1、ANSYS电力系统设计解决方案ANSYS 及 ANSYS Inc. 的其他全部产品名称及服务名称系 ANSYS Inc. 或位于美国及其他国家的 ANSYS Inc. 的分公司的注册商标，其他所有的商标或注册商标系各所有权人的财产。ANSYS 中国官方网站 ：咨询电话：400 819 8999邮 箱：info-中国分公司：北京 上海 成都 深圳官方微信：ANSYS微信号：ANSYS-China官方新浪微博：ANSYS中国 3D ModelCFD 3D ModelGeometryCFD Results创建初始网格方程求解计算精度是否满足要求？后处理否是自动加密网格几何模型(无剖分)0LWind
2、ingALWindingBRwindingLWindingCLabelID=IV_A+1e-006u+VS_232+ + + +VS_260ModelVvmodel1+ 1V0VLabelID=V2701ohmModelVvmodel2VS_278VS_279VS_280VS_281LabelID=IVswtichRwindingRwindingLWindingA_extendLWindingB_extendLWindingC_extendMagnetizing current at startInrush current at switching eventReturn to magneti
3、zing current at endPower Cell A2Power Cell A3Power Cell B1Power Cell B2Power Cell B3Power Cell C1Power Cell C2Power Cell C3Induction orsynchronousMotorSeries Cell Multilevel MV Drive“Perfect Harmony“3 Phase InputPower Cell A1SimplorerSystem DesignPP := 6ICA:AAAGAINAJPMSYNCIAIBICTorqueD2DMaxwell 2D/3
4、DElectromagnetic ComponentsPExprtMagneticsQ3DParasiticsANSYS MechanicalThermal/StressModel order ReductionCo-simulationField SolutionModel GenerationANSYS CFD Fluid Flow电力系统设计解决方案ANSYS电力系统设计解决方案断路器随着数字经济技术的发展，人们对用电的安全可靠性要求越来越高，高压断路器在电力系统中担负着控制和保护的双重任务，其性能的优劣直接关系到电力系统的安全运行。ANSYS解决方案可高效解决断路器的诸多设计问题，包括
5、：断路器触头在不同开合位置时的电磁、热、结构特性分析和优化设计等。高压套管在HVDC和超高压输电中，高压套管作为变电站或变压器的一个组成部分，电压等级或规格直接限制了超高压输电变压器和HVDC换流变压器的电压等级。ANSYS解决方案可高效解决高压套管的诸多设计问题，包括：内部与外部绝缘设计和电场计算；伞群表面结构优化和污秽分析；母线温升等。互感器互感器分为电压互感器和电流互感器，是变压器或电站内部的检测器件，用来测量母线上的电压或电流。ANSYS解决方案可高效解决互感器诸多设计问题，包括：电场特性分析；涡流特性分析；电磁、机械耦合分析等。换流阀换流阀是HVDC输电工程的核心设备，通过依次将三相
6、交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制，其价值约占换流站成套设备总价的2225%。ANSYS解决方案可高效解决换流阀的诸多设计问题，包括：暂态仿真模型建立；内部电场、磁场特性分析；电磁、流体双向耦合热性能分析和散热、冷却系统设计；高电位整体屏蔽和屏蔽性能研究；换流阀绝缘配合、局部放电水平的控制与抑制等。电缆电缆是供电设备与用电设备之间的桥梁，起传输电能的作用，其发展方向是：大容量、超高压、无油化、抗短路、高可靠、免维护。目前各电压等级交联电缆已逐渐取代传统充油纸绝缘电力电缆，高压及超高压交联电缆的应用日趋广泛。ANSYS解决方案可高效解决电缆设计问题，包括：定制化电缆模型建立
7、；电场和磁场特性分析；参数化、优化设计；寄生RLCG参数提取；传导和辐射干扰特性分析等。断路器电磁、热、结构耦合仿真（案例源自ABB）高压套管内部电场特性分析套管表面电场仿真和污秽分析整流变压器低压线圈不平衡电流计算电力变压器的铁心损耗和温升计算（案例源自Siemens）电流互感器电磁、热、结构耦合分析电缆电磁特性分析0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00Time ms-4000.00-3000.00-2000.00-1000.000.001000.002000.003000.004000.00Y1 AAnsoft LLC Winding CurrentsCurv
8、e Info maxCurrent(HV)Setup1 : Transient 1581.8327BranchCurrent(VI1)Setup1 : Transient 3283.5012BranchCurrent(VI2)Setup1 : Transient 2366.1423BranchCurrent(VI3)Setup1 : Transient 2623.5965BranchCurrent(VI4)Setup1 : Transient 2608.6789BranchCurrent(VI5)Setup1 : Transient 2643.0542BranchCurrent(VI6)Set
