輸變電工程電磁場正、逆問題與實例

目錄
前言
第一篇 電磁場基本理論及輸變電工程電磁問題概論
第1章 電磁場基礎(chǔ) 3
1.1 電磁場基本方程組 3
1.1.1 麥克斯韋方程組的積分形式 3
1.1.2 麥克斯韋方程組的微分形式 5
1.1.3 介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系 6
1.2 矢量場的**性 7
1.3 矢量場的分類及處理方法 7
1.3.1 矢量場的分類 7
1.3.2 矢量場的處理方法 8
1.4 邊界條件 9
1.4.1 場域邊界條件 9
1.4.2 兩種不同介質(zhì)的邊界條件 10
參考文獻 11
第2章 計算電磁學(xué)基礎(chǔ) 12
2.1 計算電磁學(xué)的形成與發(fā)展 12
2.2 工程計算電磁學(xué)常用方法概述 12
2.2.1 微分方程法與積分方程法 12
2.2.2 時域分析法與頻域分析法 13
2.3 計算電磁學(xué)的研究熱點 14
參考文獻 15
第3章 輸變電工程中的典型電磁問題 17
3.1 交流輸電線路的電磁環(huán)境問題 17
3.2 直流輸電線路的電磁問題 18
3.3 變電站的電磁問題 19
3.4 高壓電氣設(shè)備絕緣及優(yōu)化設(shè)計問題 20
參考文獻 21
第二篇 輸變電工程中的電磁場正問題分析方法及應(yīng)用
第4章 高壓交流輸電線路空間電場與磁場分析 27
4.1 高壓交流輸電線路空間電場分析 27
4.1.1 模擬電荷法基本原理 27
4.1.2 架空輸電線路三維數(shù)學(xué)模型 28
4.1.3 架空輸電線路電壓-電場三維計算模型 31
4.1.4 算例分析 33
4.2 高壓交流輸電線路空間磁場分析 38
4.2.1 架空輸電線路電流-磁場三維數(shù)學(xué)模型 38
4.2.2 算例分析 39
參考文獻 45
第5章 高壓直流輸電線路空間合成電場分析 46
5.1 高壓直流輸電線路合成電場計算模型 46
5.2 高壓直流輸電線路合成電場的數(shù)值求解 48
5.2.1 電暈層區(qū)電場和放電離子的計算方法 48
5.2.2 非電暈層區(qū)的合成電場計算方法 52
5.3 合成電場正問題求解方法的特性分析 54
參考文獻 59
第6章 變電站復(fù)雜工頻電場計算方法 61
6.1 邊界元法數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 61
6.1.1 邊界積分方程的建立 62
6.1.2 邊界積分方程的離散 64
6.2 變電站工頻電場邊界元方程組的建立與求解 68
6.2.1 邊界元方程組的建立 68
6.2.2 邊界元方程組的求解 72
6.3 新型快速多極邊界元算法 73
6.3.1 快速多極子算法基礎(chǔ) 73
6.3.2 自適應(yīng)樹結(jié)構(gòu) 76
6.4 變電站工頻電場求解的新型自適應(yīng)快速多極邊界元法 77
6.4.1 邊界積分表達式的展開與傳遞 77
6.4.2 快速多極邊界元算法的實現(xiàn) 79
6.4.3 旋轉(zhuǎn)算子 80
6.4.4 新型快速多極子算法介紹 81
6.4.5 新型快速多極子算法的實現(xiàn) 85
6.5 快速多極子邊界元優(yōu)化算法 85
6.5.1 線卷積的快速傅里葉變換計算 85
6.5.2 樹結(jié)構(gòu)下快速傅里葉變換的引入 87
6.5.3 不采用樹結(jié)構(gòu)快速傅里葉變換算法的引入 89
6.5.4 優(yōu)化算法計算精度和計算復(fù)雜度分析 91
6.6 試驗及仿真驗證 92
參考文獻 95
第7章 變電站開關(guān)操作空間瞬態(tài)電場分析 96
7.1 開關(guān)操作產(chǎn)生瞬態(tài)電磁干擾的機理 96
7.1.1 隔離開關(guān)操作引起的波過程 96
7.1.2 母線電流計算 97
7.2 FDTD法 98
7.2.1 麥克斯韋方程和Yee氏網(wǎng)格 99
7.2.2 數(shù)值穩(wěn)定性分析 101
7.2.3 吸收邊界條件 101
7.3 變電站瞬態(tài)電磁場計算 102
7.3.1 FDTD離散方程及吸收邊界條件設(shè)置 102
7.3.2 空間瞬態(tài)電場計算 105
參考文獻 109
第三篇 輸變電工程中的電磁場逆問題分析方法及應(yīng)用
第8章 交流架空輸電線路電參量反演方法研究 113
8.1 粒子群優(yōu)化算法概述 113
8.1.1 基本原理 113
8.1.2 粒子群優(yōu)化算法中參數(shù)對性能的影響 114
8.1.3 算法改進方向和步驟 115
8.2 遺傳算法概述 115
8.2.1 基本原理 115
8.2.2 基本流程 116
8.2.3 遺傳算法的特點 120
