GIS電場及其逆問題數(shù)值計算方法研究.pdf

1、隨著GIS(Gas Insulated Switchgear)小型化和三相共箱化的發(fā)展趨勢,GIS內(nèi)部電場分布變的越來越復(fù)雜,選擇科學(xué)、有效的數(shù)值計算方法,對GIS的三維電場進行數(shù)值計算來指導(dǎo)絕緣設(shè)計是電氣設(shè)備行業(yè)的迫切要求。通過電場的準(zhǔn)確計算,有效地優(yōu)化GIS絕緣結(jié)構(gòu),使整個場域的電場分布盡可能均勻,對于設(shè)計絕緣結(jié)構(gòu)合理的GIS產(chǎn)品具有重要意義。
　　 本文基于有限元法,對GIS電場及其逆問題數(shù)值計算方法進行了研究。提出了采用

2、MPCG(Modified Preconditioned Conjiugate Gradient)算法求解大型有限元代數(shù)方程組的方法,設(shè)計了能快速尋址系數(shù)矩陣的存儲方法,開發(fā)了簡單易用的電場輔助計算軟件,具有工程實際應(yīng)用價值。最后,引入RBFEM(Reduced-basis FEM)求解GIS電場逆問題。
　　 論文采用有限元法,對三相共箱式GIS的三維電場進行計算,通過計算分析獲得了GIS的電場分布規(guī)律,影響GIS內(nèi)部絕緣和表

3、面絕緣的主要因素,以及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對電場分布的影響。在此基礎(chǔ)上進行電場逆問題求解,實現(xiàn)了絕緣子表面和導(dǎo)體屏蔽均壓罩的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。從而為GIS的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。
　　 針對三維電場剖分后形成的系數(shù)矩陣階數(shù)高達(dá)幾十萬階的特點,論文提出采用MPCG算法求解大型有限元方程組,同時,為了節(jié)省程序占用的存儲空間,加快存取運算速度,開展了稀疏矩陣存儲技術(shù)的研究,設(shè)計了系數(shù)矩陣的快速尋址方法。并用于GIS三維電場有限元方程組的

4、求解。利用該算法可以減少求解時間,具有和ICCG(Incompletely Cholesky Conjugate Gradient)算法相近的收斂速度,非常適合大型有限元方程組求解。
　　 論文基于APDL(ANSYS Parametric Design Langnage)語言,結(jié)合VC,設(shè)計并實現(xiàn)了用于GIS電場分布和電壓分布的輔助計算軟件。軟件具有簡便的圖形用戶界面,可以選擇不同的工況測試模式,計算相應(yīng)的電場和電壓分布情況,