一种电子碰撞反应速率的修正方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及多物理场仿真，尤其涉及一种电子碰撞反应速率的修正方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、我国电网结构日益复杂，交直流交互影响，电网容量不断攀升，短路电流超标和大面积停电风险等问题严重威胁系统安全稳定运行。现有500kv主网架的短路电流耐受能力已不能适应电网发展需要，亟需研发大容量、高可靠、兼顾旧站改造和新建工程的大容量开关装置。

2、在断路器整个开断过程中，弧后阶段的重击穿特性对于断路器的开断能力有着重要影响，进一步影响整个电力系统的平稳运行。在重击穿特性的研究中，流注放电理论为断路器重击穿主流理论，多数仿真模型中采用局部场近似的方法描述电子能量，但是，在靠近电极表面的区域为鞘层区域，属于高场强低电子密度区域，电子由于扩散造成的顺电场方向运动将损失能量，场近似假设无法描述这一过程，最终造成鞘层区域的电子密度的异常增大。因此有必要对电子能量输运方程进行分析，对介质附近的电子碰撞反应速率进行修正，使其能够正确表达电子能量的损失，从而得到正确的流注放电过程，进而分析弧后重击穿特性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电子碰撞反应速率的修正方法、装置、设备及介质，以解决在靠近电极表面的区域为鞘层区域，属于高场强低电子密度区域，电子由于扩散造成的顺电场方向运动将损失能量，场近似假设无法描述这一过程，最终造成鞘层区域的电子密度的异常增大的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电子碰撞反应速率的修正方法，包括：

3、根据六维相空间中电子分布对应的玻尔兹曼方程，计算得到六维相空间中的电子能量分布，继而根据所述电子能量分布，计算得到电子碰撞反应系数；其中，所述电子碰撞反应系数包括：电离反应系数和吸附反应系数；

4、根据预设的泊松方程与粒子输运方程，计算得到六维相空间中的电场分布和电子密度；

5、根据所述电场分布和电子密度，得到对应的电子能量输运方程，根据所述电子能量输运方程，得到非弹性碰撞过程中的电子能量损失平衡，进而得到电子碰撞反应速率的修正系数；

6、根据电子碰撞反应速率的修正系数和所述电子碰撞反应系数，得到修正后的电子碰撞反应速率。

7、作为优选方案，所述六维相空间中电子分布对应的玻尔兹曼方程为：

8、

9、其中，v为电子速度，e为电子电荷量，me为电子质量，e为电场，▽v为速度梯度的运算符，c为与f相关的碰撞项。

10、作为优选方案，所述电子碰撞反应系数为：

11、

12、

13、其中，α为电离反应系数，η为吸附反应系数，γ＝(2e/me)1/2，电子能量ε＝(v/γ)2，f(ε)为电子能量分布函数；σα(ε)为电离截面，ση(ε)为吸附截面。

14、作为优选方案，所述粒子输运方程为：

15、

16、

17、其中，ne为电子密度，t为时间，ρ为流体密度，re为电子密度源项，μe为电子迁移率，de为电子扩散率，u为中性流体速度矢量；

18、所述泊松方程为：

19、

20、其中，φ为电势，ρ为空间电荷密度，ε为相对介电常数。

21、作为优选方案，所述电子能量输运方程为：

22、

23、其中，η为所有非弹性碰撞过程引起的能量损失，newel表示与准弹性碰撞相关的总电子能量汇，ki为电子碰撞反应速率的修正系数，方程左侧第二项代表在空间中的漂移和扩散引起的平均电子能量变化，方程左侧第三项代表电子在电场中受到电场力的作用而导致的电子平均能量的增加。

24、作为优选方案，所述非弹性碰撞过程中的电子能量损失平衡为：

25、eμenee2＝ηk0nen。

26、作为优选方案，所述电子碰撞反应速率的修正系数为：

27、

28、在上述实施例的基础上，本发明另一实施例提供了一种电子碰撞反应速率的修正装置，包括：电子碰撞反应系数计算模块、电场分布和电子密度计算模块、修正系数计算模块以及电子碰撞反应速率修正模块；

