考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法及系统

1.本发明属于空间电荷密度预测领域，尤其涉及一种考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.气体中空间电荷的存在会影响输电线路的电晕放电特性和线路周围离子流场分布，直接关系着超/特高压输电线路的工程设计和电磁环境评估。目前，数值计算方法是研究气体中空间电荷分布广泛采用的手段，但算法中多种假设的设置会导致空间电荷分布的计算结果与其实际分布情况存在差异，在复杂环境影响因素下表现的更为突出；现有技术利用探空气球和电场仪测量雷暴发生时大气中的空间电荷密度，但电场仪的引入本身也会改变原有电荷密度的分布；现有技术提供了一种气体中空间电荷密度试验平台的搭建，但是并未得到空间电荷密度的实际分布结果。发明人发现，气体空间电荷测量精度受测量系统硬件和数据分析方法的制约，近些年研究进展缓慢，是国内外公认的难题。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法及系统，其能够准确地预测电晕笼内空间电荷密度。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.本发明的第一个方面提供一种考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法。
7.一种考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法，其包括：
8.获取导线施加电压、导线半径以及环境参数，所述环境参数包括气体温度、气体相对湿度和气体气压参数；
9.基于导线施加电压、导线半径、环境参数以及空间电荷密度预测模型，预测出电晕笼内空间电荷密度；
10.其中，空间电荷密度预测模型为：
11.y
c
＝
‑
k0+k1t
‑
k2h
‑
k3a+k4v+k5r
12.其中y
c
代表空间电荷密度，t表示气体温度，a表示气体气压，h为气体相对湿度，v为导线施加电压大小，r表示导线半径，k0、k1、k2、k3、k4和k5均为常系数。
13.本发明的第二个方面提供一种考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测系统。
14.一种考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测系统，其包括：
15.参数获取模块，其用于获取导线施加电压、导线半径以及环境参数，所述环境参数包括气体温度、气体相对湿度和气体气压参数；
16.空间电荷密度预测模块，其用于基于导线施加电压、导线半径、环境参数以及空间电荷密度预测模型，预测出电晕笼内空间电荷密度；
17.其中，空间电荷密度预测模型为：
18.y
c
＝
‑
k0+k1t
‑
k2h
‑
k3a+k4v+k5r
19.其中y
c
代表空间电荷密度，t表示气体温度，a表示气体气压，h为气体相对湿度，v为导线施加电压大小，r表示导线半径，k0、k1、k2、k3、k4和k5均为常系数。
20.本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
21.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法中的步骤。
22.本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
23.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法中的步骤。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明基于多因素影响下气体空间电荷密度定量分布结果，构建考虑环境因素修正下的空间电荷密度预测模型，基于导线施加电压、导线半径、环境参数以及空间电荷密度预测模型，提高了电晕笼内空间电荷密度的预测准确性。
26.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
27.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
28.图1是本发明实施例的考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法流程图；
29.图2是本发明实施例的空间电荷密度预测方法预测值和实际测量值的对比图；
30.图3是本发明实施例的考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测系统结构示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
32.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
33.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
34.实施例一
35.如图1所示，本实施例提供了一种考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法，其具体包括如下步骤：
36.步骤1：获取导线施加电压、导线半径以及环境参数，所述环境参数包括气体温度、气体相对湿度和气体气压参数；
37.步骤2：基于导线施加电压、导线半径、环境参数以及空间电荷密度预测模型，预测出电晕笼内空间电荷密度；
38.其中，空间电荷密度预测模型为：
39.y
c
＝
‑
k0+k1t
‑
k2h
‑
k3a+k4v+k5r
40.其中y
c
代表空间电荷密度，t表示气体温度，a表示气体气压，h为气体相对湿度，v为导线施加电压大小，r表示导线半径，k0、k1、k2、k3、k4和k5均为常系数。
