基于有限元和模拟电荷法的输电线路工频电磁场的数值计算与研究

发布时间：2017-04-02 06:19

  本文关键词：基于有限元和模拟电荷法的输电线路工频电磁场的数值计算与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着我国经济的飞速发展,对电力的需求呈现快速增长的趋势,进而对电网的建设也加快了前进的步伐,与此同时,输电线路的电压等级也在不断地提高,从而将会在线路附近产生电磁场。电力系统的电磁干扰不但影响系统电力设备的正常稳定运行,还可能对人体的健康造成危害,但由于电磁场看不见、摸不着,往往很容易忽视电磁场的存在以及电磁环境恶化对生物有机体可能带来的危害。重要的是,高压输电线路可能会跨越公众活动区域,甚至是进入市区,人们对环保意识和维权意识逐渐增强,其所可能导致的电磁环境污染问题也越来越受到人们关注。对输电线路电磁场分布规律的研究是十分有必要的,这主要对于电力系统设备的可靠、安全及稳定运行提供必要的理论依据。本文首先对电磁场的基本理论及输电线路电磁场数值计算的各种方法进行了详细的论述和比较,并采用MATLAB编写模拟电荷法的仿真程序,以此来对输电线路下影响工频电场分布规律的因素进行分析与研究,包括线路导线对地高度、相间距离、分裂导线数以及导线布置方式等等。接着,使用有限元仿真软件Ansoft Maxwell搭建了输电线路各种主要的实际工程运行模型,其中包括水平排列方式、三角形排列方式、同塔双回线路排列方式以及同塔四回线路排列方式,仿真研究并总结了线路在不同排列方式下的电场分布规律,之后,提出了用于减少输电线路下工频电场强度的措施。此外,考虑到实际工程中地面可能出现的非理想化水平面模型,故而利用Ansoft Maxwell建立了不同地面仿真模型,分析研究了将地面近似看作为水平面、偶函数、奇函数以及非奇非偶函数下的工频电场曲线的变化规律。紧接着,利用MATLAB编写了输电线路工频磁场的仿真程序,对影响磁场分布的因素进行了分析研究,并总结线路下工频磁场的分布规律,提出了降低磁场的措施。最后,使用MATLAB/GUI编写了一个可以实现不同方式下输电线路下电磁场仿真计算软件平台,使用该软件可以对线路在不同工程模型和不同排列方式下工频电磁场变化规律进行可视化操作。此外,也实现了不同因素下电磁场分布规律的研究,这为输电线路下电磁环境的优化和建设提供一定的参考意义。
【关键词】：电磁场 MATLAB 模拟电荷法 Ansoft Maxwell 软件平台
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM75
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-15
• 第一章 绪论15-24
• 1.1 课题的研究背景与意义15-16
• 1.2 课题国内外研究现状16-18
• 1.2.1 国内研究现状16-17
• 1.2.2 国外研究现状17-18
• 1.3 输电线路电场的限值18-21
• 1.3.1 国际组织关于电场限值的限定18-20
• 1.3.2 部分国家对于电场限值的限定20-21
• 1.4 输电线路磁场的限值21-22
• 1.5 本文研究的主要内容22-24
• 第二章 输电线路下工频电场的数值计算方法24-42
• 2.1 工频电场的产生24-25
• 2.2 电磁场数值计算方法的理论基础25-30
• 2.2.1 麦克斯韦电磁场方程组25-26
• 2.2.2 电磁场的微分方程组26-28
• 2.2.3 静电场的基本方程28
• 2.2.4 电磁场分析中的边界条件28-30
• 2.3 电场数值计算方法的介绍和比较30-34
• 2.3.1 常用电场数值计算方法30-33
• 2.3.2 电场数值计算方法比较33-34
• 2.4 模拟电荷法34-36
• 2.4.1 模拟电荷法的基本原理34
• 2.4.2 模拟电荷法的数学模型34-35
• 2.4.3 模拟电荷法的求解过程35-36
• 2.4.4 模拟电荷和匹配点的布置36
• 2.5 有限元法36-41
• 2.5.1 有限元法的概念36-37
• 2.5.2 有限元法的基本原理37
• 2.5.3 静电场的边值问题37-38
• 2.5.4 静电场的能量泛函极值解38-40