29、所述电子碰撞反应系数计算模块，用于根据六维相空间中电子分布对应的玻尔兹曼方程，计算得到六维相空间中的电子能量分布，继而根据所述电子能量分布，计算得到电子碰撞反应系数；其中，所述电子碰撞反应系数包括：电离反应系数和吸附反应系数；

30、所述电场分布和电子密度计算模块，用于根据预设的泊松方程与粒子输运方程，计算得到六维相空间中的电场分布和电子密度；

31、所述修正系数计算模块，用于根据所述电场分布和电子密度，得到对应的电子能量输运方程，根据所述电子能量输运方程，得到非弹性碰撞过程中的电子能量损失平衡，进而得到电子碰撞反应速率的修正系数；

32、所述电子碰撞反应速率修正模块，用于根据电子碰撞反应速率的修正系数和所述电子碰撞反应系数，得到修正后的电子碰撞反应速率。

33、在上述实施例的基础上，本发明又一实施例提供了一种电子设备，所述设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的电子碰撞反应速率的修正方法。

34、在上述实施例的基础上，本发明又一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的电子碰撞反应速率的修正方法。

35、相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

36、本发明提供了一种电子碰撞反应速率的修正方法，根据六维相空间中电子分布对应的玻尔兹曼方程，计算得到六维相空间中的电子能量分布，继而根据所述电子能量分布，计算得到电子碰撞反应系数；其中，所述电子碰撞反应系数包括：电离反应系数和吸附反应系数；根据预设的泊松方程与粒子输运方程，计算得到六维相空间中的电场分布和电子密度；根据所述电场分布和电子密度，得到对应的电子能量输运方程，根据所述电子能量输运方程，得到非弹性碰撞过程中的电子能量损失平衡，进而得到电子碰撞反应速率的修正系数根据电子碰撞反应速率的修正系数和所述电子碰撞反应系数，得到修正后的电子碰撞反应速率。

37、本发明通过泊松方程与粒子输运方程求得六维相空间中的电场分布和电子密度，然后对电子能量输运方程分析进行，得到了针对介质表面附近电子碰撞反应速率的修正系数，继而可以得到修正后的电子碰撞反应速率。根据修正后的电子碰撞反应速率，还可以进一步得到了修正后的正确的流注放电过程的数值计算模型，为进一步分析弧后重击穿过程提供了重要技术支持。

技术特征：

1.一种电子碰撞反应速率的修正方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的电子碰撞反应速率的修正方法，其特征在于，所述六维相空间中电子分布对应的玻尔兹曼方程为：

3.如权利要求2所述的电子碰撞反应速率的修正方法，其特征在于，所述电子碰撞反应系数为：

4.如权利要求3所述的电子碰撞反应速率的修正方法，其特征在于，所述粒子输运方程为：

5.如权利要求4所述的电子碰撞反应速率的修正方法，其特征在于，所述电子能量输运方程为：

6.如权利要求5所述的电子碰撞反应速率的修正方法，其特征在于，所述非弹性碰撞过程中的电子能量损失平衡为：

7.如权利要求6所述的电子碰撞反应速率的修正方法，其特征在于，所述电子碰撞反应速率的修正系数为：

8.一种电子碰撞反应速率的修正装置，其特征在于，包括：电子碰撞反应系数计算模块、电场分布和电子密度计算模块、修正系数计算模块以及电子碰撞反应速率修正模块；

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的电子碰撞反应速率的修正方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的电子碰撞反应速率的修正方法。

技术总结本发明公开了一种电子碰撞反应速率的修正方法、装置、设备及介质，所述方法包括：根据六维相空间中电子分布对应的玻尔兹曼方程，计算得到六维相空间中的电子能量分布，继而根据所述电子能量分布，计算得到电子碰撞反应系数；根据预设的泊松方程与粒子输运方程，计算得到六维相空间中的电场分布和电子密度；根据所述电场分布和电子密度，得到对应的电子能量输运方程，根据所述电子能量输运方程，得到非弹性碰撞过程中的电子能量损失平衡，进而得到电子碰撞反应速率的修正系数；根据电子碰撞反应速率的修正系数和所述电子碰撞反应系数，得到修正后的电子碰撞反应速率。通过本发明可以对电子碰撞反应速率进行修正。技术研发人员：唐念,孙东伟,李智,李兴文,张博雅,周鑫淼受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/17