一种高压交直流线路并行的无线电干扰计算及优化方法与流程

本发明属于输电线路无线电干扰环境评价技术领域，尤其涉及一种高压交直流线路并行的无线电干扰计算及优化方法。

背景技术：

随着我国超高压和特高压输电线路的不断建设，电力系统全国联网、南北互通、西电东送等工程的实施，我国电网交直流并行的输送格局已基本形成。而电网的发展，使得输电走廊尤其是在经济发达地区日趋紧缺，交直流线路并行架设已不可避免。而随着交直流并行线路的出现，交直流混合无线电干扰引起了越来越多的关注。

国内外学者及研究机构发现，对于高压交直流并行线路的中，无线电干扰较交流线路和直流线路单独运行时有所不同，在交直流并行时，其各个导线的电晕放电有一定的改变，这影响这无线电干扰的产生，而并行间距之间的无线电干扰叠加明显，所以显示出不同于单独运行时的情况，这导致交直流并行时混合无线电干扰预测困难。目前对无线电干扰的研究主要还是对交流线路和直流线路的无线电分别进行研究，对于无线电干扰预测的研究主要是通过总结电晕笼实验的数据得到经验公式。美国电力科学研究院(EPRI)、国际无线电干扰委员会(CISPR)、魁北克水电研究院(IREQ)、国际大电网(CIGRE)等也相继提出了自己的激发函数公式。激发函数法也是利用电晕笼实验得到激发函数，通过电晕电流的计算，分析其传播过程，最后得到电晕电流造成的无线电干扰的场强。激发函数法适用于四分裂及以上的输电线路。直流线路的无线电干扰研究还很少，主要还是基于实验得出的经验公式法。

通过前面所述，发明人发现，国内外的研究虽然已有能计算交直流混合无线电干扰的方法，主要还是分别计算，在计算过程忽略了交流线路和直流线路之间的影响，然后再叠加，这使得交直流并行线路无线电干扰的计算精度有所欠缺，需要在这些方面进行提高。

而随着我国对输电线路的需求增加，对高压交直流并行线路的混合无线电干扰研究也需要进一步的提高。此时，对高压交流线路和直流线路并行的混合无线电干扰计算研究就十分必要。

技术实现要素：

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种降低高压交直流并行线路的无线电干扰的高压交直流线路并行的混合无线电干扰计算及优化方法。本发明的技术方案如下：

一种高压交直流线路并行的无线电干扰计算及优化方法，其包括以下步骤：

a、根据现有实际高压交直流并行输电线路的相关信息，包括交流线路电压等级、回路数、直流电路电压等级及线路结构，建立二维的混合无线电干扰计算模型；

b、针对步骤a所建立的混合无线电干扰计算模型，输入交流线路和直流线路的电压等级，线路高度，并行间距，分裂导线数，分裂导线半径等模型参数，考虑交流线路和直流线路相互之间影响下，采用经验公式法计算交流导线分裂数小于4时的直流影响下的无线电干扰与激发函数法计算分裂数大于4时直流影响下的交流线路的无线电干扰，并用经验公式法计算直流线路的无线电干扰。并进行几何叠加得到输电线路的混合无线电干扰值，与此同时，对不同线路高度及并行距离的混合无线电干扰计算；

c、在步骤b的计算过程，对比分析不同高压交直流线路的高度，间隔距离，的混合无线电干扰大小，从而获得降低高压交直流并行输电线路的无线电干扰强度的优化方法，达到优化高压交直流并行线路电磁环境的目的，为目前的输电线路的改建提供参考。

进一步的，所述步骤a)实际高压交直流并行输电线路的相关信息具体为：交流输电线路电压等级、直流输电线路电压等级、导线分裂间距、导线分裂数、子导线半径、相序排列、距地的线路高度以及交直流线路并行间距。

进一步的，所述步骤b)经验公式及激发函数如下：

1)当交流导线的分裂数小于等于4时，利用经验公式法计算

采用的是国际无线电干扰特别委员会推荐公式

式中E表示无线电干扰场强，dB(μV/m)；r—导线半径，cm；D—观测点距某一相输电线的距离，m；gmax—导线表面最大电位梯度，kV/cm，该式计算的是好天气下50％时间概率的无线电干扰值，对于双80％//80％值可由该值增加6～10dB(uV/m)；

