【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源研究，尤其涉及gis设备计算绝缘子表面电荷积聚的数值模拟方法。
技术介绍
1、随着我国电力系统向新型电力系统转型的不断推进，清洁能源的发展和应用已成为不可或缺的一部分。目前，中国光伏发电目前以集中式大容量光伏电站为主，兆瓦级别光伏电站的输送往往需要建设220kv及以上的升压站或经换流站送出。
2、气体绝缘全封闭组合电器(gas insulated switch gear,gis)是升压站及换流站中的关键一次设备，无论是交流还是直流gis设备中,绝缘子都被广泛应用于电气隔离或者支撑不同电位导体。为揭示电荷积聚机理以达到调控电荷的目的，现有通过搭建gis绝缘子表面电荷积聚测量实验平台，通过模拟实际的gis系统，获得绝缘子表面的电位分布观测数据以及温度分布数据；
3、经检索，申请号cn108695030b的中国专利，公开了基于u型梯度处理的抑制gis绝缘子表面电荷积聚的方法，其提出gis绝缘子表面电荷积聚是影响gis安全稳定运行的关键问题，但是，没有很好的提及如何模拟研究这一现象；
4、申请号cn116184050a的中国专利，公开了非接触式gis绝缘子表面电荷实时动态观测装置和方法，其提出通过搭建观测装置来实现对gis的绝缘子表面电荷的实时动态观测。
5、然而，对于模拟研究在描述宏观测试条件与电荷载流子的微观作用的关系来说，数值模拟作为一种辅助研究方式，越来越多地被用于揭示gis设备中绝缘子表面电荷积累机制，且这种模拟研究在描述宏观测试条件与电荷载流子的微观作用的关系
6、此外，现有部分研究采用电-热耦合的多物理仿真模型中，往往会存在模拟研究在对绝缘气体的热量交换过程进行建模时，忽略了气相域中各区域密度、流速的差异性；绝缘气体中的热对流过程包含重力、流速等影响机制；表面电荷模拟结果的时空特征不够完整等问题，因此，对于温度梯度下的gis绝缘子表面电荷积聚行为，亟需一种gis设备计算绝缘子表面电荷积聚的数值模拟方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的gis设备计算绝缘子表面电荷积聚的数值模拟方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种gis设备计算绝缘子表面电荷积聚的数值模拟方法，该方法包括仿真模拟系统；
4、该方法包括以下步骤：
5、s1：根据实际投入运行的高压gis设备，仿真模拟系统收集并记录的重要几何参数、gis设备各部件的热参数以及静电参数、运行环境特征参数；
6、s2：根据步骤s1获得的参数数据，通过仿真模拟系统搭建三维仿真模型；
7、s3：指定假设及模型初始化处理：基于步骤s1中获取的关键运行特征参数，定义模型中的假设、初始条件及约束条件，合理简化求解、确定仿真的计算范围；
8、s4：模型求解：设计模拟计算区域的有限元网格剖分方案，并利用非线性瞬态求解器对仿真模型进行求解，保证运算结果的高分辨率的前提下，利用较小的计算资源模拟和还原gis系统中的电场分布、温度梯度和表面电荷分布参数的全周期的三维演变特性，完成仿真计算。
9、进一步地，仿真模拟系统包括参数获取模块、模型搭建模块和模型求解模块；
10、参数获取模块，用于连接gis设备获取关键几何参数、物理参数及环境特征数据；
11、模型搭建模块，用于利用comsol multiphysics软件建立符合实际尺寸的gis绝缘子三维几何模型，并根据静电、固体传热、纳维-斯托克斯流体传热方程建立完整的多物理场耦合模型；
12、模型求解模块，用于定义约束条件，设计模拟计算区域的有限元网格剖分方案，进行所得模型的模拟计算，记录结果。
13、进一步地，在步骤s1中，重要几何参数包括导体间距、绝缘套管尺寸、电极形状；
14、gis设备各部件的热参数以及静电参数，其中，热参数以及静电参数包括导热系数、恒压热容以及介电常数；
15、运行环境特征参数包括运行时的外界温度、绝缘气体流动速度。
16、相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
17、能够精确还原直流/交流gis系统内部的热传递过程，并在全面的三维视角下，获得gis绝缘子表面电荷形态的精细化发展特征，提高了模拟结果的可分析性，深化了理论研究的角度。
18、通过搭建三维仿真模型，建立直接产生影响的部件、组分、规则，能够精确的模拟出包括气固界面沉积的表面电荷、绝缘气体中的电荷载流子等带电粒子的空间分布特征，这有助于分析电场和电荷自身空间场效应的博弈关系。此外，三维仿真的计算结果能提供完整的表面电荷形貌特征，加强了与实验观测结果之间的印证关系，为研究人员深入挖掘电荷行为的多样性机制提供便利。
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1.一种GIS设备计算绝缘子表面电荷积聚的数值模拟方法，其特征在于，该方法包括仿真模拟系统；
2.根据权利要求1所述的GIS设备计算绝缘子表面电荷积聚的数值模拟方法，其特征在于，仿真模拟系统包括参数获取模块、模型搭建模块和模型求解模块；
3.根据权利要求1所述的GIS设备计算绝缘子表面电荷积聚的数值模拟方法，其特征在于，在步骤S1中，重要几何参数包括导体间距、绝缘套管尺寸、电极形状；
4.根据权利要求1所述的GIS设备计算绝缘子表面电荷积聚的数值模拟方法，其特征在于，在步骤S2中，所述三维仿真模型包括三维几何模型和多物理场耦合模型，其中，多物理场耦合模型中包括静电传导模型和物理传热模型。
【技术特征摘要】
1.一种gis设备计算绝缘子表面电荷积聚的数值模拟方法，其特征在于，该方法包括仿真模拟系统；
2.根据权利要求1所述的gis设备计算绝缘子表面电荷积聚的数值模拟方法，其特征在于，仿真模拟系统包括参数获取模块、模型搭建模块和模型求解模块；
3.根据权利要求1所述的gis设备计算绝缘子表面电荷积...
【专利技术属性】
技术研发人员：何勇，腾骁，陈晨，
申请(专利权)人：三峡凉山能源投资有限公司，
类型：发明
国别省市：
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