41.在具体实施中，所述空间电荷密度预测模型根据多元线性回归方法得到。
42.在实验室内搭建以空间电荷产生系统、信号接收系统和声发射系统为载体的试探平台，利用声波激励电晕笼内空间电荷使其发生振动，振动的空间电荷产生变化的电场信号，利用电场天线接收声激发电场信号并反演计算得到空间电荷密度分布。
43.为综合分析施加电压大小，导线尺寸、温度、相对湿度和气压等因素对空间电荷密度分布的影响，本章将空间电荷测量装置移至人工气候室内，通过人工气候室和自制气压室调节环境因来研究电荷密度分布特性的改变。试验前对导线样品进行预处理，样品预处理目的是在空间电荷密度分布测量实验开始前对导线表面进行清洁和光滑处理，使导线表面粗糙程度尽可能保持一致，避免导线表面的粗糙程度对空间电荷测量实验产生影响。
44.实验中环境温度及相对湿度的调整主要在人工气候室内进行。将空间电荷产生系统(电晕笼部分)和信号接收系统(低频电场天线)放置在人工气候室内，通过改变气候室内的温度及相对湿度可以对空间电荷的分布特性产生直接影响，并能够由电场天线接收其变化的电场信号。由于声激励系统由一系列电路板组成，直接置于高湿度环境中可能会造成其损坏，因此将声激励系统放置在人工气候室外部环境中，由细导线将超声换能器和声激励系统相连。
45.当调节实验环境下的气压时，由于细导线的连接使得人工气候室难以维持内部气压的稳定，因此通过有机玻璃箱和真空泵对气压进行调节。与人工气候室类似，将电晕笼及超声换能器置于圆筒形有机玻璃箱内，通过密封胶将细导线与有机玻璃筒的接合处密封。长度为1.5m，宽度为0.5m的有机玻璃腔体具有足够容量可以容纳空间电荷测量系统。此外，真空泵的极限压力为0.06mpa，转速为1400rpm。在真空泵的调节下，气压可以从0.1mpa调整到0.06mpa。空气压力传感器置于测量装置内，分布在腔体的不同位置，可以监测腔体内的压力，并将检测到的数据传输到数字仪表上，监测传感器的读数公差小于
±
2％。施加电压则选取
‑
31kv～
‑
46kv的电压范围，导线半径则分别选取半径1.0mm、1.5mm和2.0mm的三种导线为实验样品。
46.获取不同因素影响下的空间电荷密度分布后，研究发现施加电压、导线尺寸、温度、相对湿度和气压都会对空间电荷密度分布产生独立的影响，并且在给定的施加电压、导线尺寸、温度、相对湿度和气压与空间电荷密度呈现一定的线性相关关系。因此选择多元线性回归方法分析上述因素对空间电荷密度分布的综合影响。
47.选择11种施加电压、3种导线半径、5组气体温度、6组气体相对湿度和5组气体气压
的28组空间电荷实验数据进行空间电荷密度分布模型的建立和验证。从28组样品中选取20组数据用于模型建立，剩余8组数据用于后期对预测模型的实验验证。以空间电荷密度为因变量，施加电压、导线半径、气体温度、气体相对湿度和气体气压为自变量，建立多元线性回归模型。空间电荷密度预测模型如下：
48.y
c
＝
‑
1.881+0.009t
‑
0.002h
‑
0.819a+0.046v+1.134r。
49.其中y
c
代表空间电荷密度(
×
10
‑4c/m3)，t表示温度(℃)，a表示环境气压(mpa)，h为相对湿度(％)，v为施加电压大小(kv)，r表示导线半径(mm)。
50.对预测模型进行统计检验，发现拟合优度等于0.95、显著性水平小于0.01、残差符合正态分布。另外利用8组实验数据对环境条件随机设置的预测模型的计算结果进行对比，如图2所示，结果表明计算值和实验室吻合程度较高，从而能够验证本发明提出的预测模型的准确性。
51.实施例二
52.如图3所示，本实施例提供了一种考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测系统，其具体包括如下模块：
53.参数获取模块，其用于获取导线施加电压、导线半径以及环境参数，所述环境参数包括气体温度、气体相对湿度和气体气压参数；
54.空间电荷密度预测模块，其用于基于导线施加电压、导线半径、环境参数以及空间电荷密度预测模型，预测出电晕笼内空间电荷密度；
55.其中，空间电荷密度预测模型为：
56.y
c
＝
‑
k0+k1t
‑
k2h
‑
k3a+k4v+k5r
57.其中y
c
代表空间电荷密度，t表示气体温度，a表示气体气压，h为气体相对湿度，v为导线施加电压大小，r表示导线半径，k0、k1、k2、k3、k4和k5均为常系数。
58.此处需要说明的是，本实施例的各个模块与实施例一中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
59.实施例三
60.本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法中的步骤。
61.实施例四
62.本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的考虑环境因素修正电晕笼内空间电荷密度预测方法中的步骤。
63.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
64.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
65.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
66.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
67.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流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read
‑
only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
68.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。