2)当交流导线分裂数大于4时，利用激发函数法进行计算

美国电力研究院提出的大雨状况下的激发函数具体为：

Γ＝70-585/gmax+35lgd-10lgn

式中，gmax为导线表面的最大电位梯度有效值，kV/cm；d为子导线直径，cm；n表示分裂导线数；

3)直流无线电干扰计算公式

双极直流输电线路中计算无线电干扰值的公式：

Edc为所计算的无线电干扰值，dB，gmax为导线表面的最大电位梯度kV/cm；r为子导线半径，cm；n为分裂导线根数；D为计算点距正导线的距离，m；ΔEw为气象修正项，以海拔500m为基准，每1000m增加3.3dB；ΔEf为干扰频率修正项，ΔEf＝5(1-2(lg(10f))²)；f为所需计算的频率，MHz。

进一步的，所述步骤b)中输电线路的混合无线电干扰值的计算具体包括以下步骤：

1)首先将交流线路与直流线路在同一个系统中，利用模拟电荷法计算各个导线的表面场强；

2)确定交流导线的分裂数，如果交流导线数小于等于4，则利用交流经验公式进行计算，如果分裂数大于4，则利用激发函数法进行计算，得到交流侧的无线电干扰值，同时根据标准修正为晴天下的无线电干扰值；

3)直流侧利用直流无线电干扰经验公式进行计算，得到晴天下的无线电干扰值；

4)将线路下方同一个点处的交流无线电干扰值和直流无线电干扰值进行几何叠加，得到晴天时混合无线电干扰值。

进一步的，获取符合混合无线电干扰环境评价标准时的线路高度及并行间距具体为：筛选出最小的混合无线电干扰强度时，与其对应的交直流线路高度及并行间距。

进一步的，所述线路高度需要在相关线路建设标准区间内变化，并行距离在60m-120m之间寻找。

进一步的，所述采用几何叠加的方式具体包括：

将交流线路和直流线路产生的同频率干扰按平方和相加得到总的干扰电平：

以上公式的电场单位为μV/m，如果单位是dB(μV/m)可以用下式合成：

式中，E为混合无线电干扰场强，Eac为考虑直流影响的交流线路无线电干扰场强，Edc为考虑叫支路影响的直流线路无线电干扰场强。

一种基于所述方法的高压交流线路和直流线路并行的混合无线电干扰计算及优化方法系统，所述系统包括：

计算模型构建单元，用于高压交直流并行线路的相关信息，并根据所述确定的相关信息构建计算模型；

线路高度及并行间距筛选单元，对于输电线路的不同线路高度以及并行间距，利用无线电干扰的经验公式或激发函数法进行计算，并叠加，得到不同线路高度及并行间距对应的混合无线电干扰，并在所述得到的不同线路高度及并行间距对应的混合无线电干扰中，筛选出满足一定条件的混合无线电干扰强度及其对应的线路高度及并行间距；

线路高度及并行间距修订单元，用于获取符合混合无线电干扰环境评价标准时的线路高度及并行间距，为目前的输电线路的改建提供参考。

本发明的优点及有益效果如下：

在本发明实施例中，由于针对每一类线路高度及并行间距采用上述方案运算，筛选出满足一定条件的混合无线电干扰及其对应的各个线路高度及并行间距，从而降低高压交直流并行线路的无线电干扰，达到优化交直流并行线路混合无线电干扰场强的目的。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例提供的一种高压交直流线路并行的无线电干扰计算及优化方法的整体实施过程图；

图2为本发明实施例提供的一种高压交直流线路并行的无线电干扰计算及优化方法计算流程图；

图3为本发明实施例提供的一种高压交直流线路并行的无线电干扰计算及优化方法测点与导线位置示意图；

图4为本发明实施例提供的一种高压交直流线路并行的无线电干扰计算及优化方法中电晕电流传播分布式电路示意图

图5为本发明实施例提供的一种高压交直流线路并行的无线电干扰计算及优化方法的计算系统图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

如图1所示，为一种高压交直流线路并行的无线电干扰计算及优化方法的整体实施过程图：

步骤1、确定高压交直流并行输电线路的相关信息，并根据相关信息构建二维混合无线电干扰计算模型。

具体过程为，确定高压交直流并行输电线路的相关信息，包括交流输电线路电压等级、直流输电线路电压等级、导线分裂间距、导线分裂数、子导线半径，相序排列、距地的线路高度以及交直流线路并行间距。

步骤2、针对相应的高压交直流输电电路的电压等级，交流线路与直流线路间隔距离，采用无网格法对计算模型进行求解运算，得到高压交直流并行时的混合无线电干扰场强，并改变线路高度及并行间距。上述方法进行计算。

