针对油浸式电力变压器瞬态温升计算效率过低的问题,该文提出本征正交分解-αATS(proper orthogonal decomposition-adaptive time stepping based onαfactor,POD-αATS)降阶自适应变步长瞬态计算方法。首先,推导变压器绕组瞬态温升计...针对油浸式电力变压器瞬态温升计算效率过低的问题,该文提出本征正交分解-αATS(proper orthogonal decomposition-adaptive time stepping based onαfactor,POD-αATS)降阶自适应变步长瞬态计算方法。首先,推导变压器绕组瞬态温升计算的有限元离散方程;其次,采用POD降阶算法改善传统瞬态计算中存在的条件数过大及方程阶数过高的问题;同时对于瞬态计算中的时间步长选择问题,提出适用于非线性问题的αATS变步长策略;然后,为验证方法的有效性,基于110 kV油浸式电力变压器绕组的基本结构建立二维八分区数值计算模型,同时将计算结果与基于110 kV绕组的温升实验结果进行对比。数值计算及实验结果表明,所提算法与全阶定步长算法在流场和温度场中的精度几乎相同,且流场计算效率提升约45倍,温度场计算效率提升约38倍,计算速度得到显著提高。这一点在温升实验中同样得到验证,说明该文所提算法的准确性、高效性及一定的工程实用性。展开更多
针对油浸式变压器2维流-热耦合仿真计算效率低的问题,提出了基于混合有限元法的并行计算方法。首先,在Visual Studio 2019中采用C++语言实现无量纲最小二乘有限元法以及迎风有限元法的串行计算方法。然后,基于图形处理器(graphic proces...针对油浸式变压器2维流-热耦合仿真计算效率低的问题,提出了基于混合有限元法的并行计算方法。首先,在Visual Studio 2019中采用C++语言实现无量纲最小二乘有限元法以及迎风有限元法的串行计算方法。然后,基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)实现流体场的并行计算,针对单分区分匝模型对比分析了不同GPU卡在不同网格条件下的并行计算效率,分析结果表明数据规模越大,GPU卡流处理器越多并行效果越好。其次,基于Intel MKL(Intel math kernel library)函数库结合共享存储并行编程(open multi-processing,OpenMP)实现了2维温度场的并行计算,并对比分析了不同网格数量对并行效率的影响。最后,在此基础上提出了根据不同仿真条件的混合并行计算方法,并应用到大型油浸式变压器绕组模型的2维温升热点分析中。结果表明,相较于串行程序,混合有限元并行计算方法的加速比达到了69.5,实验测试结果进一步验证了并行计算结果的准确性,研究成果为大型油浸式变压器流-热耦合问题的快速计算奠定了基础。展开更多
针对当前油浸式电力变压器绕组瞬态温升仿真中,采用固定时间步长效率低的问题,提出一种混合变步长方法。首先,采用初始解优化算法,有效减少计算过程中方程的迭代次数;其次,结合本征正交分解算法(properorthogonal decomposition,POD),...针对当前油浸式电力变压器绕组瞬态温升仿真中,采用固定时间步长效率低的问题,提出一种混合变步长方法。首先,采用初始解优化算法,有效减少计算过程中方程的迭代次数;其次,结合本征正交分解算法(properorthogonal decomposition,POD),改善大规模有限元方程组存在的阶数过高、条件数过大的问题,提高了方程的求解效率和数值稳定性;第三,提出自适应(adaptivetimestepping,ATS)-启发式(heuristic time stepping,HTS)混合变步长算法,通过对时间步长的自适应与启发式调整,有效解决瞬态计算中计算效率与计算精度的对立问题;最后,建立油浸式电力变压器绕组二维单分区分匝的流热耦合仿真模型,以验证所提算法的正确性与高效性。数值计算结果表明:在流场中,与固定步长的计算结果相比,混合变步长算法的误差小于0.46%,计算效率提升了18.45倍;在温度场中,与固定步长的计算结果相比,所提算法的误差小于0.04%,计算效率提升了6倍。同时,通过与传统变步长算法的计算结果对比,说明所提混合变步长算法在计算精度、计算效率及变步长效果方面均具有一定优势。此外,还探讨混合变步长计算中,不同的参数设置对瞬态计算结果及状态变化过程的影响,为其工程应用奠定了一定基础。展开更多
