基于模拟电荷法的电晕放电后绝缘材料表面电势的计算方法技术

本发明专利技术是一种基于模拟电荷法的电晕放电后绝缘材料表面电势的计算方法，其特点是，包括建立坐标系、在电晕放电针电极设置模拟电荷及模拟电荷相对应的匹配点、根据叠加原理构建模拟电荷方程组和根据模拟电荷电荷量的大小计算绝缘材料表面的电势分布等步骤。能够对针‑板电晕放电后绝缘材料的表面电势进行有效的计算，电晕放电后绝缘材料表面电势计算的准确性高，计算难度低，计算量少，适用于不同形状的电极。具有方法科学，适用性强，效果佳等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种表面电势计算方法，尤其涉及一种基于模拟电荷法的电晕放电后绝缘材料表面电势的计算方法。
技术介绍
随着我国经济持续发展，人民生活水平不断提高，电力需求快速增长，电网规模与容量不断增大。为提高线路输送能力且保证输电安全，发展更高性能的绝缘材料已成为了必然趋势。高压线路在输电过程中的安全性会受到绝缘材料性能的影响，电晕放电会引起绝缘材料的老化甚至失效，绝缘的老化或失效会引发事故，因此采用必要手段对绝缘材料的性能进行测试是避免事故发生的重要手段之一。目前，采用有限元方法对电晕放电后绝缘材料表面电势进行计算无法对无限空间进行精确计算，并且在计算针-板电晕放电时，对极细的针尖附近区域进行剖分会引起起算误差，不仅计算量较大，也无法保证计算的精确程度。因此，需要采用模拟电荷法对电晕放电后绝缘材料表面电势进行计算，通过调整模拟电荷的类型及数量，能够有效的进行计算，保证计算精度的同时，还能够降低计算量，而且适用性广。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供的一种能够对针-板电晕放电后绝缘材料的表面电势进行有效的计算，电晕放电后绝缘材料表面电势计算的准确性高，计算难度低，计算量少，适用于不同形状的电极，适用性强的基于模拟电荷法的电晕放电后绝缘材料表面电势的计算方法。本专利技术的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于模拟电荷法的电晕放电后绝缘材料表面电势的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)建立坐标系，并规定x轴为针-板电晕放电的板电极上表面，y轴为针电极轴心；(b)在电晕放电针电极设置模拟电荷及模拟电荷相对应的匹配点；(c)根据叠加原理，构建模拟电荷方程组，并根据模拟电荷的方程组求解模拟电荷电荷量的大小；(d.)根据模拟电荷电荷量的大小计算绝缘材料表面的电势分布。进一步，步骤(c)和步骤(d)之间还包括步骤(e)：根据模拟电荷电荷量的大小计算边界电势误差，若边界电势误差不满足误差范围要求，再根据电位误差对模拟电荷的位置及个数进行重置，直到边界电位误差满足误差范围。进一步，步骤(c)中，模拟电荷方程组为：其中：为针电极尖端部位电势；为针电极非尖端部位电势；Q1…Qn为针电极尖端的模拟电荷；Qn+1…Qn+m为针电极非尖端部位的模拟电荷，当1≤i≤n，1≤j≤n+m时，Pij为针电极尖端部位的模拟电荷及镜像电荷产生的电位系数，针电极尖端部分采用的模拟电荷类型为点电荷，其中：l1为模拟电荷与其对应匹配点的距离，l2为镜像电荷与其对应匹配点的距离；当n+1≤i≤n+m,1≤j≤n+m时，Pij为针电极非尖端部位的模拟电荷及镜像电荷产生的电位系数，针电极非尖端部分采用的模拟电荷类型为线电荷，其中：l1为模拟线电荷上端与其对应匹配点的距离，l2为模拟限电荷下端与其对应匹配点的距离，l11为镜像线电荷上端与其对应匹配点的距离，l22为镜像线电荷下端与其对应匹配点的距离，Z1为模拟线电荷上端坐标，Z2为模拟线电荷下端坐标，Z为与模拟电荷对应的匹配点坐标；对模拟电荷方程组求逆，得出模拟电荷的大小为进一步，步骤(e)中，根据优化模拟电荷法对模拟电荷的位置及数量进行设置：通过求解电极边界上所有匹配点的已知电位和计算电位之差的平方值之和的最小值来获得达到误差要求的模拟电荷：为模拟电荷j在第i个匹配点处的电位；为第i个匹配点的已知电位，若误差值不能满足所需的精确度要求，按照1≤k≤2优化模拟电荷的位置及数量，其中k为两个连续的匹配点的距离与匹配点与其对应模拟电荷之间距离的比值。