度的最大值比正极大。计算中,考虑避雷线会增大地面的合成场强和离子流密度,但是不明显。     

有限元法分析高压架空线路附近电场分布

为准确得到实际建筑物及其周围场强分布,应用三维有限元法分析高压架空线路附近建筑物及其邻近区域中的电场分布。采用的模型考虑了高压架空线和实际建筑物(即建筑物墙壁、楼层间钢筋等)结构,并用六面体单元剖分整体模型以减少三维模型单元数量和提高计算精度。再应用子模型法校核计算结果的准确性,然后分别计算空间中有建筑物时房屋顶部和内部和无建筑物时同样位置的电场分布。最后讨论建筑物对其外部电场的畸变作用及对其内部电场的屏蔽作用。结果表明:架空线路附近的建筑物会改变空间电场分布,且建筑物附近电场强度的最大值出现在建筑物外廓尖角处。     

特高压紧凑型输电线路工频电场强度计算

为研究特高压交流输电线路的工频电场强度,通过建立二维静电场有限元模型,计算了LGJ-400/65、LGJ-500/45、LGJ-630/45 3种型号导线,子导线根数分别为6、8、10、12的导线表面场强、相导线平均场强最大值、线路下方距地面1 m处最大场强和线路走廊宽度,分析了导线截面、子导线根数、线路最低对地高度和走廊宽度的选取。结果表明特高压交流线路选取大截面导线、紧凑型倒三角布置方式在导线表面场强、杆塔高度和线路走廊方面可满足要求。     

特高压交流同塔双回输电线路邻近建筑物时畸变电场研究

为了解特高压交流输电线路邻近建筑物时畸变电场,采用有限元法计算了1 000kV交流同塔双回输电线路邻近不同结构和材料建筑物时的工频电场。首先建立了含弧垂导线、钢架和空气场域的计算模型和有限元模型;然后计算分析了钢架附近地面、阳台和屋顶的工频电场,通过与实验模型比较验证了计算方法的有效性;最后分析了钢筋和砖土材料房屋楼顶的畸变电场,比较了2种房屋是否开窗时阳台和室内的场强。结果表明,有限元法可有效计算建筑物周围的工频电场;靠近导线侧房屋棱角及棱边附近工频电场畸变较大,钢筋和砖土房屋楼顶棱边中心处畸变电场分别为10.40kV/m和6.02kV/m,较不存在房屋时分别畸变了123.18%和29.18%;砖土材料对室内电场屏蔽效果较差,其一层室内最大场强可达4.82kV/m;开窗会使钢筋房屋阳台处电场从32.2mV/m增大到1.95kV/m,但砖土房屋阳台电场变化较小。     

极导线垂直排列直流线路地面合成电场的一种计算方法

极导线垂直排列直流线路在我国已用于实际工程，有必要研究有效方法计算该类线路的合成电场，以满足工程设计和环境保护需求。根据极导线垂直排列直流线路几何结构的特点，在Deutsch假设的基础上，提出了一种计算极导线垂直排列直流线路地面合成电场的方法。该方法还适用于极导线水平排列直流线路。通过试验和计算结果对比，对该方法进行了验证。使用该法对极导线垂直和水平排列±500kV直流线路的地面合成电场进行了计算分析。结果表明：在极导线高度和极间距分别相同的情况下，极导线垂直排列直流线路下的最大地面合成电场比极导线水平排列直流线路的略大，但极导线垂直排列直流线路的地面合成电场横向衰减较快；极导线垂直排列直流线路的走廊宽度约为极导线水平排列线路的50%。     

高压直流输电线下合成电场的有限元快速算法

直流输电线下合成电场计算方法中,上流有限元方法具有较强的适应能力,得到了广泛应用,但其计算效率尚有待提高.为获得较高的计算速度,该文根据上流有限元算法的特点,采用节点编号优化与Cholesky分解相结合的求解泊松方程的直接方法,反复求解泊松方程时较矩阵方程迭代算法有较大优势;采用合理的电荷密度更新策略,减少了迭代所需的收敛次数.这些方法综合应用,获得了较高的计算速度,1.5万节点的双极6分裂特高压直流输电线路合成电场算例,计算时间低于5 s.在算例中该算法显示出对电荷密度初始值具有较好的鲁棒性.