9、up1 : Transient 2656.7616BranchCurrent(VI7)Setup1 : Transient 2664.7992BranchCurrent(VI8)Setup1 : Transient2666.1958BranchCurrent(VI9)Setup1 : Transient2663.1977BranchCurrent(VI10)Setup1 : Transient2652.7513BranchCurrent(VI11)Setup1 : Transient2637.4442BranchCurrent(VI12)Setup1 : Transient2600.8232B
10、ranchCurrent(VI13)Setup1 : Transient2615.6017BranchCurrent(VI14)Setup1 : Transient2319.0715BranchCurrent(VI15)Setup1 : Transient3339.4979ABCTemp rise A B CMeasured 67 76.1 72.3Simulated 70.6 80.5 70.7 MANSYS电力系统设计解决方案GIS变电站相对于传统的变电站（AIS），GIS变电站具有结构紧凑、安装方便、不受污染及盐雾腐蚀、检修周期长等优点，同时其设计也更加复杂，除合理设计变电站降低电磁辐射
11、干扰外，还涉及内部电场计算和机械强度校核、以及在不同地质条件下的地震计算等。ANSYS解决方案可高效解决GIS变电站整体和内部具体部件的设计问题，包括：高压母线设计及电磁、绝缘特性分析；局部设备电磁特性分析；电磁场和流体双向耦合的热性能分析；基于电磁和结构单向耦合的机械性能分析、地震强度校核等。电弧仿真在高压开关/断路器动作时，通常会产生电弧。电弧是一种强功率的自持放电现象，一旦产生，功率可达数MW，如不能采取有效措施快速灭弧，开关设备很可能被严重烧毁，甚至发生爆炸等事故。电弧作为等离子体，其电导率是压力和温度的函数，并且由于其质量极轻，在电磁力等因素的作用下，形状极易改变，因此电弧是一个复杂
12、的电磁流体动力学问题。电弧的计算和试验实现起来非常困难，难以准确获得电弧位置和总功率，难以准确评估灭弧效果。针对这一难题，ANSYS公司开发了基于电磁场和流体场双向耦合的电弧仿真流程。高性能计算与优化设计电力设备及系统模型往往比较大，绝大多数是3D模型，尤其是在涉及到参数化和优化设计时，求解规模大、仿真耗时长，ANSYS高性能计算方案可加速仿真模型电磁计算和性能优化进程，高效解决电力设备及系统的高性能计算和优化设计问题，包括：采用HPC将模型网格剖分、矩阵求解、数据后处理等电磁计算工作或扫频分析工作分布到多个CPU核上进行并行求解；采用DSO对模型结构、材料、激励等参数化扫描或遗传算法、Mat
13、lab优化方案，分布到联网的多个CPU核或计算节点上并行求解，最终在发起运算的主节点上显示完整的计算结果。在ANSYS电弧仿真流程中，FLUENT计算电弧一旦产生后等离子体的压力和温度，计算出等离子体的电导率，并将每个单元的电导率输出到Maxwell。Maxwell在给定的电流下，根据不同单元的电导率属性，计算电弧的位置、电流密度和整个空间的磁场分布，并将每个单元的磁密结果输出到FLUENT。FLUENT结合读取的磁密结果和电弧的电流密度，计算电弧受到的洛伦兹力，结合电流密度和电导率计算电弧的功率，并将洛伦兹力写入流体方程、将功率写入能量方程，并重新计算整个空间的压力和温度，再得到新的等离子体
14、的电导率结果，再次将等离子体每个单元的电导率输出到Maxwell进行新的计算，进行新的迭代循环，并最终计算出电弧在不同时刻下的位置、灭弧所需时间以及整个过程中电弧产生的功率等。GIS变电站空间电磁分布对设备和人的电磁干扰分析（案例源自ESSS）ANSYS 电弧仿真流程电弧电流和电压仿真结果HPC加速比 计算机阵列和DSO加速比电弧仿真案例GIS变电站整体布局及电磁特性、电磁干扰分析（案例源自ESSS）GIS局部设备电磁特性分析（案例源自ESSS）0.00 125.00 250.00 360.00Phase deg0.00125.00250.00375.00500.00625.00750.00Y
15、1uTesla3. FaseRST_passo_menorMagnitude_B ANSOFTCurve Info max avgFaseS_MagB 600.9740 437.6004FaseT_MagB 545.3616 349.2226FaseR_MagB 722.7063 493.3691Number of cores Average Time per Non linear IterationAverage Speed-upCompared w/1coreAverage Speed-up per core1 8h43 -8 1h19 6.62 0.8216 1h04 8.17 0.524 1h03 8.30 0.3432 58m 9 0.28 0123456789101 Core 8 Cores 16 Cores 24 Cores 32 Cores加速比0 20 40 60 80 100020406080100Number of coresSpeed-upfactor电磁场仿真静态电流路径静磁场计算辐射电弧功率损耗焦耳热洛伦兹力电器特性 辐射弧根模型流体动力学运动方程 能量方程MaxwellJxB J2/J,BT,PFLUENT