具体过程为，所述的无线电干扰计算分为在同一个系统中计算相互影响下的导线表面最大电位梯度，再分别利用交流线路及直流线路的计算公式进行计算，再叠加。所述的改变线路高度及并行间距，线路高度需要在相关线路建设标准区间内变化，并行距离需在60m-120m之间寻找。

步骤3、获取符合混合电场环境评价标准时的线路高度及并行间距，为目前的输电线路的改建提供参考。

具体过程为，所述的获取符合混合无线电干扰环境评价标准时的线路高度及并行间距为：筛选出最小的混合无线电干扰强度及其对应的交直流线路高度及并行间距。

在本发明实施例中，本发明的主要计算具体如下：

I交直流并行线路的表面最大电位梯度计算

输电线路导线表面电场强度是线路发生电晕放电现象的决定性因素。所以输电线路导线表面电场强度和起晕场强的计算是计算线路无线电干扰之前的必要的计算。

利用模拟电荷法计算在同一个系统中研究交直流并行线路的表面最大电位梯度，具体计算步骤如下所示：

a)输入线路数据，包括输电线路电压等级，导线分裂半径，导线分裂数，子导线半径，各个导线的位置坐标。计算各个导线的等效半径，

其中Ri为第i根导线的等效半径，m，R为分裂导线半径，m，n为分裂数，r为次导线半径，m。

b)通过电位系数法计算各个导线上的电荷Q

式中，Pii为自电位系数，，Pij为第j根导线模拟电荷在第i根导线匹配点上产生的电位值时称为电位系数。电位系数通过计算，其中hi为第i根导线对地高度，Ri为导线等效半径，Lij为第i根导线到第j根导线的距离，L'ij为第i根导线到第j根镜像导线的距离。Qn为第n根导线的模拟电荷量，为第n根导线的电位。ε0为真空介电常数。

c)计算导线表面最大电场强度

其中gmax为导线表面最大电场强度,kV/cm，Q为该导线的模拟电荷，ε0为真空介电常数，r为次导线半径，cm，N为导线分裂数，R为导线等效半径，cm。II考虑直流影响的交流线路的无线电干扰计算

通过I中交直流并行线路的表面最大电位梯度的计算，得到同一个系统中交流线路和直流线路的导线的表面最大电位梯度。

对于输电线路无线电干扰的计算方法，当导线的分裂数发生变化时，其无线电干扰值的计算方法会有不同，主要有两种：经验公式法与激发函数法。经验公式是在导线分裂数为1～4，运行电压为200～750kV，导线表面场强为12～20kV/cm时，根据测量结果导出的。一般只适合于计算导线分裂数不大于4的高压输电线路的无线电干扰。而当分裂导线数大于4时，通常采用激发函数法计算。

对于交流导线产生的无线电干扰，计算流程如下：

a)当交流导线的分裂数小于等于4时，利用经验公式法计算

计算单回交流架空线路三相导线的每相在某一点产生的0.5MHz无线电干扰的场强，我国电力行业标准采用的是国际无线电干扰特别委员会(CISPR)推荐公式

式中E表示无线电干扰场强，dB(μV/m)；r—导线半径，cm；D—观测点距某一相输电线的距离，m；gmax—导线表面最大电位梯度，kV/cm。该式计算的是好天气下50％时间概率的无线电干扰值，对于双80％//80％值可由该值增加6～10dB(uV/m)。

b)当导线分裂数大于4时，利用激发函数法进行计算

激发函数法是通过大雨条件下电晕笼试验得到激发函数，而确定导线中的电晕脉冲电流，再根据电流计算干扰场强水平。激发函数法适用于单回、多回、任意分裂数的交流架空线路，是一种较理想的无线电干扰计算方法。

美国电力研究院(EPRI)提出的大雨状况下的激发函数是比较合适的激发函数，具体为：

Γ＝70-585/gmax+35lgd-10lgn\*MERGEFORMAT(5)

式中，gmax为导线表面的最大电位梯度有效值，kV/cm；d为子导线直径，cm；n表示分裂导线数。国家标准同时规定，根据大雨下的Γ值，可以得到小雨和好天气的激发函数，具体关系为：

Γ小雨＝Γ大雨+δ0+δc\*MERGEFORMAT(6)

Γ好天气＝Γ大雨-17\*MERGEFORMAT(7)

式中δ0和δc为计算小雨条件下激发函数时的修正值，可以由标准中修正曲线确定。

导线发生电晕时，自身会流过电晕电流，其他相导线上也会感应出电流，三相线路上的电晕电流可用激发函数求得，如式(1)