进一步，步骤(d)中，根据不同介质间的边界条件：计算出材料表面模拟电荷的大小，其中：当1≤i≤n,1≤j≤n+m时，fij为针电极尖端部位的模拟电荷及镜像电荷产生的电场系数，当n+1≤i≤n+m,1≤j≤n+m时，fij为针电极非尖端部位的模拟电荷及镜像电荷产生的电位系数， f i j = 1 4 πϵ 0 { 1 l 1 ( Z 1 - Z + l 1 ) + 1 l 22 ( Z 2 + Z + l 22 ) - 1 l 2 ( Z 2 - Z + l 2 ) - 1 l 11 ( Z 1 + Z + l 11 )本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模拟电荷法的电晕放电后绝缘材料表面电势的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：(a)建立坐标系，并规定x轴为针‑板电晕放电的板电极上表面，y轴为针电极轴心；(b)在电晕放电针电极设置模拟电荷及模拟电荷相对应的匹配点；(c)根据叠加原理，构建模拟电荷方程组，并根据模拟电荷的方程组求解模拟电荷电荷量的大小；(d)根据模拟电荷电荷量的大小计算绝缘材料表面的电势分布。

【技术特征摘要】
1.一种基于模拟电荷法的电晕放电后绝缘材料表面电势的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：(a)建立坐标系，并规定x轴为针-板电晕放电的板电极上表面，y轴为针电极轴心；(b)在电晕放电针电极设置模拟电荷及模拟电荷相对应的匹配点；(c)根据叠加原理，构建模拟电荷方程组，并根据模拟电荷的方程组求解模拟电荷电荷量的大小；(d)根据模拟电荷电荷量的大小计算绝缘材料表面的电势分布。2.根据权利要求1所述基于模拟电荷法的电晕放电后绝缘材料表面电势的计算方法，其特征在于：步骤(c)和步骤(d)之间还包括步骤(e)：根据模拟电荷的电荷量大小计算边界电势误差，若边界电势误差不满足误差范围要求，再根据电位误差对模拟电荷的位置及个数进行重置，直到边界电位误差满足误差范围。3.根据权利要求1所述基于模拟电荷法的电晕放电后绝缘材料表面电势的计算方法，其特征在于：步骤(c)中，模拟电荷的方程组为：其中：为针电极尖端部位电势；为针电极非尖端部位电势；Q1…Qn为针电极尖端的模拟电荷；Qn+1…Qn+m为针电极非尖端部位的模拟电荷，当1≤i≤n，1≤j≤n+m时，Pij为针电极尖端部位的模拟电荷及镜像电荷产生的电位系数，针电极尖端部分采用的模拟电荷类型为点电荷，其中：l1为模拟电荷与其对应匹配点的距离，l2为镜像电荷与其对应匹配点的距离；当n+1≤i≤n+m，1≤j≤n+m时，Pij为针电极非尖端部位的模拟电荷及镜像电荷产生的电位系数，针电极非尖端部分采用的模拟电荷类型为线电荷，其中：l1为模拟线电荷上端与其对应匹配点的距离，l2为模拟限...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嘉伟，陈骁，刘苪彤，高凤凯，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22