[发明专利]一种基于改进无网格法的换流变电-热耦合场计算方法

说明书

本发明请求保护一种基于改进无网格法的换流变电‑热耦合场计算方法，包括确定特高压换流变绝缘油纸材料数学非线性模型，以及二维轴对称非线性电‑热耦合场计算模型；采用改进无网格方法进行换流变电‑热耦合场计算，模型布点方式根据尺寸自适应调整，对换流变电场和温度场分别进行计算，在临近计算边界区域调整局部子域大小，避免其与全局边界交叉，在全局边界采用配点法进行计算。在电场和温度场耦合数据传递中，需要计算温度场热载荷时，根据几何坐标查找温度场局部子域高斯积分点在电场计算模型中局部子域，并且根据该局部子域内节点数目插值获得热载荷值，更新电场材料属性，实现换流变电‑热耦合场迭代计算和分布规律获取。本发明提高了计算时间和精度。

技术领域

本发明属于特高压设备绝缘水平评价技术领域，尤其涉及一种特高压换流变电-热耦合场的计算方法。

背景技术

由于国内资源分配的不均衡，特高压正在大力建设，其是十三五规划的重要战略，尤其是随着能源互联网建设策略的提出，特高压系统安全可靠性得到了大量关注。

而特高压换流变作为特高压系统的关键设备，其可靠性直接决定着系统的安全运行，但是目前换流变关键技术仍然依赖国外技术，主要原因是其中绝缘问题。因换流变绝缘部件存在交直流复合作用工况，而油和油纸电导率受温度影响较大，因此，分析换流变绝缘问题时必须分析其电场以及温度场的影响，即构建换流变的电-热耦合场计算模型。哈尔滨理工大学和西安交通大学均分析了交直流工况下的电场分布规律，华北电力大学则考虑了电场的非线性问题，并且现有设计时并未考虑实际温度分布对电场的影响，而是选取对应绝缘最为严苛情形下的温度以及相应的油和油纸电参数，以此为依据设计换流变绝缘部件，存在绝缘裕度设计过大的问题。

因此，发明人发现，国内外的研究较少研究换流变电-热耦合问题，并且因换流变绝缘部件尺寸差异较大，采用网格类分析方法会存在网格数较多，计算效率低等问题，并且电场和温度场耦合数据传递也存在映射精度问题，需要在这些方面进行提高。

而随着我国特高压系统的快速发展，对特高压换流变绝缘设计和散热设计问题也需要进一步深入研究。此时，对特高压换流变电场-热场耦合特性的计算方法研究就十分必要。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种提高换流变绝缘裕度的有效选取的基于改进无网格法的换流变电-热耦合场计算方法。本发明的技术方案如下：

一种基于改进无网格法的换流变电-热耦合场计算方法，其包括以下步骤：

101、/确定特高压换流变压器计算模型结构尺寸以及绝缘油、绝缘纸板材料属性，并根据换流变压器承受交流和直流复合作用运行工况，确定其电场、温度场耦合特性，建立特高压电-热耦合场计算模型；

102、设置换流变压器计算初始时整个模型的电场、温度的初始值，采用改进无网格法对电场和温度场分别进行求解，改进无网格法在计算中调整靠近边界的节点局部子域大小，避免与全局边界相交，在边界节点处采用配点法进行计算；

103、根据几何坐标查找温度场局部子域高斯积分点在电场计算模型中的局部子域，并且根据该电场计算模型中的局部子域内节点数目插值获得热载荷值，采用查找局部子域高斯积分点法的方式更新电场材料属性，实现电-热耦合迭代计算；

104、重复步骤101-103，获取换流变关键绝缘部件的电-热场分布规律。

进一步的，所述步骤102采用改进无网格法对电场和温度场分别进行求解，求解的场和温度场控制方程如下：

电场控制方程：考虑换流变内部存在交直流复合运行工况，其电场控制方程如下：

其中γ为电导率，ε为相对介电常数；x，y，z分别表示计算区域坐标；

温度场控制方程：稳态时换流变内部热传导控制方程为：