Calculation of the ionised field and the corona losses of high‐voltage direct current transmission lines using a finite‐difference‐based flux tracing method

Abstract

The electric field and ion current distribution on the ground level and corona losses are the important factors for designing high-voltage direct current (HVDC) transmission lines. This study presents a new finite-difference-based flux tracing (FDFT) method for analysing the ionised field. The differential equations are discretised using the finite-difference method and the non-linear algebraic equations are constructed. For the bipolar field, a systematic technique to set up the initial values is well established by estimating the average values of space charge density. The issues of the finite-difference scheme, the normalisation and the selection of mesh points are elaborately discussed to have a better convergence. The boundary conditions of the ionised field equations can be enforced directly, whose benefit is that the iterative process to satisfy the boundary conditions can be completely avoided. The numerical examples show that the results obtained in this study agree well with the ones published in other literatures. The FDFT could be applied for more complicated line configuration with unequal corona-onset electric fields and ion mobilities of opposite polarities.

A Comprehensive Review of Operation and Control, Maintenance and Lifespan Management, Grid Planning and Design, and Metering in Smart Grids

“…Qiao et al [293] present a new finite-difference-based flux tracing method for analyzing the ionized field (non-linear algebraic equations are used).…”

Electric field calculation of high-voltage direct current transmission lines

“…На даний час задача визначення розподілення елект-ричного поля під лініями електропередачі постійного струму вирішується головним чином методом інтеграль-них рівнянь [7], методом кінцевих різниць [8] та методом кінцевих елементів [9][10][11]. Всі ці методи дозволяють розрахувати поле з урахуванням коронного розряду на проводах лінії тільки вздовж окремої силової лінії та шляхом ітераційного уточнення щільності струму на поверхні коронуючих проводів лінії [7][8][9]11].…”

“…Всі ці методи дозволяють розрахувати поле з урахуванням коронного розряду на проводах лінії тільки вздовж окремої силової лінії та шляхом ітераційного уточнення щільності струму на поверхні коронуючих проводів лінії [7][8][9]11]. В зв'язку з цим, застосування цих методів потребує спеціальних знань та навичок комп'ютерного програмування [7] або комп'ютерного моделювання [8][9][10][11], що суттєво збільшує витрати часу на вирішення даної задачі. Тому існує потреба у спрощеному інженерному методі розрахунку, який би дозволив з достатньою для практики точніс-тю вирішити задачу оцінки рівня електростатичного поля, наприклад, за допомогою звичайного таблично-го процесора без необхідності застосування потужного програмного забезпечення.…”

Calculation of Surface Electric Fields on the Lighting Conductors near HVDC Transmission Lines

“…The flux tracing method (FTM) is a kind simplified ion flow field calculation method based on the Deutsch assumption [14][15][16][17]. This method is recommended in the designing standards of overhead transmission lines, and widely used in the engineering practice [18][19][20][21][22].…”