• 2.5.5 变分问题的离散解40-41
• 2.5.6 有限元法的一般计算步骤41
• 2.6 本章小结41-42
• 第三章 基于模拟电荷法的输电线路下工频电场的数值计算与研究42-60
• 3.1 MATLAB软件的介绍42
• 3.2 输电线路模型的简化42-44
• 3.3 输电线路下工频电场的计算44-47
• 3.3.1 分裂导线等效半径的计算44-45
• 3.3.2 电位系数矩阵的计算45-46
• 3.3.3 输电线路下电场强度的计算46-47
• 3.4 基于模拟电荷法的输电线路下工频电场的程序实现47-48
• 3.5 影响输电线路下电场的主要因素48-58
• 3.5.1 线路对地高度对电场的影响49-52
• 3.5.2 相间距离对电场的影响52-53
• 3.5.3 子导线半径对电场的影响53-54
• 3.5.4 分裂导线数对电场的影响54-55
• 3.5.5 导线布置形式对电场的影响55-58
• 3.6 本章小结58-60
• 第四章 基于Ansoft Maxwell的输电线路下工频电场的仿真分析与研究60-86
• 4.1 Ansoft Maxwell软件的介绍及可行性分析验证60-65
• 4.1.1 Ansoft Maxwell的介绍60-62
• 4.1.2 Ansoft Maxwell的自适应网络剖分技术62-63
• 4.1.3 数据有效性验证63-65
• 4.2 基于Ansoft Maxwell软件的输电线路的建模65-69
• 4.2.1 输电线路水平排列模型65-66
• 4.2.2 输电线路三角形排列模型66
• 4.2.3 输电线路双回排列模型66-68
• 4.2.4 输电线路四回排列模型68-69
• 4.3 仿真结果与分析69-79
• 4.3.1 水平排列方式分析70-72
• 4.3.2 三角形排列方式分析72-73
• 4.3.3 同塔双回排列方式分析73-76
• 4.3.4 同塔四回排列方式分析76-79
• 4.4 输电线路下工频电场的抑制79-83
• 4.4.1 建筑物对输电线路下电场的抑制79-80
• 4.4.2 屏蔽线对输电线路下电场的抑制80-82
• 4.4.3 避雷线对工频电场的抑制82-83
• 4.5 电磁屏蔽效应83-85
• 4.6 本章小结85-86
• 第五章 不同地形对输电线路下电场影响的仿真分析与研究86-93
• 5.1 理想水平面时的电场分布规律86-87
• 5.2 偶函数时的电场分布规律87-89
• 5.3 奇函数时的电场分布规律89-91
• 5.4 非奇非偶函数时的电场分布规律91-92
• 5.5 本章小结92-93
• 第六章 输电线路下工频磁场的分析与研究93-102
• 6.1 引言93
• 6.2 工频磁场的计算93-96
• 6.3 影响输电线路磁场分布的因素96-100
• 6.3.1 不同排列方式对磁场的影响97
• 6.3.2 线路对地高度对磁场的影响97-98
• 6.3.3 相电流对磁场的影响98-99
• 6.3.4 相间距离对磁场的影响99-100
• 6.4 输电线路磁场的影响分析及降低措施100-101
• 6.5 本章小结101-102
• 第七章 基于MATLAB/GUI的输电线路工频电磁场的仿真计算软件102-114
• 7.1 MATLAB/GUI概述102-104
• 7.1.1 MATLAB/GUI的设计原则103
• 7.1.2 MATLAB/GUI的设计流程103-104
• 7.2 MATLAB的用户界面设计104-107
• 7.2.1 图形句柄对象104
• 7.2.2 界面构成和设计工具104-106
• 7.2.3 回调函数106-107
• 7.3 输电线路工频电磁场仿真计算平台的设计与实现107-113
• 7.3.1 MATLAB/GUI的建立107
• 7.3.2 输电线路下工频电磁场仿真计算软件平台的实现107-113
• 7.4 本章小结113-114
• 结论与展望114-117
• 参考文献117-123
• 研究生期间发表论文123-124
• 研究生期间参与科研项目124-126
• 致谢126-127
• 附录127

【参考文献】

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本文编号：282026