[发明专利]一种高压变电站三维电磁场并行计算方法

摘要

本发明是一种高压变电站三维电磁场并行计算方法，其特点是：利用三维有限元—边界元建立电磁场模型并求解，通过研究有限元和边界元在计算变电站电磁场时的适用性，能够充分反映高压变电站电磁设备的电磁场分布情况，能够充分反映高压变电站电磁设备的磁场分布情况，尤其是如变压器等包含高导磁材料的电磁设备和电抗器等高压电气设备，该方法计算快速、准确，适应性强，具有较高的工程价值。

主权项

1.一种高压变电站三维电磁场并行计算方法，其特征是，它包括以下步骤：1）基于边界元的空间电场计算当场点r在导体的表面上时，边界积分方程可表示为式中，r为场点位置矢量；r’为源点位置矢量；为场点电位；σ为源点面电荷密度；R为场点和源点之间的距离。以σ为求解变量，将边界离散，并采用伽辽金加权余量法，则式(1)写成：式中，e表示场单元的编号；e‘表示源单元的编号；i，j表示离散节点编号；S_e表示场单元的积分区域，S_e′表示源单元的积分区域；表示节点电位；σ_i表示节点面电荷密度；N_i，N_j为插值函数；ε₀为真空的介电常数,通过插值离散，式(2)转化为代数方程，继而求得电场分布；2）基于有限元的空间磁场计算矢量磁位有限元法采用矢量磁位A，忽略磁滞效应和涡流效应，根据Maxwell方程得到磁场方程：▿×1μ▿×A=J---(3)]]>式中，▽×为旋度算子，μ为媒质的磁导率，J为电流密度，以棱边有限元为例，求解场域的整体插值函数为A=Σn=1nlMn(x,y,z)An---(4)]]>根据式(1)对式(2)应用格林定理，得伽辽金加权余量方程：式中，·为矢量点积运算，不计边界项，方程整理为：∫∫∫V1μ(▿×Mm)·(▿×Mn)AndV=∫∫∫VMm·JdV---(6)]]>将式(6)代入式(4)，针对全部权函数，将加权余量方程离散形成代数方程组，求解得到全部棱边的标量磁位A，得出模型的矢量磁位函数后，直接利用磁场的微分公式，计算空间任意一点的磁场场量，如磁感应强度矢量B和磁场强度H，见下式，▿×A=B1μ▿×A=H]]>利用有限元—边界元方法并行计算对高压变电站三维电磁场进行模拟，并与实际情况进行对比，归纳有限元—边界元方法在仿真计算电磁设备工频磁场时的效率和误差，研究有限元—边界元方法的计算适用性，为高压变电站复杂设备周围电磁环境的计算提供可行性。