hvdc换流阀系统屏蔽罩的电场分析和电容参数提取

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1、华北电力大学硕士学位论文很陡的过电压，类似于雷电过电压。另外，换流站内一个换流阀在最大电压下触发时，将在另一个换流阀上出现接近于冲击电压波形的过电压;当换流站内阀侧发生交流接地故障时，也会产生波前很陡的过电压，也类似于雷电过电压。这对于设备本身就是很大的威胁，对绝缘也是一项考验，因此我们应该首先对换流器外层的屏蔽罩上的悬浮电位、电流，以及换流阀屏蔽罩之间的电位有详尽的了解，以便更好地把握电场分布，对设计绝缘以及调整参数分布也具有重要意义，因此我们有必要对此做出进一步的研究。电磁场的数值计算分析在电力设备与

2、结构优化中具有十分重要的地位，特别是静电场的数值计算，由于其数学模型完善，在高压电器领域取得了良好的效果，己成为高压电器产品设计与检验的重要环节。近年来，电场数值计算技术发展很快，使用计算机模拟技术对电力设备的设计、计算、结构优化起到了越来越重要的作用.通过电场数值计算技术的应用，可以高精度地预测元件的电场分布，得到最优化参数，对其进一步设计提供参考。2电磁场数值计算概述从上个世纪六十年代以来，伴随着电子计算机技术的飞速发展，大量的电磁场的数值计算方法135一36]不断涌现，并得到广泛地应用，相对于经典电

3、磁理论而言，数值方法受边界形状的约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点和局限性，一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决，如何充分发挥各种方法的优势，取长补短，将多种方法结合起来解决实际问题，即混合法的研究和应用己日益受到人们的关注。目前，在工程技术领域常用的电场数值分析方法[’31可分为两大类，一是场域元法，是指整个场域都需进行剖分的一种数值计算方法，如有限元法、有限差分法、等参元法。另一类数值方法是边界元法和等效元法，边界元法的剖分对象为场域边界和不同介质的分解面，其

4、理论基础为等效原理。场域元中的场源一般体现在给定的边界条件上或场域中的泊松源，而在边界元中则体现为等效源，根据等效源位置的不同分别称为边界元法及等效元法。有限差分法是应用最早的一种方法。20世纪50年代以来，有限差分法以其数学概念清楚、形成系数矩阵十分方便等特点，在电磁场数值分析领域内得到了广泛的应用。但有限差分法的规则网格不能满意地模拟几何形状复杂的问题，而在电工设备中的电磁场却往往是以包含复杂的几何形状和不同材料的物理参数为特征，因此有限差分法在电磁场分析中的应用逐渐被有限元法替代。二十世纪60年代末

5、，P.si一veste:和M.v.K.ehari把有限元法[341引入到电磁计算中，这是电磁场数值分析中的一个重要转折点。有限元法以变分原理为基础，用剖2华北电力大学硕士学位论文分插值的办法建立各自由度间的相互关系，把泛函的极值问题转化为一组多元代数方程来求解。它能使复杂结构、复杂边界情况的边值问题得到解答。最近20年，由于数值处理技术的提高，例如采用不完全cholesky分解法、IcCG法、自适应网格剖分等方法，使得有限元法在电场数值计算中越来越占据主导地位。其突出特点在于:(l)场域离散化过程保持了明

6、显的物理意义;(2)解题能力强，这主要表现在:能够处理边界几何形状复杂、场域中存在多种媒质的问题;对于第二和第三类边界不必作单独处理;能够自动满足不同媒质分界面上的边界条件;离散点分布具有随意性;计算精度较高;程序通用性强;(3)从数学上讲，有限元法拓宽了微分方程的求解方法，推动了泛函分析、计算方法的发展。因此，自有限元法诞生以来，在各个学科与工程领域内，该方法得到了极其广泛的重视和应用，产生了大量有价值的研究成果。80年代初期，由Nedele。、Bossavit和verite开创的棱边有限元法，在交接面

7、处理、解的稳定性、计算代价等方面显示出了巨大优势，成为有限元发展中新的成就之一。有限差分法和有限元法都属于偏微分方程法。而边界元法则是在经典的边界积分方程法的基础上发展起来的。积分方程法由c.wTrowbr记ge于1972年提出，并给出了二维、三维问题的离散形式。由于积分方程法的离散仅需在源区进行，所以能较好地解决开域问题以及连续计算场的问题。1976年出现了以积分方程法为基础、能解二维、三维非线性恒定磁场的软件包GFUN。如果采用格林定理，把描述场的第二类Fredlholm积分方程在一定条件下转化为边界

8、积分方程，积分方程法就成了边界元法。1979年，Lean、Friedman和Wexler用“边界元法”这个名称系统地介绍了它在各种电磁场分析中的应用。目前，边界元法不仅在固体力学问题上得到广泛的应用，而且在电磁学、热传导等领域也得到应用，己经成为电磁场数值计算方法的主要方法之一。边界元方法又分为直接边界元方法和间接边界元方法，它们既有共同点，又有不同之处:1)直接边界元方法(DBEM)在直接边界元表达式中，积分方程内出现的未知