本发明专利技术公开了一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，包括：根据目标环氧树脂复合绝缘材料的实际结构构建一维仿真模型；根据所构建的一维仿真模型，构建不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性模型；对不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性模型进行仿真，获得去压后目标环氧树脂复合绝缘材料的空间电荷分布。该方法基于不同深度陷阱密度的能量随机分布，实现对环氧树脂复合绝缘材料空间电荷消散过程的预测，从而为后续研究去压后环氧复合材料内部电分布与行为特性对环氧复合材料绝缘特性的影响提供助力。
1、能源问题是关系经济社会发展全局的重大战略问题，我国能源资源和生产力发展呈逆向分布：西北、西南地区能源蕴藏丰富而负荷少，东部地区经济发达、能源消费量大，资源却十分匮乏。随着中国工业化、城镇化进程不断加快，电力需求持续增长，对能源和电力的需求还将长期持续增长。
2、特高压套管作为特高压直流输电工程中的关键元件，是换流站阀厅进、出线和换流变压器等设备的咽喉。环氧浸渍纸直流干式套管在特高压直流输电系统中应用越来越广泛，其绝缘可靠性将直接关系到西北特高压直流外送工程的安全稳定。直流干式套管在运行中除了需要承受交流、直流、交/直流叠加电压外，内部载流导体则需要通过数ka富含谐波的换向电流。
3、空间电荷的积聚、消散、迁移都将引起介质内电场的一系列变化，特别是当绝缘内部承受电、热、力联合作用时，空间电荷效应将更加突出，引发电场畸变、局部放电甚至击穿，最终加速绝缘材料老化，导致套管的绝缘故障。而相关空间电荷消散模型多认为在δmin～δmax的陷阱深度范围内，不同深度的陷阱密度是按照能量均匀分布的。但是，按照能量随机分布来对不同深度陷阱密度的仿真研究较少。
4、因此，如何基于不同深度陷阱密度的能量随机分布，实现对环氧树脂复合绝缘材料空间电荷消散过程的预测，从而为后续研究去压后环氧复合材料内部电分布与行为特性对环氧复合材料绝缘特性的影响提供助力，是本领域技术人员亟需解决的问题。
/>技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，以至少解决上述
技术介绍
中提到的部分技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
4、s1、根据目标环氧树脂复合绝缘材料的实际结构构建一维仿真模型；
5、s2、根据所构建的一维仿真模型，构建不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性模型；
6、s3、对不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性模型进行仿真，获得去压后目标环氧树脂复合绝缘材料的空间电荷分布。
7、进一步地，所述步骤s2具体包括：
8、s21、基于所构建的一维仿真模型，结合电荷入陷与电荷脱陷的关系、电荷运输，以及电荷复合与电场的关系，建立电场与介质内部空间电荷消散特性之间的关系；
9、s22、添加物理场，用于模拟介质内部的电荷入陷、电荷脱陷、电荷注入、电荷抽出和电荷复合；
10、s23、添加目标环氧树脂复合绝缘材料的物理参数，基于双极性载流子运输模型、跳跃电导模型和肖特基定律在物理场中添加边界条件，结合当前空间电荷消散模型得到不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性模型。
11、进一步地，所述介质内部空间电荷消散特性包括：陷阱密度、载流子密度、电流密度和载流子迁移率。
12、进一步地，所述物理场包括静电场和稀物质传递场。
13、进一步地，在所述步骤s21中，采用由电流连续方程、传导方程和静电场泊松方程组成的相互耦合方程组来描述电荷入陷与电荷脱陷的关系、电荷运输，以及电荷复合与电场的关系，表示为：
14、
15、其中，x表示一维仿真模型的位置；jc(e)(x,t)表示导带和价带中t时刻位置x处的电子电流密度；jc(h)(x,t)表示导带和价带中t时刻位置x处的空穴电流密度；qfree(e)(x,t)表示t时刻位置x处的电子载流子密度；qfree(h)(x,t)表示t时刻位置x处的空穴载流子密度；μ0(e)表示电子在电介质中的载流子迁移率；μ0(h)表示空穴在电介质中的载流子迁移率；qtrap(e)表示电子的捕获密度；qtrap(h)表示空穴的捕获密度；se表示电子的电荷捕获-俘获-再复合系数；sh表示空穴的电荷捕获-俘获-再复合系数；e(x,t)表示去压前t时刻位置x处的电场强度；qnet表示净电荷密度；ε0表示真空介电常数，εr表示相对介电常数；
16、进一步地，电子的电荷捕获-俘获-再复合系数se包括自由电子与自由电子的参数，以及自由电子和捕获电子的参数；空穴的电荷捕获-俘获-再复合系数sh包括自由电子与自由空穴的参数，以及自由电子和捕获空穴的参数；具体表示为：
17、
