电弧反演模型、算法及在高压开关中的应用研究

基本信息
批准号:51377106
项目类别:面上项目
资助金额:90.00
负责人:刘晓明
学科分类:
依托单位:天津工业大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:侯春光,韩颖,冯海文,杜洪波,邵嶽,李俐莹
关键词:
高压开关磁测量反演磁场重构电弧
结项摘要

Research on arc in high voltage switch is a basic scientific topic in the field of power transmission and transformation equipments. Conventional arc model and arc forward research experienced are difficult to describe characteristics of the high voltage switch arc in the most essential features. That short-circuit breaking by switchgear is successful or not still relies on forward analysis with some assumptions and on the verification tests. In this project, the Mathematical Physics inversion method, i.e. the arc inversion is introduced, to explore the new research approach on nature of high voltage switch arc. The research route is proposed in this project followed by high voltage switch arc forward numerical analysis to the inversion, and by theoretical analysis, modeling combined with experimental method. Then, the reasonable estimates are obtained about the arc inversion parameters and model by solving the operator equations that can help us to determine the full picture unknown of breaking arc. In the inversion process, the arc inversion model is set up first according to the arc physical phenomenon. The dynamic arc inversion method is given out to ensure the existence of uniqueness solution of the inversion problem. Besides, the ill-posed stable algorithm, the practical algorithm structure inversion tools and regularization are proposed to solve the continuous arc inversion of ill-posed solution and stability. As for the inversion technique, the deviation principle is put forward based on optimization designs that can resolve the contradiction between convergence speed and accuracy of inversion. This study relates to the subject of modern mathematics, plasma physics, electromagnetic and magnetic fluid mechanics etc. And its theoretical significance is to create a novel approach of theoretical research on switching arc. As for the application of the research, it can help the realization of the arc control and can guide the design of high voltage switch with higher parameters.

高压开关电弧研究是输变电装备领域的基础科学问题,常规电弧模型与正演研究难以描述高压开关电弧最本质的特性,开关短路开断成功与否仍依赖假设的正演分析和型式试验。本项目引入数学物理反演方法,探索高压开关电弧本质研究的新途径-电弧反演,提出由电弧正演数值分析到反演实现,由理论分析、模型建立到与样机实验手段相结合的研究路线,通过求解算子方程获得电弧反演参数/模型的合理估计,确定不为认知的开关电弧全貌。反演过程中根据电弧物理现象,建立反演模型,提出动态电弧反演方法,保证反演问题解的唯一性。提出不适定稳定算法,构造反演工具及正则实用算法,解决电弧反演不适定性、解的连续性及稳定性。在技术方面基于优化设计,提出偏差原则,解决收敛速度与反演精度的矛盾。本研究涉及现代数学、等离子体物理、电磁场、磁流体力学等学科,其理论意义是创建高压开关电弧研究的新路径,应用到工程中可更好地实现电弧调控,指导高参数高压开关设计。

项目摘要

高压开关电弧研究是输变电装备领域的基础科学问题,常规电弧模型与正演研究难以描述高压开关电弧最本质的特性,开关短路开断成功与否仍依赖假设的正演分析和型式试验。引入数学物理反演方法,开展高压开关电弧反演研究,提出由电弧正演数值分析到反演实现,由理论分析、模型建立到与样机实验手段相结合的研究路线,获得电弧反演参数/模型的合理估计。根据电弧物理现象,建立反演模型,提出动态电弧反演方法。构造反演工具及正则实用算法,解决电弧反演不适定性、解的连续性及稳定性。在技术方面基于优化设计,提出偏差原则,解决收敛速度与反演精度的矛盾。自主搭建配永磁机构的40.5kV/31.5kA交流真空断路器实验样机,基于T30\T60短路故障开断下电弧电压/电流变化曲线,得到动态弧阻数学表征与定量分布。本研究涉及现代数学、等离子体物理、电磁场、磁流体力学等学科,其理论意义是创建高压开关电弧研究的新路径,应用到工程中可更好地实现电弧调控,指导高参数高压开关设计。.总结项目研究成果,公开发表学术论文32篇,其中EI收录18篇;授权专利4项、软件著作权2项。项目执行期间项目组成员进行国外访学1人次、国内外学术会议交流30余人次。开关电弧正演方面研究成果获得第六届吴文俊人工智能科学技术奖三等奖1项、2015年度辽宁省自然科学学术成果奖二等奖1项。培养已毕业博士1名、在读2名,硕士已毕业9名,形成天津市创新人才推进计划重点领域创新团队、天津市人才发展特殊支持计划高层次创新创业团队以及天津市国际合作基地研究平台,新增国家自然科学基金面上项目1项、中国博士后创新人才支持计划项目1项、天津平高智能电气有限公司校企合作项目1项、新能源电力系统国家重点实验室开放基金课题1项。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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