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复杂线结构电磁场问题的快速计算方法研究及其应用

作　者: 高长征
导　师: 李琳
学　校: 华北电力大学（河北）
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 电磁兼容矩量法接地网换流站并行计算
分类号: TM711
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文针对电力系统电磁兼容问题所涉及的大型接地网性能分析、高压输电线路的无线电干扰水平分析以及高压换流站阀厅电磁环境分析等问题,结合国家自然科学基金项目重点研究了具有复杂金属线结构、考虑周围媒质环境以及需要进行多频点响应分析的复杂线结构电磁场问题的快速计算方法。通过与实验结果以及其他算法的结果进行比较,验证了本文各种方法的有效性。本文取得的主要研究成果如下:1.提出了一种快速计算低频情况下接地导体所产生的空间磁场的方法。在利用矩量法求解接地问题得到导体上电流分布的基础上提出了考虑周围土壤中泄漏电流分布的方法。应用该方法建立了快速计算接地网空间磁场的方法,不仅弥补了传统矩量法计算接地网磁场不精确的缺点,同时提供了优于有限元等方法的计算速度,为大型接地网的性能分析提供了高效计算工具。2.建立了考虑导体内阻特性的线结构积分方程法。选择分段三角基函数作为基函数和权函数建立了适合求解该积分方程的矩量法并通过等效变换技术简化了积分方程中矢量磁位的二阶求导计算过程。针对半无限大导电媒质空间情况应用复镜像法简化了矢量磁位的计算过程,提高了积分方程的求解速度。3.提出了特高压输电线路无线电干扰水平的分析方法。在确定无线电台(站)的允许背景噪声限值的基础上通过对无线电干扰水平特征进行分析提出了1000kV交流特高压输电线路对短波无线电台(站)的防护距离,为特高压工程建设提供了必要的参考依据。4.构建了一个基于多核处理器系统的PC集群。针对该集群在通讯和计算效能的特点,将接地网串行计算方法进行合理的并行化处理,开发了计算接地网的快速并行算法。5.提出了频域计算的分段自适应内插算法。通过智能的选择频率分段点避免了传统模型参数估计方法由于出现奇异点而无解的问题。开发了适合PC集群的并行分段自适应内插算法,极大提高了复杂电磁场问题在进行多频点响应计算时的速度。6.建立了超高压换流站阀厅的电磁骚扰天线计算模型。通过计算分析获得了±500kV换流站阀厅正常工作时的空间电磁场骚扰特征,提出了阀厅屏蔽结构应该具备的屏蔽效能以及抑制电磁骚扰的有效措施,为我国±500kV换流站的自主化设计提供了依据。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章引言  10-17
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 国内外研究动态  11-15
    1.2.1 接地网性能分析方法研究进展  11-12
    1.2.2 架空输电线路无线电干扰研究进展  12-13
    1.2.3 换流站电磁环境研究进展  13-14
    1.2.4 电磁场快速计算方法研究进展  14-15
  1.3 本文的主要工作  15-17
第二章埋地导体周围低频磁场的快速计算  17-32
  2.1 计算接地网的矩量法  17-19
  2.2 泄漏电流产生的磁场  19-21
  2.3 计算方法验证  21-27
  2.4 算法应用  27-31
  2.5 小结  31-32
第三章有损媒质周围线结构导体的积分方程法  32-48
  3.1 非完纯导体的积分方程法  32-34
  3.2 有损媒质点电流源的并矢格林函数  34-38
  3.3 交流输电线路无线电干扰水平计算  38-43
    3.3.1 允许背景电磁噪声增量  38-39
    3.3.2 电磁噪声增量计算方法  39-40
    3.3.3 算法验证  40-43
      3.3.3.1 模型线路无源干扰水平  40-41
      3.3.3.2 500kV 超高压线路防护距离计算  41-43
  3.4 特高压线路无线电干扰水平计算  43-47
  3.5 小结  47-48
第四章并行接地网计算方法  48-66
  4.1 并行系统概况  48-51
    4.1.1 并行计算机体系结构  48-49
    4.1.2 集群系统  49-51
    4.1.3 并行算法开发  51
  4.2 本文使用的集群系统  51-54
    4.2.1 Windows 环境下MPICH 的安装和配置  52-54
    4.2.2 MPI 编程  54
  4.3 并行接地网算法开发  54-65
    4.3.1 多频点并行计算  54-56
      4.3.1.1 程序设计  54-56
      4.3.1.2 算法验证  56
      4.3.1.3 并行效率分析  56
    4.3.2 大规模接地网的直接并行计算  56-65
      4.3.2.1 并行矩阵存储技术  56-58
      4.3.2.2 多核CPU 的效率问题  58-59
      4.3.2.3 程序设计  59-61
      4.3.2.4 并行效率分析  61-62
      4.3.4.5 并行算法应用  62-65
  4.4 小结  65-66
第五章快速并行内插技术  66-74
  5.1 分段自适应参数模型估计方法  66-70
  5.2 分段自适应算法结合并行计算技术  70-72
  5.3 小结  72-74
第六章换流站阀厅电磁骚扰分析和抑制措施  74-91
  6.1 阀厅电磁骚扰概述  74-77
    6.1.1 阀厅高频电磁骚扰原理  74-75
    6.1.2 国内外相关标准  75-77
  6.2 阀厅电磁骚扰计算原理  77-88
    6.3.1 阀厅周围辐射电场强度  78-81
    6.3.2 阀厅无线电干扰水平  81-88
  6.4 阀厅电磁骚扰屏蔽抑制措施  88-90
    6.4.1 屏蔽效能指标  88-89
    6.4.2 屏蔽材料选择和装配  89-90
    6.4.3 其他电磁泄漏抑制措施  90
  6.5 小结  90-91
第七章结论  91-93
参考文献  93-100
致谢  100-101
个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表  101-103

复杂线结构电磁场问题的快速计算方法研究及其应用

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