隨著我國能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,高壓直流輸電（High Voltage Direct Current,HVDC）工程面臨著新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn),HVDC運(yùn)行過程中電暈放電導(dǎo)致的離子流場問題（包括合成場強(qiáng)和離子流密度）引起了更為廣泛的關(guān)注。為了深入探究離子流場的分布特性、線路參數(shù)變化和外界環(huán)境因素對(duì)離子流場的影響規(guī)律,本文基于有限元法建立了直流線路離子流場的二維數(shù)值計(jì)算模型,對(duì)高壓直流輸電線路的前期設(shè)計(jì)與運(yùn)行過程中的評(píng)估具有一定的意義,本文主要研究工作如下:（1）在高壓直流輸電線路離子流場的數(shù)值計(jì)算模型基礎(chǔ)上,在COMSOL Multiphysics中利用“稀物質(zhì)傳遞”與“靜電場”模塊耦合建立二維離子流場的仿真計(jì)算模型。為了實(shí)現(xiàn)模型的高效精確計(jì)算,本文在建模過程著重考慮了以下幾點(diǎn):①在導(dǎo)線表面網(wǎng)格劃分細(xì)致,遠(yuǎn)離導(dǎo)線處網(wǎng)格逐漸稀疏;②使用直接求解器求解剛度矩陣;③利用優(yōu)化求解對(duì)導(dǎo)線表面電荷密度進(jìn)行修正。并將本文計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量值進(jìn)行對(duì)比來驗(yàn)證仿真模型的可行性。（2）直流導(dǎo)線附近的離子流場主要受導(dǎo)線自身結(jié)構(gòu)參數(shù)和外界環(huán)境因素的影響。首先重點(diǎn)分析了導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)和粗糙系數(shù)對(duì)離子流場的影響。計(jì)算結(jié)果表明... 

【文章來源】：東北電力大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１正、負(fù)極性電暈放電示意圖??如圖２－ｌ（ａ）所示，當(dāng)正極性導(dǎo)線表面發(fā)生電暈放電時(shí)，空氣中的少量自由電子在電場??

?東北電力大學(xué)丄程碩士學(xué)位論文??分子就會(huì)分裂稱為正離子和電子，正離子在電場力的作用下向遠(yuǎn)離導(dǎo)線的方向運(yùn)動(dòng)，電子??則被電極吸收。??如圖２－ｌ（ｂ）所示，當(dāng)負(fù)極性導(dǎo)線表面發(fā)生電暈放電時(shí)，電子在負(fù)極性電場力的作用下??由導(dǎo)線表面向外界運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中與空氣分子發(fā)生碰撞電離，電子的數(shù)量不斷增加，??同時(shí)產(chǎn)生大量的正離子，正離子會(huì)被負(fù)極導(dǎo)線吸引至導(dǎo)線表面，游離的電子會(huì)在運(yùn)動(dòng)過程??中會(huì)附著在中性粒子表面形成負(fù)離子。??電暈放電產(chǎn)生的正、負(fù)離子在交流和直流電場中的運(yùn)動(dòng)特性有很大不同。交流導(dǎo)線的??電壓呈周期性變化，使得正、負(fù)電荷只能在導(dǎo)線周圍的小范圍做往返運(yùn)動(dòng)，無法到達(dá)距離??導(dǎo)線較遠(yuǎn)的空間內(nèi)，因此空間中幾乎沒有帶電離子。而對(duì)于直流輸電線路而言，帶電離子??會(huì)在電場力的作定向運(yùn)動(dòng)，使得兩極導(dǎo)線之間和導(dǎo)線與大地之間的區(qū)域充滿帶電離子，形??成如圖２－２所示的離子流場（以雙極直流線路為例）［３５］。??圖２－２雙極直流線路附近離子流場??２．３離子流場計(jì)算的基本假設(shè)??由于實(shí)際高壓直流輸電線路（ＨＶＤＣ）離子流場的形成過程復(fù)雜，為簡化計(jì)算，又不??至對(duì)計(jì)算結(jié)果造成很大影響，本文參考國內(nèi)外文獻(xiàn)，采取如下假設(shè)：??（１）忽略電暈層厚度的影響??在離子流場建模過程中普遍會(huì)忽略電暈層厚度的影響［Ｗ。一方面，因?yàn)樵诟邏褐绷鬏??電線路運(yùn)行狀態(tài)下，導(dǎo)線極間距和導(dǎo)線與大地間的距離比電暈層的厚度大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，忽??略電暈層厚度，幾乎不會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響；另一方面，電暈層內(nèi)部的過程電暈放電過??程及其復(fù)雜，在離子流場計(jì)算時(shí)很難用數(shù)學(xué)方程描述，因此研宄直流線路離子流場時(shí)只考??慮電暈層以外的物理過程。??（２）忽略電暈放電的暫態(tài)過程??

設(shè)置源項(xiàng)、邊界條件、初始值等物理機(jī)制；選擇合??適的求解器，設(shè)置求解器停止閾值等，然后進(jìn)行求解計(jì)算；將計(jì)算結(jié)果以合適的后處理方??式輸出。求解結(jié)束后一般還需要將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)或者其他計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)來??驗(yàn)證所建立的仿真模型的可行性和適用性。??３．４構(gòu)建離子流場幾何模型??本文假設(shè)直流輸電線路是均勻的且不考慮桿塔的影響，因此在計(jì)算直流線路附近的離??子流場時(shí)可以將一個(gè)三維場問題轉(zhuǎn)化為二維模型考慮。本文ＣＯＭＳＯＬ?Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ中建立??的二維離子流場計(jì)算模型如圖３－１所示（以±８００ｋＶ雙極直流輸電線路離子流場二維模型為??例）。計(jì)算域由人工邊界氏和地面Ｂ２所圍成的半徑為Ｌ的半圓形（圓心在正負(fù)極導(dǎo)線中??點(diǎn)）封閉區(qū)域構(gòu)成。計(jì)算區(qū)域介質(zhì)為空氣，壓強(qiáng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。經(jīng)驗(yàn)證，當(dāng)Ｌ／Ｈ超??過４時(shí)，可以獲得足夠的精度，出于計(jì)算準(zhǔn)確性和效率的考慮，本文�。蹋�?＝?５，此時(shí)在??人工邊界，正負(fù)空間電荷密度很小，對(duì)合成場強(qiáng)的影響可以忽略。??／?ｒ：Ｖ?＂?：：－７?＼??／?－８００ｋＶ?／＋８００ｋＶ?＼??Ｉ一Ｊ??／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／??Ｂ２??圖３－１?±８００?ｋＶ直流輸電線路計(jì)算模型??３．５網(wǎng)格的劃分??使用有限元法求解非線性問題是，首先需要對(duì)求解區(qū)域離散化，即利用網(wǎng)格剖分將求??解域劃分成有限個(gè)小單元。ＣＯＭＳＯＬ中自帶網(wǎng)格剖分模塊，網(wǎng)格剖分方式主要有兩種：一??－１４－??

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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[3]特高壓直流輸電線路下離子流場的仿真計(jì)算研究[D]. 鄒岸新.重慶大學(xué) 2012
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本文編號(hào)：3247475