面向电磁装置磁-热耦合分析的异型网格映射方法

采用弱耦合有限元法求解电磁装置中的电磁场、流场和温度场的耦合问题时,电磁场计算得到的能量损耗要通过网格传递到温度场作为载荷,结合空气或液体的散热进行热分析。由于电磁场和热-流场在求解时对网格离散要求相差很大,因此若要兼顾各种场的要求需剖分成统一的有限元模型,势必会造成网格单元数很大、提高计算代价。而如果采用不同的网格模型,则无法实现网格间的数据直接映射。提出一种异型网格映射法,通过高斯积分及坐标变化来实现不同场之间不同网格的数据映射。此外,还提出了该方法的精度控制策略及误差修正系数,以保证计算结果的准确性。将异型网格映射法应用于文献中空气绝缘三相母线槽热分析中,将计算结果与常规同型网格直接映射方法及实验结果进行对比,进一步验证了该方法的有效性。     

基于三维变分的声学法三维温度场重建

在声学层析成像方法测量锅炉温度场的应用中,温度场重建算法的精度和速度起着重要作用。本文在分析基于像素分割的声学法温度场重建原理的基础上,将三维变分方法用于锅炉炉膛的三维温度场重建,将温度场重建的反问题求解归结为一个表征分析场与观测场和分析场与背景场偏差的二次泛函极小值问题。按照不同权重扩展目标函数,并采用共轭梯度法求解目标函数。分别对4种温度场模型实现了模拟重建,结果表明,基于三维变分的重建算法与最小二乘法和代数重建算法相比,重建精度高,并对测量噪声有很好的数值稳定性。     

550 kV断路器灭弧室内电场的多重网格-有限元法分析

针对有限元法进行多介质电场计算过程中求解效率与场域离散精度矛盾问题,结合有限元(FEM)和自适应多重网格(AMG)两种技术,提出多介质电场的自适应多重网格-有限元法(AMG-FEM)求解技术,并在粗细网格之间转换时引入迭代自适应控制转换技术,解决了计算区域参数分布不规律性,避免了网格整体多层细化计算工作量大的问题。通过对550 k V断路器灭弧室电场数值计算,证明了AMGFEM算法的高精度、高效率以及良好适应性,得到了灭弧室内不同开距下的电场分布。     

大型水轮发电机空气流场数值计算分析

采用CFD技术对三峡水轮发电机空气流场进行了数值计算。首先应用三维造型软件建立了计算模型,然后通过Parasolid导入Gambit划分网格,使控制方程在计算区域得到离散,最后把网格文件导入求解器中经合理设置后进行求解。计算得到了电机各部位的流体速度与静压分布云图,充分展示了空气在电机内的实际流动情况,有利于对冷却系统的优化设计。     

变电站接地网雷电电磁场的快速算法

提出了一种计算大型变电站接地网电磁场的快速算法.首先,该算法使用修正镜像法(modified image method,MIM)将待求模型所处的半无限有损空间化为均匀空间,从而避免了原电场积分方程中出现的索末菲积分计算.其次,借助快速多极子方法(fast multipole method,FMM)求解该电场积分方程,最后,利用共轭梯度法求解线性代数方程.在选取基函数及权函数时充分考虑了阻抗矩阵对称性和区组元素相互作用的平移不变性.与其他文献及CDEGS软件的计算对比结果,验证了该算法的正确性、适用性及有效性.     

复杂边界下三维水流数学模型的建立和验证

本文从底层开发了三维水流数学模型。模型使用平面正交坐标和立面为a坐标来拟合河道平面形态、地形和自由水面的不规则分布。计算中采用同位网格布设方式和动量插值方法来避免棋盘压力分布。采用有限体积法（FVM）离散紊流方程，方程的对流项采用修正QUICK格式离散。采用SIMPLEC算法求解流速场和动水压力场。通过对弯道和深槽水流输运的验证表明计算结果和实测值吻合良好，模型能够用于复杂边界条件下水流输运数值计算。     

大规模电网的动态无功优化算法

为解决应用内嵌离散惩罚的非线性原对偶内点法求解离散整数动态无功优化模型时产生的"维数灾"问题,对修正方程用块矩阵解耦的算法做进一步探讨,提出了两次求解修正方程系数矩阵并三角分解从而降低动态无功优化应用于大电网时的数据存储量的新思路,即以时间换取空间(定义为时空转换)。在两个实际系统(14节点和538节点系统)和IEEE 118节点系统上的优化计算表明,所提算法既能计算大电网的动态无功优化,又具有较快的计算速度。     

