考虑偏移与分叉的绝缘介质放电流注仿真方法技术

公开了一种考虑偏移与分叉的放电流注仿真方法，方法中，绝缘介质布置于电场环境中且测定绝缘介质中放电流注分叉点数量范围与每次分叉产生的有效电子崩的数量范围，基于流体动力学漂移扩散模型与双极性载荷子模型构建流注模拟的控制方程与边界条件，方程求解过程中引入基于电子崩发展概率理论修正的模型参数，实现了流注偏移与分叉现象的数学描述与仿真计算，最终可获得考虑偏移与分叉的放电流注发展过程所伴随的电场分布与电荷分布。发展过程所伴随的电场分布与电荷分布。发展过程所伴随的电场分布与电荷分布。

【技术实现步骤摘要】
考虑偏移与分叉的绝缘介质放电流注仿真方法


[0001]本专利技术属于绝缘介质流注放电
，尤其涉及一种考虑偏移与分叉的绝缘介质放电流注仿真方法。

技术介绍

[0002]油纸绝缘作为电力系统中最常见的固液绝缘形式之一，其放电特性与机理备受关注，特别是油纸绝缘中放电现象的数学描述与仿真方法已成为研究热点。仿真计算不仅成为实验手段的有效补充，更是在没有实验条件的情况下探究放电特性与机理的唯一途径。然而，现有仿真模型难以体现随机性与分散性，导致放电流注的偏移与分叉的仿真模拟仍是难点。
[0003]现有技术通过在油中设置随机扰动点(位置、数量、尺寸均随机)，使流注在到达扰动点后产生分叉与偏移现象。然而，一方面随机扰动点的引入将极大程度增加网格剖分数量，增加计算量并占用计算资源；另一方面，随机扰动点反映的是宏观随机特性，例如油中存在气泡和杂质、油流扰动、局部分布不均等，而在纯净各向同性的油中也会发生流注分叉与偏移现象。此外，随机扰动点的尺寸范围与密度范围并未有成熟的理论支撑。因此，需要从微观电子崩的产生及发展概率出发，研究微观机制驱动下的流注分叉与偏移的描述方法。
[0004]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]现有流注仿真中均无法有效且快速地描述流注偏移与分叉现象，本专利技术的目的是提供一种绝缘介质流注放电的仿真方法，基于电子崩发展概率理论实现对流注分叉与偏移的有效且快速地描述。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术的一种考虑偏移与分叉的绝缘介质放电流注仿真方法包括：
[0007]第一步骤，绝缘介质布置于电场环境中且测定绝缘介质中放电流注分叉点数量范围[N
ps
，N
pb
]与每次分叉产生的有效电子崩的数量范围[N
bs
，N
bb
]，在所有仿真计算时间节点中随机取出N
bpoint
∈[N
ps
，N
pb
]个，标记为分叉时刻，其中N
ps
与N
pb
分别为放电流注分叉点数量的最小值与最大值，N
bs
与N
bb
分别为有效电子崩数量的最小值与最大值，N
bpoint
为随机抽取的分叉点数量；
[0008]第二步骤，基于流体动力学漂移扩散模型与双极性载荷子迁移模型构建绝缘介质中的放电流注仿真模型，其中流体动力学漂移扩散模型中的分子平均距离的初始值a0设置为大于零的常实数，从零时刻开始按照规定的仿真步长进行计算，如果计算至分叉时刻，则进入第三步骤，待分子平均距离取值更新后继续计算，否则利用原有参数取值继续计算；仿真计算至规定的仿真时长后结束；
[0009]第三步骤，计算某一个分叉时刻的每一个流注头部出现分叉的概率：
[0010][0011]其中，i为序号参数，n
s
为当前时刻所有流注分支的总数；P
s
‑
i
为第i个流注头部出现分叉的概率；E
smax
‑
i
为第i个流注头部电场强度最大值；E
c
为流注可以持续发展的电场强度阈值，E
smax
‑
i
＞Ec的流注为可发展流注；η为流注发展概率指数；
[0012]第四步骤，依据所述P
s
‑
i
进行流注分叉位置的抽取，每个分叉时刻仅抽取一个分叉位置，被抽中的流注称为待分叉流注，分叉位置位于其头部场强最大处，记为(x0，y0，z0)，x0为分叉位置的X轴坐标，y0为分叉位置的Y轴坐标，z0为分叉位置的Z轴坐标；
[0013]第五步骤，以分叉位置为圆心，流注头部半径r
s
的1～5倍为半径做180
°
弧面或弧线，所述r
s
为净电荷密度最大位置与电场强度最大位置的距离，在弧面或弧线上等网格或等间距划分n
r
个待发展点，且满足n
r
＞(5
×
N
bb
)，n
r
为待发展点数量，计算有效电子崩向各个待发展点运动演变的概率：
[0014][0015]其中，j为序号参数，P
b
‑
j
