變電站工頻電場(chǎng)快速計(jì)算方法及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、變電站工頻電場(chǎng)快速計(jì)算方法及實(shí)驗(yàn)研究⑧重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文(學(xué)術(shù)學(xué)位)學(xué)生姓名：朱禎海指導(dǎo)教師：張占龍副教授專業(yè)：電氣工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院二O一二年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文英文摘要中文摘要中又捅要目前我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模逐漸向超特高壓方向發(fā)展，用電需求逐步增加并且極不平衡，110kV等低等級(jí)變電站直接建于城鎮(zhèn)中心位置，因此對(duì)變電站工頻電場(chǎng)有效地評(píng)估變得至關(guān)重要。由于變電站內(nèi)高壓設(shè)備的多樣性與復(fù)雜性，常規(guī)數(shù)值計(jì)算方法都不能有效地

2、解決其內(nèi)部電場(chǎng)分布問題，本文以邊界元方法為基礎(chǔ)，引入新型快速多極子算法，主要開展如下研究工作：①分析了變電站內(nèi)高壓設(shè)備表面對(duì)應(yīng)的電荷分布類型及邊界面類型。通過合理的假設(shè)處理得到適合求解的簡(jiǎn)化物理模型，運(yùn)用格林函數(shù)建立帶混合邊界條件的邊界元積分方程；采用有限元剖分技術(shù)，針對(duì)不同設(shè)備采用三角形或四邊形進(jìn)行剖分，通過線性插值形成求解線性方程組；針對(duì)直接求解計(jì)算量、存儲(chǔ)量大的局限性，研究了線性方程組的迭代求解，并引入預(yù)條件處理技術(shù)加快迭代收斂速

3、度。通過球形電容器模型分析表明，廣義極小殘值法(GeneralizedMinimalResidualAlgorithmGMRES)計(jì)算量明顯小于直接求解，預(yù)條件處理使迭代步數(shù)有所降低。②由于預(yù)條件GMRES計(jì)算量、存儲(chǔ)量與自由度的平方成正比，對(duì)于大規(guī)模問題的求解，研究了快速多極子算法，并運(yùn)用自適應(yīng)八叉樹結(jié)構(gòu)隱式存儲(chǔ)系數(shù)矩陣，分析了算法的計(jì)算量與存儲(chǔ)量；針對(duì)多極轉(zhuǎn)移過程計(jì)算量大的問題，采用指數(shù)展開和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)方法來降低計(jì)算量，研究了新型快速

4、多極子算法以及實(shí)現(xiàn)過程。通過對(duì)球形電容器及變電站開關(guān)場(chǎng)工作走廊模型分析，結(jié)果表明快速多極子算法具有可靠的計(jì)算精度，并且可以通過控制多極展開階數(shù)P來得以改善；新型快速多極子算法在犧牲少量存儲(chǔ)量的前提下使計(jì)算量進(jìn)一步明顯降低。③進(jìn)一步分析了多極轉(zhuǎn)移算子的具體表達(dá)形式，并根據(jù)聚合中心有規(guī)律的間隔分布，研究了運(yùn)用快速傅里葉變換(FFT)來加速該過程的求解，分析了采用樹結(jié)構(gòu)與不采用樹結(jié)構(gòu)FFT的實(shí)現(xiàn)方法，分析了優(yōu)化算法的計(jì)算復(fù)雜度，通過模型驗(yàn)證表

5、明優(yōu)化算法精度高于原始快速多極子算法，計(jì)算量、存儲(chǔ)量明顯降低。④對(duì)110kV變電站高壓側(cè)開關(guān)場(chǎng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，得到關(guān)注平面電場(chǎng)分布；依據(jù)高壓開關(guān)設(shè)備實(shí)際尺寸進(jìn)行建模，采用ANSYS進(jìn)行了有限元仿真分析；最后運(yùn)用前處理軟件Patran2010進(jìn)行邊界面剖分，采用本文算法進(jìn)行求解，并運(yùn)用Tecplot進(jìn)行后處理顯示。通過計(jì)算效率與精度的對(duì)比分析，進(jìn)一步證明了本文算法適合于求解大規(guī)模變電站工頻電場(chǎng)分布。關(guān)鍵詞：新型快速多極子；快速傅里葉變換；