8.3 電場測量點布點方案 121
8.3.1 逆問題的不適定性分析 121
8.3.2 電場測量點的位置尋優(yōu) 122
8.3.3 不同導(dǎo)線排列方式下的最優(yōu)電場測量點布點方案 123
8.4 改進的電壓逆推尋優(yōu)算法 125
8.4.1 電壓逆推尋優(yōu)算法流程和約束條件 125
8.4.2 電場分量的逆推分析 128
8.5 電壓逆推尋優(yōu)算法的算例分析 130
8.5.1 等高輸電線路不同導(dǎo)線排列方式的電壓逆推分析 130
8.5.2 不等高輸電線路不同導(dǎo)線排列方式的電壓逆推分析 132
8.5.3 輸電線路三維模型與二維模型的電壓逆推分析 134
8.5.4 輸電線路三相不平衡狀態(tài)的電壓逆推分析 135
8.5.5 輸電線路風偏狀態(tài)的電壓逆推分析 136
8.5.6 輸電線路含諧波情況的電壓逆推分析 138
參考文獻 142
第9章 高壓直流輸電線路合成電場及無線電干擾逆問題研究 144
9.1 高壓直流輸電線路合成電場及無線電干擾逆問題模型 144
9.1.1 高壓直流輸電線路合成電場及無線電干擾逆問題電荷分布研究 144
9.1.2 基于遺傳算法的模擬電荷空間位置優(yōu)化 148
9.2 高壓直流輸電線路合成電場及無線電干擾逆問題的收斂性分析 150
參考文獻 151
第10章 絕緣子工頻電場逆向檢測及優(yōu)化方法 153
10.1 絕緣子工頻電場正、逆問題計算模型 153
10.1.1 絕緣子工頻電場正問題計算模型 153
10.1.2 絕緣子工頻電場逆問題計算模型 156
10.2 絕緣子電場逆問題求解中的遺傳算法分析 157
10.2.1 算法流程 157
10.2.2 結(jié)果分析 158
10.3 絕緣子電場逆問題求解中的粒子群優(yōu)化算法分析 160
10.3.1 算法流程 160
10.3.2 結(jié)果分析 161
10.4 絕緣子電場逆問題求解中的Tikhonov正則化方法分析 163
10.4.1 算法流程 163
10.4.2 結(jié)果分析 165
10.5 優(yōu)化算法對比分析與方法改進 166
10.5.1 優(yōu)化算法對比分析 166
10.5.2 基于遺傳算法的Tikhonov正則化方法改進 170
10.5.3 改進算法分析 171
參考文獻 173
第四篇 輸變電工程中的電磁場測量
第11章 球型電場傳感器測量系統(tǒng)的研究及應(yīng)用 177
11.1 球型電場傳感器測量原理和對電場畸變影響的分析 177
11.1.1 球型電場傳感器測量原理與數(shù)學(xué)建模 177
11.1.2 傳感器空間占位對電場畸變的分析 181
11.1.3 測量電極間的耦合畸變分析 188
11.1.4 電場畸變校正研究 190
11.2 電場傳感器測量系統(tǒng)研究 192
11.2.1 傳感器探頭設(shè)計與等效分析 192
11.2.2 信號處理電路 194
11.2.3 PIC單片機處理電路 204
11.2.4 通信接口電路 206
11.2.5 電源電路 209
11.2.6 PCB電路整體設(shè)計 210
11.3 測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn) 212
11.3.1 程序總體流程介紹 212
11.3.2 系統(tǒng)各模塊的軟件設(shè)計 212
11.4 系統(tǒng)試驗研究 215
11.4.1 變電站外測量試驗 215
11.4.2 輸電線下測量試驗 217
參考文獻 219
第12章 可穿戴式電場測量系統(tǒng)研究與實現(xiàn) 221
12.1 可穿戴式電場傳感器測量原理理論分析 221
12.1.1 雙球殼型傳感器的提出 222
12.1.2 雙球殼型電場傳感器對空間電場分布影響的分析 223
12.1.3 傳感器輸出電壓與空間原電場的關(guān)系 226
12.1.4 傳感器等效電路分析 228
12.1.5 雙球殼型電場傳感器的仿真及參數(shù)選擇 229
12.2 人體模型及其對電場影響的仿真研究 234
12.2.1 人體模型的建立 234
12.2.2 人體對電場分布的影響 236
12.3 可穿戴式電場測量系統(tǒng)硬件設(shè)計 245
12.3.1 傳感器探頭制作與參數(shù)計算 245
12.3.2 測量系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 246
12.4 可穿戴式電場測量系統(tǒng)軟件設(shè)計 254
12.5 可穿戴式電場測量系統(tǒng)試驗研究 256
12.5.1 測量儀準確性驗證 257
12.5.2 穿戴式測量試驗 259
12.5.3 人體動作對穿戴式測量的影響 260
參考文獻 260