直流离子流场的有限元迭代计算

针对高压直流输电线下方地面处电场强度及离子流密度的问题,采用有限元迭代方法求解了双极离子流场控制方程。将正负极电流连续性方程合并,减少了计算的复杂度。利用圆筒电极问题,将该文计算结果与解析解进行对比,验证了算法的有效性。将方法应用于200kV直流输电线路模型的计算,并与文献测量结果进行对比,计算结果与实测结果较符合,认为误差主要与测量环境有关。利用该文方法计算了实际±500kV直流输电线路离子流场问题,并分析了导线对地高度、极间距变化时地面电场强度和离子流密度的变化情况,结果显示,随导线高度升高和极间距减小,地面处最大电场强度和离子流密度随之减小。

VSC-HVDC换流站电磁辐射计算

为分析电压源换相直流输电(VSC-HVDC)换流站对站外电磁辐射,建立了基于偶极子理论的赫兹偶极子和磁偶极子模型;利用IGBT1模型分析换流阀器件开通和关断的瞬态特性;通过对换流站整体仿真求得了换流站开关场内主设备与大地构成的等效电流环路中的电流;改变偶极子模型参数得到影响VSC-HVDC换流站电磁辐射强度的因素。计算证明,换流阀开关暂态电压变化频率以及各频率对应的电压幅值直接决定阀体产生电磁辐射强度,换流站内设备布置的紧凑程度也直接影响了其对外电磁辐射强度;通过紧凑布置站内设备,减小谐波尤其是高频段谐波电流能够有效地抑制VSC-HVDC换流站电磁辐射。

500kV同塔4回输电线路绕击的耐雷性能

为研究同塔4回输电线路绕击耐雷性能,采用改进电气几何模型对其进行了分析。同塔4回输电线路导线数目多,避雷线需同时保护多相导线,因此必须通过确定雷电绕击的范围以得到绕击计算时所需的击距系数k、临界击距rsc、最大击距rsmax、年落雷次数N和雷击击距为r的概率等基本条件。在实际分析验证典型塔型的基础上建立了计算模型,改变相应参数得出绕击跳闸率n与杆塔高度hc、避雷线保护角θs、地面倾角θg、击距系数k等的对应变化关系。结果表明,n随hc增加、θs增大、θg增大、k减小而增大,采用负θs和降低hc是提高500kV同塔4回线路绕击耐雷性能的有效办法。

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。

3种平差基准下高速铁路CPⅢ平面控制网的精度分析

针对工程实际CPⅢ网复测中以CPⅡ进行约束平差出现大量CPⅢ点坐标超限的情况,提出合理的CPⅢ网平差方法,设计总长为4020 m的标准网和加密网两种CPⅢ平面网。建立重心、一点一长方向和一点一短方向3种平差基准,分别计算各基准下两种网形600 m间距CPⅢ点间的相对中误差,并与CPⅡ点相对中误差8 mm的规范规定进行比较。研究结果表明:两种网形在3种基准下,测距精度对点位相对精度影响均非常小,方向精度是影响点位相对精度的主要因素。在重心、一点一长方向(CPⅠ的间距)基准下,两种网形600 m间距CPⅢ点间的相对中误差均显著小于8 mm,高于CPⅡ的相对精度。

舟山多端柔性直流输电工程系统设计

为了解决舟山群岛供电、海上风电送出等问题,规划设计了舟山5端柔性直流工程。舟山多端柔性直流输电重大科技示范工程是目前世界上在建的端数最多的柔性直流工程。为了满足柔性直流换流站启动、运行与控制、检修的需要,研究提出了柔性直流换流站的主接线方案。开展了柔性直流系统主回路参数研究,确定了换流站主设备和直流电缆的选型及主要技术参数、换流站运行功率范围。通过交、直流过电压研究提出了换流站过电压保护及绝缘配合方案。提出的柔性直流换流站主回路参数确定方法、绝缘配合方案、运行控制策略等形成了完整的柔性直流系统整体技术方案。提出了柔性直流系统设计的完整技术思路、设计方法及工具,为我国多端柔性直流技术发展及工程应用提供了有力支撑。

