高压直流输电线路离子流场计算及其工程应用

摘要

为预测高压直流(HVDC)输电线路的电磁环境，结合特高压项目“云广±800kV特高压直流输电线路电磁环境及换流站电晕特性研究”，本文对高压直流输电线路下的离子流场和离子流密度分布进行了研究，改进了基于上流有限元的求解方法，开发了HVDC输电线路下的离子流场计算软件。软件界面友好，运行稳定，其有效性得到一系列计算实例的验证。该软件现已应用于工程实际，针对±800kV双极线路，分析了不同的导线高度、极间距、起晕场强和风速等情况下地面合成场强和离子流密度的分布规律。同时计算了换流站管母线下的离子流场，对其高度和半径的选取提出了一些设计建议。

目录

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第一章绪论

1.1选题的背景与意义

1.1.1直流输电的产生和发展

1.1.2直流输电的环境影响

1.2高压直流输电线路离子流场的计算方法

1.2.1采用Deutsch假设的方法

1.2.2数值计算方法

1.3本文的主要工作

第二章HVDC输电线路离子流场的求解过程

2.1离子流场的理论分析

2.1.1基本假设

2.1.2描述离子流场的基本方程

2.1.3边界条件

2.2基于上流有限元法实现离子流场的计算过程

2.2.1计算步骤

2.2.2电荷密度求解的程序实现及其改进

2.3小结

第三章泊松方程的有限元求解

3.1有限元法变分原理

3.2有限元法计算过程

3.2.1场域剖分

3.2.2方程离散及单元分析

3.2.3单元矩阵的总体合成并求解

3.3小结

第四章离子流场计算软件的开发及验证

4.1程序功能

4.2迭代初值的选取

4.3分裂导线等效起晕场强

4.4重要参数的选取

4.4.1导体表面起晕场强E0

4.4.2正负离子的迁移率K+/-

4.4.3正负离子的复合系数R

4.5软件的验证

4.5.1同轴圆柱解析解的比较

4.5.2单分裂单极试验线路的计算

4.5.3实际双极线路的计算

4.6小结

第五章HVDC输电线路离子流场计算软件的工程应用

5.1 HVDC输电线路离子流场影响因素的分析

5.1.1高度变化

5.1.2极间距变化

5.1.3起晕场强的影响

5.1.4线路走廊宽度

5.1.5正负极起晕场强不同的情况

5.1.6风速的影响

5.2换流站管母线离子流场计算

5.3小结

第六章结论

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和参加科研情况