专利名称：一种换流变磁场分析的预处理的共轭梯度方法
技术领域：
本发明涉及换流变磁场计算技术领域，特别是一种换流变磁场分析的预处理的共轭梯度方法。
背景技术：
随着中国社会经济的腾飞和科技的不断进步，整个社会对电能的需求越来越大， 因此电网规模不断的扩大。然而中国能源分布和经济发展存在严重不对称的问题，东部和南部经济发达能源少，西部能源丰富但经济较落后，因此将西部能源有效的输送到东部和南部，有助于国家经济的可持续发展。高电压直流输电技术因其在远距离大容量输送中优势明显，在中国的大地上已有多交超特高压直流输电系统投入运行。换流变是高电压直流输电技术中最主要的一次电力设备，主要作用是提供特殊要求的电源，其主要参数由直流系统的特殊要求以及所联结的交流系统参数而确定。在整流站，用换流变压器将交流系统和直流系统隔离，通过换流装置将交流网路的电能转换为高压直流电能，送到高压直流输电线路；在逆变站，通过换流装置将直流电能转换为交流电能，再通过换流变压器转换为正常交流正弦电压，送到交流电网；从而实现交流输电网路与高压直流输电线路的联络。因此，换流变磁场分析在换流变设计、运行和故障分析中起着重要的作用。然而随着直流输电技术的发展和换流变生产的国产化，换流变的磁场分析是掌握换流变关键技术的基础。换流变因其网侧承受交流电压而阀侧承受直流电压，因此换流变比传统交流变压器工作工况恶劣。例如换流变需要承受谐波量大、直流偏磁大和阀侧频繁短路等情况。目前，采用简化的对称模型计算换流变磁场会引起较大的误差而不能反映换流变本身电磁场的分布。随着数值算法的发展，有限元技术运用到换流变磁场，但由于换流变种绕组结构复杂，剖分换流变模型时需要人工加密换流变绕组绝缘纸部分单元，直接迭代法用于求解换流变磁场线性方程组存在效率低、方程组病态而计算结果不收敛；利用现有迭代算法求解换流变磁场会因其方程组病态而无法求解。
发明内容
本发明的目的在于利用预处理的共轭梯度方法换流变磁场分析能够克服效率低下和方程组病态的技术问题，使换流变磁场分析稳定可靠，运用于换流变设计、运行和故障分析中起着重要的作用，提供一种效率高、方程组条件数好、可靠性高的一种换流变磁场分析的预处理的共轭梯度方法为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案一种换流变磁场分析的预处理的共轭梯度方法，包括如下步骤SI、换流变模型参数的获取，换流变几何模型尺寸和换流变各部件的磁导率；所述换流变几何模型尺寸包含以换流变中间铁芯的底部为起点，测量左铁芯的长、宽、高；测量中间铁芯的宽、高；测量右铁芯的长、宽、高；换流变内绕组的内径和外径;换流变外绕组的内径和外径；所述换流变各部件的磁导率包括换流变左铁芯、中间铁芯和右铁芯的磁导率，换流变绕组的磁导率S2、换流变磁场分析的预处理的共轭梯度确定方法S21，换流变磁场分析的模型建立与剖分将测量的换流变几何模型尺寸和换流变各部件的磁导率构建物理模型，即采用美国Altair公司的市售产品Hypermesh软件绘制换流变磁场分析的三维图形模型,包括换流变铁芯的三维图形绘制包括根据换流变几何模型尺寸绘制左铁芯、中间铁芯和右铁芯的三维图形；换流变绕组的三维图形绘制包括根据换流变几何模型尺寸绘制换流变内绕组和换流变外绕组；S22，然后经过该软件自动对换流变磁场分析的三维图形模型进行自适应剖分，得到换流变磁场分析的节点数N和单元数M，所述N (节点数N)表示该模型运用了 N(节点数 N)个三维空间点描述换流变磁场分析的三维图形模型，所述M(单元数M)表示该模型运用了 M(单元数M)个三维四面体单元描述换流变磁场分析的三维图形模型，分别用数组A和数组B存储节点和单元基本信息，数组A的每一行包含一个节点编号和该点相对换流变中间铁芯的底部的坐标值，数组B的每一行包含一个三维四面体单元编号和4个不同节点编号来描述部分换流变磁场分析的三维图形模型，数组B中所有单元构成整个换流变磁场分析的三维图形模型；S23，换流变磁场分析的线性方程组的确定给定每个换流变磁场分析的节点初始向量，并保存在数组Ctl, C0的大小为N(节点数N)；换流变磁场分析的线性方程组的确定是由所述换流变三维图形模型进行自适应剖分得到节点数N和单元数M决定如式(I)；DC = E (I)式中D为换流变磁场分析的系数矩阵，包含N*N个元素，D中每个元素用Clij表示， 其中i和j的取值范围是1，2，3…N ;E为换流变磁场分析的已知向量，大小为N，E中每个元素用ei; C为换流变磁场分析的未知向量，大小为N(节点数N) C中每个元素用Ci，所述Clij 和ei的计算公式如(2);
权利要求
1.一种换流变磁场分析的预处理的共轭梯度方法，其特征在于，包括如下步骤.51、换流变模型参数的获取，换流变几何模型尺寸和换流变各部件的磁导率；所述换流变几何模型尺寸包含以换流变中间铁芯的底部为起点，测量左铁芯的长、宽、高；测量中间铁芯的宽、高；测量右铁芯的长、宽、高；换流变内绕组的内径和外径；换流变外绕组的内径和外径；所述换流变各部件的磁导率包括换流变左铁芯、中间铁芯和右铁芯的磁导率，换流变绕组的磁导率；.52、换流变磁场分析的预处理的共轭梯度确定方法 S21，换流变磁场分析的模型建立与剖分将测量的换流变几何模型尺寸和换流变各部件的磁导率构建物理模型，即采用美国 Altair公司的市售产品Hypermesh软件绘制换流变磁场分析的三维图形模型,包括换流变铁芯的三维图形绘制包括根据换流变几何模型尺寸绘制左铁芯、中间铁芯和右铁芯的三维图形；换流变绕组的三维图形绘制包括根据换流变几何模型尺寸绘制换流变内绕组和换流变外绕组；.S22，然后经过该软件自动对换流变磁场分析的三维图形模型进行自适应剖分，得到换流变磁场分析的节点数N和单元数M，所述节点数N表示该模型运用了 N个三维空间点描述换流变磁场分析的三维图形模型，所述单元数M表示该模型运用了 M个三维四面体单元描述换流变磁场分析的三维图形模型，分别用数组A和数组B存储节点和单元基本信息，数组A的每一行包含一个节点编号和该点相对换流变中间铁芯的底部的坐标值，数组B的每一行包含一个三维四面体单元编号和4个不同节点编号来描述部分换流变磁场分析的三维图形模型，数组B中所有单元构成整个换流变磁场分析的三维图形模型；S23，换流变磁场分析的线性方程组的确定给定每个换流变磁场分析的节点初始向量，并保存在数组Ctl, C0的大小为节点数N ； 换流变磁场分析的线性方程组的确定是由所述换流变三维图形模型进行自适应剖分得到节点数N和单元数M决定如式(I)；DC = E (I)式中D为换流变磁场分析的系数矩阵，包含N*N个元素，D中每个元素用du表示，其中 i和j的取值范围是1，2，3…N ；E为换流变磁场分析的已知向量，大小为N，E中每个元素用 ei； C为换流变磁场分析的未知向量，大小为N(节点数N) C中每个元素用Ci,所述(^_和ei 的计算公式如(2);
全文摘要
本发明公开了一种换流变磁场分析的预处理的共轭梯度方法，步骤是1、换流变模型参数的获取换流变几何模型尺寸和换流变各部件的磁导率；2、换流变磁场分析的预处理的共轭梯度确定方法包括换流变磁场分析的模型建立与剖分；换流变磁场分析的线性方程组的确定；预处理的共轭梯度方法确定换流变磁场未知向量；根据换流变磁场分析的未知向量的解确定换流变的磁场分布。本发明可确定换流变的磁场分布用于换流变设计和故障分析，可判断换流变磁场能量集中区域和平均磁密大小，以及漏磁增大点。可运用于在换流变设计、运行和故障分析。
文档编号G01R33/022GK102590766SQ20121006068
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者伍衡, 夏谷林, 张飚, 彭翔, 杨方明, 王竣, 邓军, 陈禾 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心