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《华北电力大学(北京)》 2011年
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改进的边界元法及其在电场计算中的应用

刘士利  
【摘要】:高压直流输电换流阀屏蔽系统的表面电场计算及寄生电容参数提取,是实现直流输电技术国产化需要研究的重要课题之一。本文结合十一五国家科技支撑计划“800kV/4750A直流工程6英寸晶闸管元件及换流阀的开发研究”,重点研究了基于边界元法的电场的快速、准确计算,提出了多坐标系混合权函数边界元法,并将方法应用于特高压换流阀的电场和电容计算。本文取得的主要研究成果如下: 1.研究了边界积分方程加权余量离散过程中权函数的选择,分析了伽辽金和点匹配边界元法的计算精度和速度;基于多坐标系中的曲面积分,将伽辽金匹配和点匹配结合,提出了多坐标系混合权函数边界元法,该方法一方面用曲面模拟实际问题的边界,消除由于边界单元和实际边界形状不同产生的误差,另一方面充分发挥了伽辽金匹配精度高和点匹配速度快的优势,既保证了计算精度,又减少了计算时间,实现了精度和速度的理想结合,达到了电场计算既快又准的目的。 2.研究了高压直流输电换流阀屏蔽系统的表面电场计算,分析了屏蔽板倒角对表面场强的影响;提出了阀塔屏蔽系统表面电场计算的简化方法;利用多坐标系混合权函数边界元法和简化模型对±800kV换流阀屏蔽罩的表面电场进行分析,系统计算了换流阀不同工况下的表面电场分布。该研究成果对换流阀国产化过程中的绝缘设计具有重要的指导意义。 3.针对换流阀屏蔽系统,研究了倒角对电容参数的影响,提出了屏蔽板不进行倒角处理的模型简化方法;分析了不同阀层对电容的影响规律,提出了计算换流阀屏蔽系统寄生电容参数的有效模型;详细计算了±800kV换流阀的电容参数。该研究成果为建立换流系统宽频电路模型,进行过电压分析,提供了必要的模型参数,是直流输电国产化需要掌握的关键技术之一,也为大尺寸多导体系统的电容计算提供了一种可行的方法。 4.提出了计算电场的三维线单元模型,和边界元传统的面单元结合,建立了线-面单元模型体系,该模型系统基本可以模拟各种复杂结构的设备,既保证电场计算精度,又降低了建模难度和计算代价;推导了计算三维正弦稳态场矢量最大值的解析公式,证明了其端点轨迹是三维空间的椭圆;模型和公式可用于特高压交流变电站复杂设备附近电场分析,为变电站电磁环境计算提供了一种可行的方法。
【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM151

【引证文献】
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1 李亚莎;李晶晶;徐瑞宇;;新型曲面三角形边界元法及其在电场计算中的应用[J];电气开关;2013年01期
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1 郑庆;屏蔽板工频涡流场耦合迭代方法的研究[D];华北电力大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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1 刘鹏;煤粉永磁强磁滤器的研究[D];河南理工大学;2010年
2 李新蕾;金属磁记忆检测机理的试验研究与有限元仿真[D];南昌航空大学;2010年
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【同被引文献】
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1 刘建军;王建民;;边界元法在超高压变压器电场计算中的应用分析[J];变压器;2008年06期
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4 王泽忠;李亚莎;邓春华;;基于球坐标的三维静电场曲边四边形边界元方法[J];电工技术学报;2007年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【二级参考文献】
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7 吴茂林;变电站互感器宽频传输特性与接地网瞬态特性的研究[D];华北电力大学(河北);2004年
8 张重远;气体绝缘变电站开关操作产生的电磁干扰问题研究[D];华北电力大学(河北);2004年
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1 赵良;合成绝缘子三维电场FEM-BEM迭代解法的研究[D];华北电力(北京)大学;2002年
2 刘姜玲;合成绝缘子三维电场分区边界元法的研究[D];华北电力大学(北京);2003年
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8 姚振汉;王海涛;雷霆;王朋波;;快速多极边界元法研究进展[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
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10 张宏;;工程中渗流问题的边界元算法与分析[A];第五届全国结构工程学术会议论文集(第一卷)[C];1996年
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9 刘朝霞;应用特解边界元法对热疗温度场的数值计算研究[D];北京工业大学;2000年
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