18、其中，seμ表示自由电子与自由电子的参数，set表示自由电子和捕获电子的参数；shμ表示自由电子与自由空穴的参数，sht表示自由电子和捕获空穴的参数；ptr(e)表示自由电子的捕获系数；pde(e)表示自由空穴的捕获系数；qtrap(e)表示电子的捕获密度；qtrap(h)表示空穴的捕获密度；nt(e)表示电子的陷阱密度浓度；nt(e)表示空穴的陷阱密度浓度；reμ,ht表示自由电子与被捕获空穴之间的陷阱重组系数；ret,hμ表示被捕获电子与自由空穴之间的陷阱重组系数；reμ,hμ表示自由电子和自由空穴之间的重组系数；qe表示电荷量。
19、进一步地，在所述步骤s23中，所述边界条件包括：电子与空穴的注入、电子与空穴的抽出，以及载流子迁移率；具体表示为：
20、(1)对于电子与空穴的注入，双极性载流子运输模型中认为载流子是由电极处按照肖特基定律注入的；表示为：
21、
22、其中，jin(e)表示阴极注入电流密度；jin(h)表示阳极注入电流密度；nc表示导带的态密度；nv表示价带的态密度；qe表示电荷量，qe＝1.6×10-19c；μc表示位于导带的载流子迁移率；μv表示位于价带的载流子迁移率；k表示玻尔兹曼常数；t表示热力学温度；ωe表示电子的注入势垒；ωh表示空穴的注入势垒；ψ表示随电场变化的参数；e(x,t)表示t时刻位置x处的电场强度；f表示还原电场；
23、(2)对于电子和空穴的抽出，其符合肖特基定律，表示为：
24、
25、其中，jex(e)表示阴极抽出电流密度；jex(h)表示阳极注入电流密度；ω-e表示电子抽出势垒；ω-h表示空穴的抽出势垒；
26、(3)浅陷阱中电荷迁移被认为是跳跃的过程，基于跳跃电导模型，将载流子迁移率表示为：
27、
28、其中，μ表示载流子迁移率；d表示浅陷阱之间的距离；v表示脱陷频率；ωμ表示跳跃势垒高度，与浅陷阱深度一致；ed(x,t)表示去压后t时刻位置x处的电场强度。
29、进一步地，所述不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性模型，表示为：
30、
31、其中，ed表示去压后电场强度；x表示一维仿真模型的位置；t表示t时刻；x1表示阴极位置；x2表示阳极位置；qe表示电荷量；n(t)表示陷阱密度；k表示玻尔兹曼常数；t表示热力学温度；v表示脱陷所需频率；ε0表示本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，所述介质内部空间电荷消散特性包括：陷阱密度、载流子密度、电流密度和载流子迁移率。
4.根据权利要求2所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，所述物理场包括静电场和稀物质传递场。
5.根据权利要求2所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，在所述步骤S21中，采用由电流连续方程、传导方程和静电场泊松方程组成的相互耦合方程组来描述电荷入陷与电荷脱陷的关系、电荷运输，以及电荷复合与电场的关系，表示为：
6.根据权利要求5所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，电子的电荷捕获-俘获-再复合系数Se包括自由电子与自由电子的参数，以及自由电子和捕获电子的参数；空穴的电荷捕获-俘获-再复合系数Sh包括自由电子与自由空穴的参数，以及自由电子和捕获空穴的参数；具体表示为：
7.根据权利要求2所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，在所述步骤S23中，所述边界条件包括：电子与空穴的注入、电子与空穴的抽出，以及载流子迁移率；具体表示为：
8.根据权利要求1所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，所述不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性模型，表示为：
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【技术特征摘要】
1.一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，所述介质内部空间电荷消散特性包括：陷阱密度、载流子密度、电流密度和载流子迁移率。
4.根据权利要求2所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，所述物理场包括静电场和稀物质传递场。
5.根据权利要求2所述的一种不同深度陷阱密度随机分布的空间电荷消散特性预测方法，其特征在于，在所述步骤s21中，采用由电流连续方程、传导方程和静电场泊松方程组成的相互耦合方程组来描述电荷入陷与...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宏亮，金世雨，张梓瑜，金海，王虹，魏祥林，魏腾飞，李晓楠，马玉润，李康乐，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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