本發明涉及電弧有限元計算，尤其涉及分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法及系統。

背景技術：

1、在電力系統中，斷路器是用于在電路中斷時切斷電流的關鍵設備。當斷路器開斷較大電流時，會產生電弧。電弧是一種高溫等離子體，對電力設備有很大的影響，可能會導致電力設備損壞和電網系統的不穩定。為了深入了解和優化這些過程，研究人員一般使用電弧仿真技術來模擬斷路器電弧等離子體的行為。通過電弧仿真，可以模擬電弧的形成、輻射和滅弧過程，幫助工程師設計更高效、更安全的斷路器。這種仿真技術有助于提高電力系統的穩定性和可靠性，以及減少潛在的設備損壞。

2、有限元電弧仿真通過數值模擬電弧的形成、輻射和消散過程，可以幫助理解電弧的行為并優化設備設計。這種仿真技術基于有限元分析原理，考慮電弧的熱力學、流體動力學和電磁特性，以預測電弧在不同條件下的行為。通過有限元電弧仿真，工程師可以改進開關電器設備的設計，提高設備性能和系統的穩定性，減少潛在的故障和損壞。

3、現有的有限元電弧仿真平臺有許多，它們都提供了強大的功能和工具，為研究者們廣泛使用。然而，在有限元計算過程中，盡管殘差穩定收斂于一定的數量級，但是并不能說明溫度場、氣流場的空間分布是合理的。在大容量開斷的電弧等離子體仿真的應用場景下，傳統有限元軟件中只用殘差判斷結果收斂與否的方法存在缺陷。

4、因此，為了提高大容量開斷的電弧等離子體仿真過程中收斂診斷的可靠性，本發明提出了一種更加嚴格的判據，基于網格尺寸、熱力學參數梯度、場強分布等指標，來量化分析各個物理場之間的協調關系，提出各物理合理分布的診斷指標。通過這種新診斷方法，可以更準確地診斷仿真結果的收斂性，提高仿真整體的精確度。

技術實現思路

1、鑒于上述現有技術中存在的問題，提出了本發明。

2、因此，本發明要解決的技術問題是：本發明的技術方案重點關注在通過數值模擬來研究和預測大容量開斷時的電弧的行為的過程中，如何更精確地判斷數值解是否趨向于一個穩定的解析解的問題，引入了一種判斷大容量開斷情況下電弧仿真的解是否收斂的補充判據。

3、為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案，分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法，包括：提出收斂判據，量化分析物理場之間的協調關系；確定物理場合理分布的診斷指標；判斷診斷指標的閾值設定。

4、作為本發明所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法的一種優選方案，其中：所述收斂判據包括有限元殘差收斂，通過逐步細化網格，即增加單元數量觀察數值解的收斂行為。

5、作為本發明所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法的一種優選方案，其中：所述量化分析物理場之間的協調關系通過考慮重要指標的影響，進行計算，實現量化分析。

6、作為本發明所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法的一種優選方案，其中：所述診斷指標根據關鍵物理量作為評判標準，通過經驗確定，判斷指標滿足大于等于四個關鍵物理量，則認為結果收斂。

7、作為本發明所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法的一種優選方案，其中：所述閾值設定包括根據經驗得出數值的上限和下限，確保時間步得到合理結果。

8、作為本發明所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法的一種優選方案，其中：所述重要指標包括網格尺寸、熱力學參數梯度以及場強分布的合理性。

9、作為本發明所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法的一種優選方案，其中：所述關鍵物理量包括溫度、壓強、電場強度、磁場強度以及電流密度。

10、本發明的另外一個目的是提供分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷系統，以增強電弧仿真技術在實際應用中的有效性。該系統旨在通過量化各物理場之間的關系，確保電弧等離子體行為的準確預測，從而優化sf6斷路器的設計和性能評估。通過實時監測和分析關鍵熱力學和電磁參數，該系統可幫助工程師在設備設計階段提前識別潛在問題，提高電力設備的安全性和可靠性，確保電網的穩定運行。

11、為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷系統，包括：判據分析模塊、分布診斷模塊以及閾值設定模塊；

12、所述判據分析模塊，提出收斂判據，量化分析物理場之間的協調關系；

13、所述分布診斷模塊，確定物理場合理分布的診斷指標；

14、所述閾值設定模塊，判斷診斷指標的閾值設定。

15、一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現如上所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法的步驟。

16、一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現如上所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法的步驟。

17、本發明的有益效果：提高模型的收斂性:本方法根據有限元數值計算方法的原理和工程實際綜合考量確立了能使大容量開斷電弧情況下的有限元模型收斂的更精確的判據，補全了傳統有限元收斂判據在此情況下的漏洞，增強收斂性。全面考慮電弧仿真中多物理場之間的協調性：本方法引入溫度、壓強、電場強度、磁場強度、電流密度五選其四的判據，考慮更加全面的物理場，提高了模型結果的精確度。更好的貼合實際工程需要：本方法由實際工程經驗得出場量分布合理的閾值，能夠幫助更準確地仿真大容量開斷斷路器。

技術特征：

1.分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法，其特征在于：包括：

2.如權利要求1所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法，其特征在于：所述收斂判據包括有限元殘差收斂，通過逐步細化網格，即增加單元數量觀察數值解的收斂行為。

3.如權利要求2所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法，其特征在于：所述量化分析物理場之間的協調關系通過考慮重要指標的影響，進行計算，實現量化分析。

4.如權利要求3所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法，其特征在于：所述診斷指標根據關鍵物理量作為評判標準，通過經驗確定，判斷指標滿足大于等于四個關鍵物理量，則認為結果收斂。

5.如權利要求4所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法，其特征在于：所述閾值設定包括根據經驗得出數值的上限和下限，確保時間步得到合理結果。

6.如權利要求5所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法，其特征在于：所述重要指標包括網格尺寸、熱力學參數梯度以及場強分布的合理性。

7.如權利要求6所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法，其特征在于：所述關鍵物理量包括溫度、壓強、電場強度、磁場強度以及電流密度。

8.一種基于權利要求1-7任一所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷的系統，其特征在于：包括：判據分析模塊、分布診斷模塊以及閾值設定模塊；

9.一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現權利要求1至7中任一項所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現權利要求1至7中任一項所述的分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法的步驟。

技術總結
本發明涉及電弧有限元計算技術領域，尤其涉及分析電弧燃燒過程中多物理場間協調性的診斷方法及系統，通過提出更精確的收斂判據，提高了大容量開斷電弧情況下有限元模型的收斂性；且綜合考量了有限元數值計算原理和工程實際，補全了傳統判據中的漏洞，并引入了溫度、壓強、電場強度、磁場強度、電流密度五選其四的判據，全面考慮了多物理場之間的協調性，從而提高了模型結果的精確度；此外還根據實際工程經驗確定了合理的場量分布閾值，更好地貼合了實際工程需要，幫助更準確地仿真大容量開斷斷路器。

技術研發人員：陳沛龍,鐘堯,朱石劍,歐陽澤宇,李欣,劉君,許逵,毛先胤,古庭赟,范強,王帥兵,陳佳莉,彭在興,丁健剛,趙林杰,張曦
受保護的技術使用者：貴州電網有限責任公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24