式中：I为输电线路电流矩阵，非对角线元素反映了相间电流耦合作用；C为输电线路单位长度电容矩阵，ε0为真空介电常数；Γ为输电线路激发函数矩阵。

1根架空导线可以用单位长度串联分布阻抗Z和单位长度并联分布导纳Y来代表。对于如图4所示的电流微元，有以下关系(v,i,x,分别为沿线电压，电流，线路长度)：

由式、可得二阶微分方程：

式为电流沿线路传播的特性方程。

对于三相线路，可以直接把式中的i换成三相电流向量，Y、Z换成对应的矩阵，结果仍然成立。给式两边同时乘以1个相模转换矩阵使原微分方程组变为3个独立的微分方程，问题就可以很容易解决。

若入λ²为由矩阵YZ的特征值生成的对角阵，S为对应的的特征向量矩阵，则有λ²＝S^-1YZS，记i^(m)＝S^-1i，得(7)式两边同乘以S^-1，得

将由式计算得到的电流代人i0^(m)＝S^-1i，结合边界条件，解式可得

对式的解做相模反变换，可得电晕电流传播公式为：

i＝Si^(m)\*MERGEFORMAT(14)

计算得到线路上传播的电晕电流后，下一步要计算干扰场强。如前所述，无线电干扰主要是输电线路上流过高频电晕电流时在周围空间形成的电磁场。高度为方的载流导体在高度为h1，水平坐标为y的测点(如图3所示)处产生的磁场强度H与电流i满足

电场强度与磁场强度满足

式中：ε0为真空介电常数；μ0为空气的磁导率。

所以第i相导线电晕电流微元引起的无线电干扰强度为：

式中：iji(x)为i相导线产生的电晕电流；zj、yi分别为第j相导线的高度和水平坐标；

假设整条导线均匀电晕，则测点处的无线电干扰场强按式(18)积分：

利用以上模型可以计算各相导线电晕时的无线电干扰水平，按国家标准进行合成，即可得到交流线路产生的总无线电干扰。

III考虑交流影响的直流线路的无线电干扰计算

在步骤1中计算得出考虑交流影响下直流线路表面的最大电位梯度。

利用CISPR的推荐公式进行计算。

CISPR于1982年推导出了双极直流输电线路中计算无线电干扰值的公式：

Edc为所计算的直流无线电干扰值，dB。gmax为导线表面的最大电位梯度kV/cm；r为子导线半径，cm；n为分裂导线根数；D为计算点距正导线的距离，m；ΔEw为气象修正项，以海拔500m为基准，每1000m增加3.3dB；ΔEf为干扰频率修正项，ΔEf＝5(1-2(lg(10f))²)；f为所需计算的频率，MHz。

IV混合无线电干扰的计算

叠加交直流线路的无线电干扰。

分别计算出交直流线路的无线电干扰后，按如下方法合成。合成原则是尽量保证合成后的干扰值与使用CISPR标准干扰测量仪的测量值相同，即应当考虑峰值检波器的特性。因此，这里采用了几何叠加的方式进行。

这种方法可以认为是交直流线路产生的无线电干扰是随机的，两者关系系数为零，将交流线路和直流线路产生的同频率干扰按平方和相加得到总的干扰电平：

以上公式的电场单位为μV/m。如果单位是dB(μV/m)可以用下式合成：

式中，E为混合无线电干扰场强，Eac为考虑直流影响的交流线路无线电干扰场强，Edc为考虑叫支路影响的直流线路无线电干扰场强。

步骤3、获取符合混合电场环境评价标准时的线路高度及并行间距，为目前的输电线路的改建提供参考。

具体过程为，对步骤2中改变线路高度及并行间距反复应用计算方法计算混合无线电干扰，筛选的得到较小的混合无线电干扰所对应的线路高度和线路并行间距，以达到输电线路的改建提供参考的目的。

如图4所示，为本发明实施例中，提供的一种高压交直流线路并行的无线电干扰计算及优化方法系统，所述系统包括：

计算模型构建单元210，用于高压交直流并行线路的相关信息，并根据所述确定的相关信息构建计算模型；

线路高度及并行间距筛选单元220，对于输电线路的不同线路高度以及并行间距，利用无线电干扰的经验公式或激发函数法进行计算，并叠加，得到不同线路高度及并行间距对应的混合无线电干扰，并在所述得到的不同线路高度及并行间距对应的混合无线电干扰中，筛选出满足一定条件的混合无线电干扰强度及其对应的线路高度及并行间距；

线路高度及并行间距修订单元230，用于获取符合混合无线电干扰环境评价标准时的线路高度及并行间距，为目前的输电线路的改建提供参考。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。