[發(fā)明專利]一種基于時域有限元求解計算直流合成電場的方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110646375.5
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113434987A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設計）人: 徐吉來;路遙;干喆淵;王延召;劉興發(fā);張亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學研究院有限公司;國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/23;G06F17/11;G06F111/10;G06F113/16
• 代理公司: 北京工信聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11266
• 代理人: 姜麗樓

本發(fā)明公開了一種基于時域有限元求解計算直流合成電場的方法及系統(tǒng)，屬于超/特高壓直流線路地面合成電場計算技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法，包括：根據(jù)導線表面電場強度判斷導線是否起暈；通過時域有限元法求解相鄰時間步長電荷濃度相對誤差確定導線電荷濃度分布是否穩(wěn)定；采用預估修正法對高壓直流線路正、負導線表面電荷濃度進行修正；根據(jù)時域有限元法計算正、負電荷在各時刻全場域的電荷濃度及高壓直流線路合成場電場分布。本發(fā)明可以用來模擬直流輸電線路電暈后的正負離子發(fā)生、擴散和穩(wěn)定的各種情形，可以直接求解對流擴散方程，使其更接近離子運動本質(zhì)，并且在各個計算時間點，都可以計算出全場域的離子分布以及合成電場分布。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超/特高壓直流線路地面合成電場計算技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種基于時域有限元求解計算直流合成電場的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國發(fā)電資源分布與用電負荷發(fā)展不平衡，特高壓直流輸電線路特別適合長距離大功率輸電的特點決定了其一定會在我國的能源優(yōu)化配置中發(fā)揮重要作用，我國目前已建成并投入運行了多條±800kV特高壓直流輸電線路，準確預測合成電場對線路設計、輸電走廊選取以及環(huán)評監(jiān)測具有重要意義。

直流輸電線路電暈的基本方程在忽略離子擴散后，正負離子速度矢量可以表示為：

v₊＝K₊E_s+w (1)

v_-＝-K_-E_s+w (2)

式中，E_s為合成電場的電場強度；K₊，K_-分別是正、負離子的遷移率；w為風速矢量；

因此描述雙極直流輸電線路合成電場的基本方程可以表示為：

J₊＝ρ₊v₊ (5)

J_-＝ρ_-v_- (6)

式中，為電位；J₊，J_-分別為正、負離子流密度；ρ₊，ρ_-分別為正、負空間電荷密度；R為離子的復合系數(shù)；ε₀為真空介電常數(shù)；e為電子的電荷量。式(3)為電位泊松方程，而式(7)以及(8)分別為正、負離子的電流連續(xù)性方程。該離子流場的核心問題即為求解電位泊松方程與電流連續(xù)性方程耦合形成的非線性方程。

將式(1)、(5)帶入到式(7)中，可得：

在將式(3)、(4)帶入到式(9)中，可得：

設u₊＝(k₊E+w)、u_-＝(-k_-E+w)，寫出最終的正負離子的對流公式為：

目前，直流線路地面合成電場的計算方法主要有通量線法、上流有限元法等。