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。

紧凑型输电线异型分裂导线周围工频电场研究

基于二维有限元法研究紧凑型输电线路分裂导线周围工频电场并探讨提高计算精度的方法,计算对比了500 kV紧凑型线路导线表面最大平均电场强度和线路下方距地面1 m处的最大电场强度和走廊宽度,考虑了几种子导线异型排列方式。计算得出,子导线椭圆短轴水平排列优于对称排列,杆塔高度可适当降低。

基于区域分解法的电磁场并行计算研究

针对有限元法求解大规模电磁场问题时常常受单机计算速度和内存限制的问题,考虑运用并行求解的解决方法。在论述了适合并行求解的区域分解法的原理后,建立了二维静电场问题的模型;运用区域分解法对模型进行了区域划分;基于6台高性能PC机搭建的分布式并行系统,运用并行共轭梯度法(CG)对有限元线性方程组进行并行求解,取得了较高的效率加速比。对于自由度多达百万的大规模问题,该并行求解大大提高了计算速度,为并行求解三维电磁场奠定了基础。

改进三维上流元法计算特高压直流线路离子流场(英文)

考虑输电线路弧垂、杆塔、绝缘子以及线路下方房屋等物体的特高压直流输电线路离子流场计算是三维电磁场数值计算问题,将该问题简单的等效为二维计算问题会导致所关注物体周围电磁参数求解存在较大的误差。该文基于现有的三维上流有限元理论,提出改进算法,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,采用新的上流有限单元寻找方法,极大提高了程序的计算效率。该文计算了三维同轴圆柱电极间离子流场,数值仿真结果与解析解进行对比,验证了三维改进上流元法的有效性以及效率。对直流试验线路下方房屋模型附近的离子流场进行计算,计算结果与试验数据进行对比,计算方法得到了很好的验证。对特高压输电线路下方走廊附近人体模型表面电场强度进行计算,计算结果表明,相比静电场情况,人体表面电场强度得到了显著的提高。该应用表明改进三维上流元法可以有效地解决三维大规模离子流场计算问题。

柔性直流输电系统电磁环境分析

针对新兴的柔性直流输电,受国家电网公司委托,在国内率先开展其电磁环境研究,旨在为柔性直流输电工程的设计和实施提供有力的参考。分析了系统中采用的高频可关断器件的工作特点,辨析了柔性直流输电系统环境影响种类,初步验算了柔性直流输电系统产生的低频电场、低频磁场和各种高频电磁场。结果显示:柔性直流输电系统产生的低频电场和磁场远小于国际公认的容许值,换流装置产生的无线电干扰水平基本上小于相关国标现有限值规定,通过相关措施能基本滤除传导进入交、直流输电线的高频电流谐波,抑制它们产生的高频电磁干扰。总结出柔性直流输电系统电磁环境是友好的。

特高压复合绝缘子有限元模型的简化

为了研究特高压复合绝缘子在长时间电场作用下的电场分布特性,笔者对特高压复合绝缘子进行有限元建模,并计算沿芯棒的电位分布。以完整细剖分模型的计算结果作为基准,将简化模型的结果与其对比来验证简化模型的有效性。通过比较证明了简化模型可以代替完整模型进行复合绝缘子电位分布的分析且能够在很大程度上减小计算规模,对特高压复合绝缘子的建模分析具有重要参考意义。

油管漏磁检测的有限元建模技术研究

有限元法广泛应用于石油管道缺陷漏磁场分析,成为替代物理试验,获得大量缺陷漏磁信号的有效手段。该文阐述了如何用有限元方法建立漏磁检测仿真模型。根据漏磁检测设备相关参数,建立静态和瞬态有限元仿真模型。通过对励磁磁场的均匀性、检测速度和缺陷尺寸3种影响因素的仿真分析,比较了静磁场模型和瞬态模型的仿真结果和效率。静磁场模型求解效率高、占用的计算资源少,但是随着检测速度的增大,求解结果明显偏高。瞬态模型没有速度带来的误差问题,但耗费大量的计算资源,仿真时间大大增加。给出了用静磁场模型分析钢管缺陷漏磁场应满足的条件。