用边界元法计算30万千瓦汽轮机转子的温度场

本文根据热传导的控制微分方程,利用加权余量法,阐述了建立非稳态的轴对称热传导问题的边界积分方程的过程。并且对求解边界进行分区离散,形成分区边界元计算公式。通过实例,将边界元(BEM),有限元(FEM)与解析解相比,结果表明,边界元精度高于有限元。作为实际应用,本文计算了国产30万千瓦汽轮机转子的甩负荷温度场。     

电机三维温度场的有限公式法计算技术

有限公式法是一种类似有限积分技术的新型数值计算方法,其应用及理论研究仍在完善中。基于有限公式法下温度场代数场控制方程及其三维离散格式,该文对通用化程序编制中的对流散热边界条件简化处理、基于单元分析的模块化程序设计、计算数据前后处理等问题做了相关工作。讨论了有限公式法在三维复杂求解域问题中适用性与计算性能,并从数值计算角度验证了线性插值下有限公式法具有二阶计算精度。最后,结合3台不同结构、冷却方式的永磁电机三维温度场分析来说明有限公式法在复杂求解域问题上计算的准确性。就文中仿真算例而言,在相同网格、求解自由度以及求解迭代算法下,有限公式法比有限元法节约计算时间在12%~71.5%,两者计算占用内存基本一致。     

融合动态演变信息的声学三维温度场重建

在声学层析成像方法测量锅炉温度场的应用中,温度场重建算法的精度和速度起着重要作用。建立了三维温度场声学重建的动态模型,提出了同时考虑声学测量信息和温度场动态演变信息的动态重建算法。建立了一个融合声学测量信息、温度场的空间约束及动态演化信息的目标函数,在光滑约束法的基础上构建了反映相邻空间像素位置关系的正则矩阵,采用Tikhonov正则化和优化相结合的方法求解目标函数。仿真模拟研究表明,与最小二乘、代数重建法和标准Tikhonov正则化算法等静态重建算法相比,融合动态演变信息的温度场重建算法的重建速度相仿,而重建精度有显著提高并对于测量数据误差具有更好的数值稳定性,为声学温度场重建提供了一种可行性极高的有效方法。     

27.5kV GIS母线室三维温度场的数值计算

基于热传导微分方程、流体运动控制方程及辐射换热方程,建立了传导、对流和辐射换热相互耦合的数学模型,并采用壁函数方法处理固体与流体界面的对流换热问题,对27.5kV GIS(gas-insulated switchgear)开关柜母线室的三维温度场和气流场进行了数值计算与分析。仿真中采用了六面体网格剖分,通过有限容积法对方程进行离散求解,得到了母线室内的三维温度场与气流场的分布。计算结果表明,三工位隔离开关为温度最高部位,气体的对流使得母线室内温度趋于均匀并使载流回路的散热效果得到了加强。进行了相关的温升实验,温度的数值计算结果与实验结果吻合,表明了计算方法的正确性。     

加导叶轴流泵水动力特性研究

用数值方法计算了加导叶轴流泵的水动力特性.在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上建立不可压缩流体的积分方程,以SIMPLE为基本算法,结合速度修正方程和压力修正方程,求解轴流泵的内部速度场和压力场,采用基于二方程雷诺数时均方程方法研究轴流泵的湍流模型.用数值方法建立轴流泵的三维数学模型,用混合网格布置方法提高计算精度.分析了不同流量下加导叶轴流泵器的流量和扬程、功率和效率的关系;研究了导叶对轴流泵水动力性能的影响.     

广义有限差分法在静态电磁场计算中的应用

广义有限差分法是一种新型区域型无网格数值离散方法。该方法基于多元函数泰勒级数展开式和加权最小二乘拟合,将控制方程中未知参量的各阶偏导数表示为相邻节点函数值的线性组合,克服了传统有限差分法对网格的依赖性。将广义有限差分法应用于电磁场问题的数值模拟中,建立了静态电磁场问题广义有限差分法的数值离散格式。为验证所提算法的有效性,对比了该方法与有限元方法在处理规则求解域与复杂求解域电磁场问题的差异。数值算例表明,该算法稳定,效率高,计算精度高。     