为有效电子崩向第j个待发展点运动的概率；φ
smax
是分叉位置处的电势，φ
j
为第j个待发展点处的电势；η为流注发展概率指数；φ
c
为有效电子崩发展电势差阈值；
[0016]第六步骤，依据所述P
b
‑
j
，从n
r
个待发展点中随机抽取N
branch
∈[N
bs
，N
bb
]个有效发展点，N
branch
为有效发展点总数，当N
branch
＝1时表示流注仅发生偏移而不发生分叉，连接(x0，y0，z0)与所选中的待发展点(x
k
，y
k
，z
k
)组成指向待发展点的向量，视为有效电子崩的发展方向，x
k
为第k个有效发展点的X轴坐标，y
k
为第k个有效发展点的Y轴坐标，z
k
为第k个有效发展点的Z轴坐标，其中k＝1，2，...，N
branch
；
[0017]第七步骤：以法向量与待分叉流注发展方向平行且过点(x0，y0，z0)的平面为边界或以与待发展流注发展方向垂直且过点(x0，y0，z0)的直线为边界，在其待发展侧，计算求解域中某一点(x，y，z)到各个分支发展方向所在射线的距离d
k
(x，y，z)：
[0018][0019]所述射线的起点为(x0，y0，z0)，设d
k
(x，y，z)中的最小值为d
min
(x，y，z)，则构建修
正系数k
cor
(x，y，z)如下：
[0020][0021]其中，γ为梯度参数，控制修正系数的变化速度；
[0022]第八步骤：对流体动力学漂移扩散模型中的分子平均距离在待发展侧的求解域内进行修正，
[0023][0024]其中，a
cor
是修正后的分子平均距离，是与空间位置及时间相关的函数；m为修正比例缩放系数，且满足0＜m＜1；K
cor
是k
cor
的归一化结果；a0是流体动力学漂移扩散模型中分子平均距离的初始取值；ΔT
s
是本次分叉时刻与下次分叉时刻的时间间隔；t为从本次分叉开始时刻计的流注发展时间；将第二步骤中放电流注仿真模型的分子平均距离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑偏移与分叉的绝缘介质放电流注仿真方法，其特征在于，其包括以下步骤：第一步骤，绝缘介质布置于电场环境中且测定绝缘介质中放电流注分叉点数量范围[N
ps
，N
pb
]与每次分叉产生的有效电子崩的数量范围[N
bs
，N
bb
]，在所有仿真计算时间节点中随机取出N
bpoint
∈[N
ps
，N
pb
]个，标记为分叉时刻，其中N
ps
与N
pb
分别为放电流注分叉点数量的最小值与最大值，N
bs
与N
bb
分别为有效电子崩数量的最小值与最大值，N
bpoint
为随机抽取的分叉点数量；第二步骤，基于流体动力学漂移扩散模型与双极性载荷子迁移模型构建绝缘介质中的放电流注仿真模型，其中流体动力学漂移扩散模型中的分子平均距离的初始值a0设置为大于零的常实数，从零时刻开始按照规定的仿真步长进行计算，如果计算至分叉时刻，则进入第三步骤，待分子平均距离取值更新后继续计算，否则利用原有参数取值继续计算；仿真计算至规定的仿真时长后结束；第三步骤，计算某一个分叉时刻的每一个流注头部出现分叉的概率：其中，i为序号参数，n
s
为当前时刻所有流注分支的总数；P
s
‑
i
为第i个流注头部出现分叉的概率；E
smax
‑
i
为第i个流注头部电场强度最大值；E
c
为流注可以持续发展的电场强度阈值，E
smax
‑
i
＞E
c
的流注为可发展流注；η为流注发展概率指数；第四步骤，依据所述P
s
‑
i
进行流注分叉位置的抽取，每个分叉时刻仅抽取一个分叉位置，被抽中的流注称为待分叉流注，分叉位置位于其头部场强最大处，记为(x0，y0，z0)，x0为分叉位置的X轴坐标，y0为分叉位置的Y轴坐标，z0为分叉位置的Z轴坐标；第五步骤，以分叉位置为圆心，流注头部半径r
s
的1～5倍为半径做180
°
弧面或弧线，所述r
s
为净电荷密度最大位置与电场强度最大位置的距离，在弧面或弧线上等网格或等间距划分n
r
个待发展点，且满足n
r
＞(5
×
N
bb
)，nr为待发展点数量，计算有效电子崩向各个待发展点运动演变的概率：其中，j为序号参数，P
b
‑
j
为有效电子崩向第j个待发展点运...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斯盟，卜泽伟，刘志华，党永亮，汲胜昌，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：