GIS電場(chǎng)及其逆問題數(shù)值計(jì)算方法研究.pdf

1、隨著GIS(Gas Insulated Switchgear)小型化和三相共箱化的發(fā)展趨勢(shì),GIS內(nèi)部電場(chǎng)分布變的越來(lái)越復(fù)雜,選擇科學(xué)、有效的數(shù)值計(jì)算方法,對(duì)GIS的三維電場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算來(lái)指導(dǎo)絕緣設(shè)計(jì)是電氣設(shè)備行業(yè)的迫切要求。通過電場(chǎng)的準(zhǔn)確計(jì)算,有效地優(yōu)化GIS絕緣結(jié)構(gòu),使整個(gè)場(chǎng)域的電場(chǎng)分布盡可能均勻,對(duì)于設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)合理的GIS產(chǎn)品具有重要意義。
　　 本文基于有限元法,對(duì)GIS電場(chǎng)及其逆問題數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了研究。提出了采用

2、MPCG(Modified Preconditioned Conjiugate Gradient)算法求解大型有限元代數(shù)方程組的方法,設(shè)計(jì)了能快速尋址系數(shù)矩陣的存儲(chǔ)方法,開發(fā)了簡(jiǎn)單易用的電場(chǎng)輔助計(jì)算軟件,具有工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。最后,引入RBFEM(Reduced-basis FEM)求解GIS電場(chǎng)逆問題。
　　 論文采用有限元法,對(duì)三相共箱式GIS的三維電場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,通過計(jì)算分析獲得了GIS的電場(chǎng)分布規(guī)律,影響GIS內(nèi)部絕緣和表

3、面絕緣的主要因素,以及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電場(chǎng)分布的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電場(chǎng)逆問題求解,實(shí)現(xiàn)了絕緣子表面和導(dǎo)體屏蔽均壓罩的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。從而為GIS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。
　　 針對(duì)三維電場(chǎng)剖分后形成的系數(shù)矩陣階數(shù)高達(dá)幾十萬(wàn)階的特點(diǎn),論文提出采用MPCG算法求解大型有限元方程組,同時(shí),為了節(jié)省程序占用的存儲(chǔ)空間,加快存取運(yùn)算速度,開展了稀疏矩陣存儲(chǔ)技術(shù)的研究,設(shè)計(jì)了系數(shù)矩陣的快速尋址方法。并用于GIS三維電場(chǎng)有限元方程組的

4、求解。利用該算法可以減少求解時(shí)間,具有和ICCG(Incompletely Cholesky Conjugate Gradient)算法相近的收斂速度,非常適合大型有限元方程組求解。
　　 論文基于APDL(ANSYS Parametric Design Langnage)語(yǔ)言,結(jié)合VC,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了用于GIS電場(chǎng)分布和電壓分布的輔助計(jì)算軟件。軟件具有簡(jiǎn)便的圖形用戶界面,可以選擇不同的工況測(cè)試模式,計(jì)算相應(yīng)的電場(chǎng)和電壓分布情況,