高壓直流輸電線路離子流場的高效數(shù)值方法及其應(yīng)用的研究.pdf

1、隨著我國高壓直流輸電工程的快速發(fā)展,直流輸電線路的離子流場(含合成電場和離子流密度等)問題日益突出。本文發(fā)展了直流輸電線路離子流場的數(shù)值計算方法,并針對直流輸電線路離子流場中一些重要問題進(jìn)行了深入研究,包括線下人員活動時的離子流場問題、直流輸電線路離子流場中的導(dǎo)體充電問題、線下存在建筑物的合成電場分布問題等。本文的研究成果可以為高壓直流輸電工程的電磁環(huán)境預(yù)測、控制與評估奠定基礎(chǔ)。
　　 本文首先發(fā)展了直流輸電線路二維離子流場計算

2、的上流有限元方法,使其達(dá)到了較高的計算效率。針對該方法的特點(diǎn),本文對計算過程提出如下三點(diǎn)建議:(1)為了獲得較精確的導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度,建議單根導(dǎo)線表面剖分不少于80單元,且使用邊界電場約束方程方法計算導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度;(2)使用直接分解算法求解有限元矩陣方程;(3)由節(jié)點(diǎn)電位排序確定電荷密度更新次序,在無風(fēng)條件下可以保證電荷密度更新沿電荷運(yùn)動方向進(jìn)行,從而加速收斂。
　　 本文提出了一種適合計算直流輸電線路下雙極三維離子流場的數(shù)

3、值方法—三維上流有限元方法。數(shù)值計算結(jié)果與解析解和測量結(jié)果具有較好的一致性,顯示了該方法的有效性。論文還發(fā)展了加權(quán)余量有限元法與牛頓法相結(jié)合計算單極離子流場的數(shù)值方法,提出一種新的三維離子流場計算格式,顯著地降低了該算法的內(nèi)存需求和矩陣方程的求解代價。
　　 本文提出了一種計算直流輸電線路離子流場中經(jīng)電阻接地導(dǎo)體的電位的數(shù)值方法,數(shù)值計算結(jié)果與測量結(jié)果吻合,表明了該方法的有效性。針對±800kV雙極直流輸電線路中一極導(dǎo)線帶電正常

4、運(yùn)行、另外一極導(dǎo)線電位懸浮備用的實際情況,應(yīng)用該方法計算了備用極導(dǎo)線的電位。本文還分析了直流輸電線路下存在建筑物時合成電場的分布規(guī)律。
　　 利用本文提出的三維離子流場的數(shù)值方法,本文對直流輸電線路下有人員活動時的離子流場進(jìn)行了分析。建立了適合三維離子流場計算的人體模型。分別計算了人體模型直接接地和經(jīng)電阻接地時的合成電場和離子流密度分布,獲得了直流輸電線路下方人員活動時合成電場分布和離子流充電效應(yīng)的特征。對于評估高壓直流輸電線路