架空地线对同塔双回高压直流输电线路离子流场的影响

直流输电线路离子流场的计算中,针对外加电压、导线半径、线路高度等线路结构参数对地表电磁环境影响的讨论已很成熟,但针对架空地线半径、位置等因素影响作用的理论分析却并不多见。为此,基于Deutsch假设,编制程序计算了双极导线垂直排列试验线路地表合成场强,并与试验数据进行了比对,结果表明一致性很好。基于三沪二回典型输电线路结构,计算了极导线4种不同布置方式下的地表合成场强以及离子流密度,选出电磁环境较优的"+-/+-"布置方式用于讨论架空地线对地表电磁环境的影响。结果表明,对于不同的输电线路高度,地表电磁环境随架空地线位置变化趋势一致,且受位置变化影响极小。因此,在线路杆塔设计中,考虑防雷要求对地线位置进行调整时,无需考虑地线位置变化对线路下方电磁环境的影响。

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。

特高压紧凑型输电线路工频电场强度计算

将有限元方法应用于特高压紧凑型输电线路电场强度的计算.建立二维静电场有限元模型,计算对比了特高压紧凑型线路导线表面电场强度和相导线平均电场强度最大值,分析了特高压线路导线截面和分裂半径的选取,也计算了线路下方距离地面1 m处最大电场强度和线路走廊宽度.计算结果表明特高压交流输电线路采用紧凑型方式具有一定的优越性.

特高压换流站750kV交流滤波器的绝缘配合

为适应特高压直流输电系统接入交流750 kV系统的需求,在220 kV、330 kV和500 kV交流滤波器设计的基础上,分析研究了750 kV滤波器的电气特点,提出了选择750 kV交流滤波器避雷器的控制因素是滤波器正常投切时避雷器计数器不动作,并给出了滤波器元件的绝缘耐受水平。经计算,±800 kV特高压直流工程换流站750 kV交流滤波器(BP11/BP13、HP3)F1避雷器的参考电压为255 kV,HP24/36避雷器F1的参考电压为225 kV,F2的参考电压为48 kV。高压电容器高压端的操作绝缘水平为1 550 kV、雷电冲击绝缘水平为2 100 kV;低压端的最高操作绝缘水平为570 kV、雷电为660 kV。经与500 kV交流滤波器绝缘设计的比较分析,表明750 kV交流滤波器的绝缘设计是合理的。

基于曲线拟合法的新型定制电力设备快速检测算法

定制电力配套设备的运用可有效地补偿电压暂降和瞬时断电,其研究开发过程中遇到的一大难题是:寻求快速算法,以便在3ms以内检测出电压暂降和瞬时断电。在分析常规保护用检测算法如有效值计算法、缺损电压法、辨别导数算法、三相d-q分解法、利用单相电压延迟60°构造三相虚拟电压d-q变换法和利用求导数法构造三相虚拟电压d-q变换法的优缺点基础上,提出了基于曲线拟合法的快速检测算法。通过研究两采样值积曲线拟合法、三采样值积曲线拟合法的优缺点,比较曲线拟合法与前面提到的检测算法,并比较两采样值积曲线拟合法与三采样值积曲线拟合法,得出两采样值积曲线拟合法更适合于在定制电力配套设备中运用。基于DSP仿真器上编程仿真,分析得到的各种检测算法处理电压暂降的结果波形,证实了该观点。

±800kV直流输电工程高端阀厅内部过电压仿真分析

换流站阀厅内部重要设备众多、空气间隙复杂、典型电极多,一直是±800kV特高压直流输电工程设计工作中的重点之一。研究阀厅内部过电压的分布和数值对科学、合理地设计阀厅具有重要意义。以±800kV向家坝—上海直流输电工程的仿真计算为基础,对系统在各种故障状态下的操作过电压进行了仿真研究和总结;结合换流站避雷器布置和送端复龙站高端阀厅内部空气间隙、电压关键点的实际位置和范围,得出了高端阀厅内部过电压的分布和最严重时刻数值。仿真结果表明,特高压直流输电阀厅内部过电压并非同一时刻出现,而是集中在几种严重故障发生时刻。

Hilbert变换在钢管漏磁检测缺陷定量化识别中的应用

提出一种根据漏磁检测信号切向分量信息构造法向分量的新方法。根据Hilbert变换原理,分析了钢管缺陷漏磁信号各个分量之间的正交对偶关系,论证了缺陷漏磁信号各个分量之间相互转换的理论基础和条件。基于探头所检测到的缺陷信号切向分量,利用Hilbert变换构造法向分量,增加了定量化识别的特征量,改善了缺陷识别的准确率和尺寸定量化误差。理论和仿真结果证明了该方法的有效性,可实现一维探头的准二维测量。