[發(fā)明專利]一種正極性連續(xù)電暈放電電流的仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010607567.0
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111753454B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉穎異;王萃;崔勇;袁海文;呂建勛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/11;G06F111/10;G06F111/04
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 謝秀娟

本發(fā)明公開一種正極性連續(xù)電暈放電電流的新型仿真方法，包括：S1、給電極的陽極施加電壓，獲取相鄰電暈放電電流脈沖時間間隔的均值和方差，生成一組符合均值和方差的隨機數(shù)，隨機數(shù)作為正極性連續(xù)電暈放電電流仿真中二次電子觸發(fā)的時間間隔；S2、確定正極性連續(xù)電暈放電電流的仿真中二次電子觸發(fā)的時間點；S3、確定電極中待計算的場域，對待計算的場域進行網(wǎng)格剖分，并設(shè)定待計算的場域中電壓和粒子數(shù)密度的邊界條件；S4、采用循環(huán)迭代法求解電暈放電電流的瞬態(tài)值，在迭代過程中判斷是否達到二次電子觸發(fā)的時間點，若達到則進行二次電子觸發(fā)，否則繼續(xù)迭代，直至達到仿真時長限制。本發(fā)明能夠更為準確地仿真連續(xù)電暈放電的物理過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高壓直流電暈放電仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種正極性連續(xù)電暈放電電流的仿真方法。

背景技術(shù)

特高壓輸電技術(shù)是一種遠距離、大容量的電能輸送技術(shù)，其由于造價小、電路損耗低，在電網(wǎng)系統(tǒng)中得到了快速的發(fā)展和大規(guī)模的應用，成為解決世界各國能源產(chǎn)出和用電負荷分布不平衡問題的主要途徑之一。但是，隨著輸電線路電壓等級的提高和輸送容量的擴大，輸電線路上由于電暈放電產(chǎn)生的電磁環(huán)境干擾問題和電能損失已不容忽視。采用數(shù)值仿真方法模擬電暈放電的過程，有助于深入探究電暈放電的物理過程和帶電粒子在放電過程中的特性，為特高壓直流輸電的線路選型以及輸電線路經(jīng)濟運行提供理論依據(jù)。

對于電暈放電過程的數(shù)值模擬，早在20世紀80年代，Morrow等人通過假設(shè)流光在固定的圓柱形通道中傳播，提出了最著名的特里切爾脈沖的一維模型，該模型在隨后的電暈研究中得到了廣泛的應用，但由于空間電荷的一維近似引入的誤差，其適用性受到限制。2000年，Georghiou等人提出二維氣體放電模型并采用通量矯正有限元法求解，利用迎風差分法優(yōu)化通量矯正有限元算法的性能模擬，但由于隱式通量矯正有限元算法實現(xiàn)復雜度較高，內(nèi)存的需求和仿真時間較長，仿真只在幾毫米短間隙和幾納秒時間尺度上進行。2010年，Sattari等人提出了一種基于非均勻網(wǎng)格剖分和變時間尺度算法的單離子電荷載流子電暈放電數(shù)值仿真算法，大大提高了計算效率，可模擬1厘米空氣間隙中電暈電流和空間電荷密度的變化規(guī)律，該模型將階躍電壓和脈沖電壓兩種周期性脈沖電壓波形施加到電暈電極上，觀察產(chǎn)生的電暈電流脈沖也周期性發(fā)生，且其頻率隨著施加電壓脈沖頻率的增加而增加。2012年，伍飛飛等人提出的單個電暈電流脈沖二維正電暈放電混合模型包含12種粒子間的27種化學反應,并且考慮了光電離的影響。2015年，劉陽等人用精確的亥姆霍茲光電離模型模擬光電離過程，提出了一種新的正電暈電流脈沖的二維模擬方法，計算過程采用全隱式離散化和可變時間步長的方法保證了方法的有效性，克服了長間隙和長時間尺度上模擬電暈電流脈沖的障礙。

以上方法從微觀特性和算法優(yōu)化方面為正電暈放電仿真研究做出了重要的貢獻，但現(xiàn)有方法皆是針對單個電暈電流脈沖的特性進行定性或定量的分析，或在仿真過程采用周期性二次電子觸發(fā)研究多個脈沖，這與實際正極性電暈連續(xù)不定時間間隔的放電過程存在一定差距，不利于電暈放電物理過程和微觀粒子分布特性的深入研究。因此，需要進一步研究與實際電暈放電過程更為相符的連續(xù)電暈放電仿真方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種正極性連續(xù)電暈放電電流的仿真方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，能夠更為準確地仿真連續(xù)電暈放電的物理過程。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種正極性連續(xù)電暈放電電流的仿真方法，包括如下步驟：

S1、給電極的陽極施加電壓，獲取相鄰電暈放電電流脈沖時間間隔的均值和方差，生成一組符合所述均值和方差的隨機數(shù)，所述隨機數(shù)作為正極性連續(xù)電暈放電電流仿真中二次電子觸發(fā)的時間間隔；

S2、確定正極性連續(xù)電暈放電電流的仿真中二次電子觸發(fā)的時間點；

S3、確定電極中待計算的場域，對待計算的場域進行三角形網(wǎng)格剖分，得到待計算場域中的若干個三角形單元，并設(shè)定待計算的場域中電壓和粒子數(shù)密度的邊界條件；