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)展機遇和挑戰(zhàn),HVDC運行過程中電暈放電導致的離子流場問題（包括合成場強和離子流密度）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)值計算模型,對高壓直流輸電線路的前期設計與運行過程中的評估具有一定的意義,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)值計算模型基礎上,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算模型。為了實現(xiàn)模型的高效精確計算,本文在建模過程著重考慮了以下幾點:①在導線表面網(wǎng)格劃分細致,遠離導線處網(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)化求解對導線表面電荷密度進行修正。并將本文計算結(jié)果與實驗測量值進行對比來驗證仿真模型的可行性。（2）直流導線附近的離子流場主要受導線自身結(jié)構(gòu)參數(shù)和外界環(huán)境因素的影響。首先重點分析了導線結(jié)構(gòu)參數(shù)和粗糙系數(shù)對離子流場的影響。計算結(jié)果表明... 

【文章來源】：東北電力大學吉林省

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

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

?東北電力大學丄程碩士學位論文??分子就會分裂稱為正離子和電子，正離子在電場力的作用下向遠離導線的方向運動，電子??則被電極吸收。??如圖２－ｌ（ｂ）所示，當負極性導線表面發(fā)生電暈放電時，電子在負極性電場力的作用下??由導線表面向外界運動，在運動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，??同時產(chǎn)生大量的正離子，正離子會被負極導線吸引至導線表面，游離的電子會在運動過程??中會附著在中性粒子表面形成負離子。??電暈放電產(chǎn)生的正、負離子在交流和直流電場中的運動特性有很大不同。交流導線的??電壓呈周期性變化，使得正、負電荷只能在導線周圍的小范圍做往返運動，無法到達距離??導線較遠的空間內(nèi)，因此空間中幾乎沒有帶電離子。而對于直流輸電線路而言，帶電離子??會在電場力的作定向運動，使得兩極導線之間和導線與大地之間的區(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離子流場計算的基本假設??由于實際高壓直流輸電線路（ＨＶＤＣ）離子流場的形成過程復雜，為簡化計算，又不??至對計算結(jié)果造成很大影響，本文參考國內(nèi)外文獻，采取如下假設：??（１）忽略電暈層厚度的影響??在離子流場建模過程中普遍會忽略電暈層厚度的影響［Ｗ。一方面，因為在高壓直流輸??電線路運行狀態(tài)下，導線極間距和導線與大地間的距離比電暈層的厚度大兩個數(shù)量級，忽??略電暈層厚度，幾乎不會對計算結(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??程及其復雜，在離子流場計算時很難用數(shù)學方程描述，因此研宄直流線路離子流場時只考??慮電暈層以外的物理過程。??（２）忽略電暈放電的暫態(tài)過程??

設置源項、邊界條件、初始值等物理機制；選擇合??適的求解器，設置求解器停止閾值等，然后進行求解計算；將計算結(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算結(jié)果與實驗測量數(shù)據(jù)或者其他計算結(jié)果進行比對來??驗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??本文假設直流輸電線路是均勻的且不考慮桿塔的影響，因此在計算直流線路附近的離??子流場時可以將一個三維場問題轉(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（圓心在正負極導線中??點）封閉區(qū)域構(gòu)成。計算區(qū)域介質(zhì)為空氣，壓強為一個標準大氣壓。經(jīng)驗證，當Ｌ／Ｈ超??過４時，可以獲得足夠的精度，出于計算準確性和效率的考慮，本文�。蹋�?＝?５，此時在??人工邊界，正負空間電荷密度很小，對合成場強的影響可以忽略。??／?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】：
期刊論文
[1]低氣壓對直流正極性導線地面合成電場特性影響的實驗研究[J]. 趙錄興,崔翔,李學寶,謝莉.  電網(wǎng)技術(shù). 2018(11)
[2]光滑導線直流起暈電壓判別方法對比分析[J]. 李學寶,王東來,張靜嵐,崔翔,盧鐵兵.  高電壓技術(shù). 2019(06)
[3]考慮風速和導線高度影響的高壓直流輸電線下離子流場計算[J]. 許松枝,汪沨,李敏,鄧曉,謝望君,陳曉林.  電力系統(tǒng)及其自動化學報. 2016(12)
[4]±800kV/±500kV混壓雙回直流線路的電磁環(huán)境分析及改善研究[J]. 李凌燕,杜志葉,阮江軍,陳媛,李健,黃國棟.  高壓電器. 2016(09)
[5]高精度上流有限元法在特高壓直流輸電線路離子流場計算中的應用[J]. 汪沨,范競敏,李敏,梁藝丹,彭繼文,呂建紅.  高電壓技術(shù). 2016(04)
[6]特高壓直流輸電線路合成電場強度對人體影響分析[J]. 馬愛清,陳吉,徐東捷.  廣東電力. 2016(01)
[7]以通量線法為初值的直流線路離子流場計算優(yōu)化[J]. 莫江華,張波,尹晗.  電網(wǎng)技術(shù). 2015(06)
[8]同走廊高壓交、直流輸電線路混合電場分析[J]. 趙永生,張文亮.  高電壓技術(shù). 2014(03)
[9]高壓直流輸電線路離子流場計算方法研究進展[J]. 崔翔,周象賢,盧鐵兵.  中國電機工程學報. 2012(36)
[10]±800kV直流輸電線路對鄰近樹木影響的研究[J]. 薛辰東,陸家榆,郭劍,楊勇.  電網(wǎng)技術(shù). 2012(05)

博士論文
[1]直流輸電線路電暈放電的微觀物理過程及離子流場分析[D]. 伍飛飛.重慶大學 2014
[2]高壓直流輸電線路離子流場的高效數(shù)值方法及其應用的研究[D]. 甄永贊.華北電力大學 2012

碩士論文
[1]特高壓交流輸電線路的電磁環(huán)境研究[D]. 王瑜.東南大學 2016
[2]高壓直流輸電線路鄰近物體時離子流和合成電場分布的研究[D]. 王小波.華北電力大學 2014
[3]特高壓直流輸電線路下離子流場的仿真計算研究[D]. 鄒岸新.重慶大學 2012
[4]直流導線電暈起暈電壓的影響因素及計算方法研究[D]. 歐陽科文.華北電力大學 2012
[5]高壓直流輸電線路離子流場計算及其工程應用[D]. 馮晗.華北電力大學（河北） 2007



本文編號：3247475