油浸式变压器二维流体-温度场高效并行计算方法

作     者：于阔 刘刚 张志宇 寇家俊 刘云鹏 武卫革 

作者机构：河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 保定天威保变电气股份有限公司河北省输变电装备电磁与结构性能重点实验室 

出 版 物：《华北电力大学学报(自然科学版)》 (Journal of North China Electric Power University(Natural Science Edition))

年 卷 期：2024年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2021YFB2401700) 

主　　题：变压器温升分析 混合有限元 并行计算 混合排序方法 加速比 

摘      要：为了解决油浸式变压器绕组温升计算中二维流热耦合仿真效率低下的难题，文章提出了一种结合并行技术的混合有限元高效算法。首先针对大规模刚度阵的组装方式进行了优化，以一种新颖的混合排序方法代替了常用的十字链表存储结构，提高了刚度阵的组装效率，同时结合CUDA（Compute Unified Device Architecture）进行并行计算，使得有限元计算效率相较于串行程序显著提升。其次，通过使用具有线程级并行功能的求解库Pardiso(稀疏矩阵解算器)进行方程组计算，提高了大规模方程组的求解效率。然后，基于油浸式变压器绕组单分区的流-热耦合算例验证了所提方法的准确性，并分析了所提方法在不同规模问题中的加速比。最后，将所提方法应用于大型油浸式变压器绕组的二维温升分析中，仿真结果与实验测试结果最大绝对误差小于4.5K，流-热耦合仿真并行加速比达到了301.5，时间从小时级缩短至分钟级，有效的提升了变压器的流体-温度场问题的计算效率。