文摘针对油浸式电力变压器瞬态温升计算效率过低的问题,该文提出本征正交分解-αATS(proper orthogonal decomposition-adaptive time stepping based onαfactor,POD-αATS)降阶自适应变步长瞬态计算方法。首先,推导变压器绕组瞬态温升计算的有限元离散方程;其次,采用POD降阶算法改善传统瞬态计算中存在的条件数过大及方程阶数过高的问题;同时对于瞬态计算中的时间步长选择问题,提出适用于非线性问题的αATS变步长策略;然后,为验证方法的有效性,基于110 kV油浸式电力变压器绕组的基本结构建立二维八分区数值计算模型,同时将计算结果与基于110 kV绕组的温升实验结果进行对比。数值计算及实验结果表明,所提算法与全阶定步长算法在流场和温度场中的精度几乎相同,且流场计算效率提升约45倍,温度场计算效率提升约38倍,计算速度得到显著提高。这一点在温升实验中同样得到验证,说明该文所提算法的准确性、高效性及一定的工程实用性。
文摘针对油浸式变压器2维流-热耦合仿真计算效率低的问题,提出了基于混合有限元法的并行计算方法。首先,在Visual Studio 2019中采用C++语言实现无量纲最小二乘有限元法以及迎风有限元法的串行计算方法。然后,基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)实现流体场的并行计算,针对单分区分匝模型对比分析了不同GPU卡在不同网格条件下的并行计算效率,分析结果表明数据规模越大,GPU卡流处理器越多并行效果越好。其次,基于Intel MKL(Intel math kernel library)函数库结合共享存储并行编程(open multi-processing,OpenMP)实现了2维温度场的并行计算,并对比分析了不同网格数量对并行效率的影响。最后,在此基础上提出了根据不同仿真条件的混合并行计算方法,并应用到大型油浸式变压器绕组模型的2维温升热点分析中。结果表明,相较于串行程序,混合有限元并行计算方法的加速比达到了69.5,实验测试结果进一步验证了并行计算结果的准确性,研究成果为大型油浸式变压器流-热耦合问题的快速计算奠定了基础。
文摘针对当前油浸式电力变压器绕组瞬态温升仿真中,采用固定时间步长效率低的问题,提出一种混合变步长方法。首先,采用初始解优化算法,有效减少计算过程中方程的迭代次数;其次,结合本征正交分解算法(properorthogonal decomposition,POD),改善大规模有限元方程组存在的阶数过高、条件数过大的问题,提高了方程的求解效率和数值稳定性;第三,提出自适应(adaptivetimestepping,ATS)-启发式(heuristic time stepping,HTS)混合变步长算法,通过对时间步长的自适应与启发式调整,有效解决瞬态计算中计算效率与计算精度的对立问题;最后,建立油浸式电力变压器绕组二维单分区分匝的流热耦合仿真模型,以验证所提算法的正确性与高效性。数值计算结果表明:在流场中,与固定步长的计算结果相比,混合变步长算法的误差小于0.46%,计算效率提升了18.45倍;在温度场中,与固定步长的计算结果相比,所提算法的误差小于0.04%,计算效率提升了6倍。同时,通过与传统变步长算法的计算结果对比,说明所提混合变步长算法在计算精度、计算效率及变步长效果方面均具有一定优势。此外,还探讨混合变步长计算中,不同的参数设置对瞬态计算结果及状态变化过程的影响,为其工程应用奠定了一定基础。