配电室温度场与湿度场的建模与仿真分析

考虑到变电站配电室内配电设备对环境温度和湿度有较严苛要求,因此有必要研究配电室内温度和湿度分布规律,有助于提高配电设备可靠性。按照与温度计算有关的能量传递方程和与湿度计算有关的气体扩散方程,由理论计算公式分析可知直接计算涉及多变量的耦合,求解难度大。本文采用有限元分析软件ANSYS对配电室的温度场和湿度场进行仿真计算,首先根据实际的典型配电室建立仿真计算模型,并高精度划分有限元网格。其次根据现场运行情况整定计算仿真需要的计算参数,利用仿真计算模型得到了室内温度场和湿度场的水平面分布情况。通过改变风机流量,分析了风机流量变化对配电柜内部温度的影响效果,总结了配电室内温度场与湿度场的分布规律。     

基于特征提取映射的变压器偏磁多场响应

针对变压器偏磁状态下的振动噪声问题,研究直流扰动水平与噪声的映射关系。结合一种电磁-机械-声的多物理场耦合方法,构建变压器三维有限元电磁-机械模型,基于电磁-机械耦合原理计算变压器在偏磁效应下电磁参数与构件振动情况,并利用声学仿真模块计算变压器空间声压分布。以三相组式变压器为例,研究多种交直流混杂模式下变压器电磁、振动及噪声变化情况,总结其模-态特征及变化规律。搭建动模实验平台,测量变压器构件振动和噪声参数,并将其与仿真数据进行对比,验证文中方法与结论的正确性。最后建立变压器偏磁状态下直流扰动水平与噪声参数的映射关系,利用可量测参量表征不可量测的异常信息,进而为偏磁监测、评估与抑制提供支持。     

含分布源传输线方程的时域求解

变电站内雷击、故障和开关操作引起的瞬态电磁脉冲通过空间耦合作用在二次电缆上产生的感应电压和电流将干扰终端保护、自动装置等设备,感应电压和电流的大小可通过含分布源的传输线方程算出。均匀传输线在频域可方便求解,但非均匀传输线方程,在频域求解会很困难。为此运用时域有限差分法FDTD在时间和一维空间离散求解传输线方程,考虑到外界电磁脉冲对传输线的耦合,将其表示为分布源,从而算出终端负载的响应。计算与频域两种算法的结果吻合,验证了此算法适用于非均匀传输线方程的求解。     

位移电流密度的分解及应用

研究发现,在空间介质场域中时变电场位移电流密度与麦克斯韦定义的时变电场位移电流密度是不一致的.时变电场位移电流密度应分解为时变电场两极板之间电流的源点电流密度与时变电场极化束缚电荷位移电流密度之和,因此建立了空间介质场域麦克斯韦第一修正方程.修正方程表明,空间介质场域仅仅存在时变极化束缚电荷位移电流和漏电流在该场域产生...     

开域静电场全源积分人工边界法的GMRES迭代算法

全源积分人工边界法将媒质等效为源,通过对场源和媒质等效源的积分计算,确定人工边界条件。该方法的计算准确度高,可以将人工边界划在距媒质很近的位置,场域的计算区域小。全源积分人工边界法的方程是有限元和人工边界条件的耦合方程。直接迭代法求解该方程时收敛速度慢,并且对于复杂的区域分解问题不能收敛。本文在没有全源积分人工边界法方程的系数矩阵的情况下,基于人工边界条件与场源和媒质的物理关系,推导了全源积分人工边界法的广义极小残量(GMRES)迭代算法。通过与2D FEM对比,验证了GMRES迭代算法的正确性,并且用GMRES迭代算法计算了交流特高压绝缘子串的电场,计算结果与已有文献一致。算例表明GMRES迭代算法收敛速度快,并且能够求解复杂的区域分解问题,为解决复杂问题提供了一种新方法。     

基于浓度修正的炉膛温度场及速度场声学重建

对声学法同时重建锅炉炉膛二维温度场及速度场进行了理论和实验研究。基于炉膛内烟气浓度分布的先验信息,提出了一种温度场声学重建的修正方法,并选取2个工况,对温度场和速度场的同时重建进行了数值模拟。模拟结果表明,修正后的算法可以有效减小重建误差,得到比较精确的重建结果。同时,提出了一种获取声波相位差的高精度测量方法,开发了可用于声学重建的双声波频率测量系统,实测结果也证明了该方法的正确性及精确性。     

电力设备三维网格模型自适应鲁棒水印算法

提出一种新的电力设备三维网格模型鲁棒水印算法,介绍了该算法在电力多媒体信息安全中的应用。该算法首先对电力设备三维网格模型进行离散曲率估计,找出模型中脐点;结合网格模型离散法向量和局部粗糙度,通过自适应主方向投影实现水印嵌入。实验结果表明,该水印算法能有效抵抗加性噪声、仿射变换、网格简化、网格剪切等多种网格变换和攻击,具有较强的不可感知性和鲁棒性。