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首页快速多极子边界元法在多介质工频电场分析中的应用
"多介质工频电场分析的快速多极子边界元法 (2010年)" 本文探讨了在电力行业中,特别是变电站环境下的关键设备工频电场计算问题。工频电场分析是电力设施设计和安全评估的重要组成部分,而传统的计算方法往往存在计算效率低下的问题。针对这一挑战,作者张占龙等人提出了一种结合快速多极子法和边界元模拟电荷法的新方法,以高效地解决多介质工频电场的分布计算。 边界元模拟电荷法是一种基于场与源之间的关系进行电磁场分析的方法,它通过将物理区域边界上的场变量转换为边界上的电荷分布来简化问题。在此基础上,快速多极子法被引入以提升计算速度,其核心在于通过多极展开和近似计算,有效减少矩阵与向量乘积时的计算复杂度。这种方法特别适用于处理大规模、多自由度的问题,因为它能显著降低计算量,同时保持较高的精度。 在500 kV变电站的开关场内刀闸周围电场分布的实例计算中,该快速多极子边界元模拟电荷法与常用的积分工程软件进行了比较。结果显示,两者的最大相对误差仅为8.1%,表明新方法的计算结果具有良好的准确性和可靠性。而且,由于新方法减少了内存消耗和运算时间,它在满足工程实际需求的前提下,为大尺度、多介质、多未知量的工频电场计算提供了更优的解决方案。 快速多极子边界元模拟电荷法不仅提升了计算效率,降低了内存需求,还保持了高精度,是解决电力系统中复杂工频电场问题的有效工具。这一研究对于优化变电站设计,保障电力设施的安全运行,以及预防电气设备过电压损伤等方面具有重要意义。此外,该方法也为后续相关领域的研究提供了新的思路和技术支持。
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第
14
卷第
4
期
2010
年
4
月
电机与控制学报
ELECTRIC
MACHINES
AND
CONTROL
Vol.
14
No.4
Apr.
2010
多介质工频电场分析的快速多极子边界元法
张占龙
邓军
1
气
李德文
朱祯海
胡强
3
何为
1
(1.重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆
4α)()30;
2.
中国南方电网超高压输电
公司检修试验中心,广东广州
510663;
3.
重庆电力公司南坪供电局,重庆
4
仅归
60)
摘
要:针对变电站关键设备工频电场计算存在计算效率低的问题,结合快速多极子法和边界元模
拟电荷法提出一种快速计算多介质工频电场分布的方法。根据边界元模拟电荷法基本原理建立变电
站关键设备工频电场计算模型。利用快速多板子法可以加速矩阵与向量来积效率的特点,得到提高
多介质工频电场分布的快速算法。并应用该方法具体计算
5
∞
kV
变电站中开关场内刀闸周围的电
场分布。结果表明:快速多极子边界元模拟电荷法的计算结果与积分工程软件的仿真结果的最大相
对误差为
8.1%
。在满足工程误差允许前提下,该方法相对于传统边界元模拟电荷法运算速度快、内
存消耗少、计算精确度高,适合于求解大尺度多未知量、多自由度的工频电场计算问题。
关键词:工频电场;变电站;边界元法;快速多极子;计算方法
中图分类号
:TM
151
文献标志码
:A
文章编号:
1007-449X(20
1O)Q4
-0080-06
Fast multi-pole boundary element method analysis for power
frequency electric field distribution
of
multi-medium
ZHANG
Zhan-long
1
,
DENG
Jun
1
.
2
, U
De-wen
1
,
ZHU
Zh
en-hai
1
,
HU
Qiang
3
,
HE
Wei
1
(
1.
State
Key
Laboratory
of
Power
Transmission
Equipment &
System
Security
and
New
Technology
,
Chongqing
University
,
Chongqing
400030 , China; 2.
EHV
of
Maintenance &
Test
Center
, China
Southempower
Grid
,
Guangzhou
510663 , China;
3.
Nanping
Power
Supply
Bureau
,
Chongqing
Power
Company
,
Chongqing
400060 , China;)
Abstract
:
To
raise the low
∞
mputation
efficienβy
existed in calculation of
po
附
r
frequen
呵
electric
field (PFEF)
of the key
de
世
ces
in substation,a hybrid technique combining the fast multi-pole method
(FMM)
,出
e
boundary
element method (BEM) and charge simulation method (CSM) has been proposed
to
solve
PFEF
of multi-medium
problem.
Th
e calculation model for
PFEF
of the key
de
札
ces
in
substation is
built
配
cordi
鸣
ω
由
e
principle of
BEM
and
CSM.
咀
le
fast
algori
出m is presented for multi-medium
PFEF
problem based on the characteristic of
FMM
accelerating
也
e
product
between
出
e
matrix and the vector. Take the switch
in
筑X)
k V substation for exam-
ple
and
耻
distribution
of potential field is
calculated.
币
le
result
sho
响
as
follow:
co
即由吨
calculation
results
of
Fl\刷
BEM
and
CSM
with results simulated by Integrated
En
gineering
So
ftware
(IES)
,出
e
max
relative error is
only
8.
1
%.
FMM
,
BEM
and
CSM
is much faster and more efficient than
the
甘
aditional
BEM
and
CSM
in
配
computational cost
and
耻
storage
of the computer on the promise of
en
伊
eering
error.
S
。也
is
method can
be
used in large
.OOF
and numerous
UI
虫
nown
par
四
neter
阴阳
ltial
field problems.
Key
words:
power frequency electric
field;
substation;
boundary
element
method;
也
st
multi-pole;
co
m.-
putational methods
收稿日期:
2009-10-09
基金项目:国家自然科学基金
(50877082)
;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室访问学者基金
(2007DA10512709408)
;
"211
工
程"三期创新人才培养计划建设项目
(S-09111);
中国电机工程学会电力青年科技创新项目(
QNXM08
-
24
)
作者简介:张占龙(1
971
一)
,男,博士,副教授,研究方向为电磁兼容与故障检测、电磁场计算;
Jt~.
军(
1985
一),男,硕士研究生,研究方向为电磁兼容与故障检测:
李德文(1
973
一)
,男,硕士,讲师,研究方向为电力系统信号分析;
f
朱祯海(1
986
一)
,男,硕士研究生,研究方向为电磁场计算:
胡
强
(1971
一)
,男,工程师,研究方向为电磁测量与计算;
何
为
(1957
一)
,男,博士,教授,博士生导师,研究方向为电磁兼容与故障检测、电居住成像、仪器设备。
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