本文選題：電磁環(huán)境 + 改進(jìn)上流元法��； 參考：《武漢大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：近十幾年間,高壓直流輸電工程在國(guó)內(nèi)得到快速發(fā)展,高壓直流輸電技術(shù)相關(guān)問(wèn)題如輸電線路電磁環(huán)境、高壓直流設(shè)備絕緣問(wèn)題成為科研工作者關(guān)注的重點(diǎn)。本文以高壓直流輸變電系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備—輸電線路、直流分壓器、換流變壓器為研究對(duì)象,分別研究了空氣介質(zhì)和油紙絕緣介質(zhì)內(nèi)空間電荷的穩(wěn)態(tài)分布和暫態(tài)運(yùn)動(dòng)。本文以上流元法為基礎(chǔ),耦合求解泊松方程和電流連續(xù)性方程,實(shí)現(xiàn)對(duì)空間電荷的運(yùn)動(dòng)分布進(jìn)行仿真研究。 傳統(tǒng)上流元法在計(jì)算直流輸電線路離子流場(chǎng)時(shí),如果導(dǎo)線表面電荷密度以及空間電荷密度初始值設(shè)置的不合理,會(huì)導(dǎo)致離子流場(chǎng)在求解過(guò)程中無(wú)法收斂。本文引入自適應(yīng)迭代控制因子,在保證不影響計(jì)算速度的同時(shí)提高算法收斂穩(wěn)定性。針對(duì)實(shí)際輸電線路研究了風(fēng)速對(duì)離子流場(chǎng)產(chǎn)生的影響。以改進(jìn)上流元法為基礎(chǔ),編制HVDC離子流場(chǎng)計(jì)算平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流輸電線路離子流場(chǎng)的工程計(jì)算。 在二維上流元法的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了三維上流元法計(jì)算離子流場(chǎng)。傳統(tǒng)上流元法在空間場(chǎng)域內(nèi)尋找上流有限單元進(jìn)行空間電荷密度更新時(shí),采用堆棧內(nèi)已知電荷密度節(jié)點(diǎn)逐一比較的方法判斷是否構(gòu)成上流有限單元,會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間。本文提出新型上流有限單元尋找策略,通過(guò)對(duì)相鄰單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判斷是否構(gòu)成上流有限單元的方法,可以提高空間電荷密度更新效率。通過(guò)簡(jiǎn)單算例驗(yàn)證了新型上流有限單元尋找策略在進(jìn)行空間電荷密度更新時(shí)的效率,該方法是求解三維大規(guī)模離子流場(chǎng)的基礎(chǔ)。對(duì)試驗(yàn)線路下方房屋附近合成場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行計(jì)算,與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了三維上流元法在計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)附近離子流場(chǎng)時(shí)的精度。計(jì)算了特高壓直流輸電線路下方走廊處人體模型附近合成場(chǎng)強(qiáng)的大小,認(rèn)為空間電荷的存在極大增強(qiáng)了人體周?chē)碾妶?chǎng)強(qiáng)度。 對(duì)直流分壓器附近離子流場(chǎng)的求解是直流分壓器外絕緣問(wèn)題研究以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)了二維軸對(duì)稱(chēng)上流元法可以計(jì)算軸對(duì)稱(chēng)模型的離子流場(chǎng)。推導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了瞬態(tài)上流元法,可以對(duì)空間電荷在空氣介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真。提出空間電荷在絕緣介質(zhì)表面的積聚特性以及穩(wěn)態(tài)判據(jù)理論,基于二維軸對(duì)稱(chēng)瞬態(tài)上流元法,對(duì)針板電極電暈放電電荷在絕緣介質(zhì)表面的積聚過(guò)程進(jìn)行仿真,仿真得到的絕緣介質(zhì)表面的電荷密度呈鐘形分布,與試驗(yàn)結(jié)論一致。對(duì)直流分壓器離子流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明,直流分壓器周?chē)嬖诘目臻g電荷對(duì)絕緣傘裙表面的電場(chǎng)分布起到一定程度的改善作用。 采用瞬態(tài)上流元法求解雙極性空間電荷輸運(yùn)方程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)單層油紙絕緣介質(zhì)內(nèi)空間電荷運(yùn)動(dòng)過(guò)程的仿真,通過(guò)調(diào)整控制方程中的材料微觀參數(shù)可以得到與試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)較為一致的仿真結(jié)果。以上述仿真參數(shù)為依據(jù),通過(guò)調(diào)整外加場(chǎng)強(qiáng)、電極注入勢(shì)壘、載流子遷移率、陷阱捕獲系數(shù)、陷阱濃度以及正負(fù)載流子復(fù)合系數(shù)等參數(shù),研究了外加電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度梯度以及材料本身屬性對(duì)油紙絕緣介質(zhì)內(nèi)部空間電荷運(yùn)動(dòng)特性產(chǎn)生的影響,得到的結(jié)論可用于對(duì)油紙絕緣介質(zhì)擊穿機(jī)理的研究。
[Abstract]:In recent decade , high voltage direct current transmission project has been developed rapidly in China . The problems related to HVDC transmission technology such as electromagnetic environment of transmission line and insulation of high voltage DC equipment have become the focus of research workers . In this paper , the steady state distribution and transient motion of space charge in air medium and oil paper insulation medium are studied .

In this paper , an adaptive iterative control factor is introduced to improve the convergence stability of HVDC transmission line . In order to improve the convergence stability of HVDC transmission line , the influence of wind speed on ion flow field is improved .

On the basis of two - dimensional upper - flow element method , a three - dimensional upper - flow element method is deduced to calculate the ion current field . The traditional upper - flow finite element method is used to determine whether the upper - flow finite element is formed in the space field .

Based on two - dimensional axisymmetric transient upper flow element method , the charge density of corona discharge electric charge on the surface of insulating medium is simulated . The results show that the space charge around DC voltage divider can improve the electric field distribution on the surface of the insulating umbrella skirt .

Based on the above simulation parameters , the influence of the applied electric field intensity , temperature gradient and the properties of the material itself on the internal space charge movement characteristics of the oil - paper insulation medium is studied by adjusting the parameters such as the applied field strength , the electrode injection barrier , the carrier mobility , the trap trapping coefficient , the trap concentration and the positive - negative carrier recombination coefficient , and the conclusions can be used to study the dielectric breakdown mechanism of the oil - paper insulation medium .

【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM855

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本文編號(hào)：1783125