一种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力领域中由输电线路电晕引起的无线电干扰预测方法，具体涉及一 种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国的直流输电技术发展迅速，电压等级已涵盖±400kV、±500kV、土 660kV和±800kV，未来还将建设±1100kV直流线路。特高压直流试验线段是研究直流线路 电磁环境的重要试验设施。在试验研究方面，短距离试验线路除了具有良好的经济性之外， 往往能得到比长距离试验线路更多有效的数据，原因是长距离试验线路不同位置处的天 气、地形、导线弧垂、周围环境等可能会有较大变化，这些因素均会对导线表面的电晕放电 产生影响，而电磁环境测试数据难以说明各个因素的影响程度。
[0003] 试验线段的线型、结构、电压等级都尽量与实际线路保持一致，主要差别为线路长 度和终端负载，这将导致试验线段和实际线路上的无线电干扰存在较大差异。试验线段上 的无线电干扰频谱曲线振荡明显，而实际线路上的无线电干扰频谱曲线比较平滑。试验线 段曲线的振荡主要由有限长线路端部负载的反射引起。由电晕放电产生的多个电晕电流注 入线路的时间是随机的，端部反射对线路电晕电流的影响程度与频率、线路长度、端部连接 的负载特性以及线路参数密切相关，在不同长度、不同端部负载的试验线段上测量的无线 电干扰数据也无法直接比较。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种实际特高压直流线路无线电干扰 的获取方法，本发明有效减少外界干扰对结果的影响，使频谱测试曲线的极小值包络线和 实际测试曲线极小值实现很好的吻合效果。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0006] -种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法，所述方法包括如下步骤：
[0007] (1)根据高压直流试验线段上产生无线电干扰的导线数量，测量得到多个位置处 的无线电干扰频谱测试曲线；
[0008] (2)假定导线的无线电干扰产生量在各个频率上为恒定的数值，计算得出直流试 验线段和无限长线路的无线电干扰频谱曲线，确定试验线段频谱曲线的极小值包络线与无 限长实际线路无线电干扰频谱曲线的差值矩阵曲线；
[0009] (3)在所述无线电干扰频谱测试曲线上选取极小值进行曲线拟合，得到频谱测试 曲线的极小值包络线，并与所述差值矩阵曲线进行计算，得到与试验线段试验相同激发函 数的实际线路无线电干扰频谱曲线。
[0010]优选的，所述步骤(1)中，所述无线电干扰频谱测试曲线的测试位置的数量大于等 于有效产生无线电干扰的导线数量，并且位于地面上与试验线段垂直的一条直线上。
[0011]优选的，所述步骤(2)包括如下步骤：
[0012] 步骤2-1、考虑单个电晕源在有限长试验线段上的传播和在端部阻抗上的反射，计 算单个电晕源产生的无线电干扰；
[0013] 步骤2-2、考虑多个均匀分布的随机电晕源的共同作用效果，假定各导线无线电干 扰产生量在各个频率上为恒定的数值，计算试验线段和无限长线路的无线电干扰频谱曲 线；
[0014] 步骤2-3、假定任意固定的无线电干扰激发函数，分别计算试验线段和无限长线路 的无线电干扰电场，将试验线段频谱计算曲线的极小值或部分极小值进行拟合得出包络 线，与无限长线路的无线电干扰频谱计算曲线对比确定差值矩阵曲线。
[0015] 优选的，所述步骤2-1包括如下步骤：
[0016] 步骤2-1-1、假定一个由地面上方η根导线组成的线路，如定义线路走向为X轴，垂 直于线路的水平方向为y轴，垂直于地面的方向为ζ轴，单个电晕电流Ιο从 Χ1Α注入时线路端 部的电压向量表达式为
[0017]
[0018]式中，PdPPA线路两端的反射系数矩阵，U为ηΧη阶单位矩阵，Γ'是多导线输电 线路的传输矩阵，L为线路长度，Zc为线路的特征阻抗矩阵，C为线路单位长度电容，ε〇为真空 电容率， X1s注入点位置；
[0019] 步骤2-1-2、计算多导线输电线上任意点处的电流向量表达式为：
[0020]
[0021]
[0022]将式（1)带入(2)、（3)，电流向量简记为
[0023] I(x) =G(xi,χ)Ιο χι<χ (4)
[0024] I(x) =G7 (xi,x)Io xi>x (5)
[0025] 地面上方固定高度zo、垂直于导线的一条直线上，n个点的坐标记为(x，yi,zo)，各 个点的无线电干扰电场向量为
[0026] L. υ \ X -
/ V ι
[0027] 其中，Ζο? 377Ω，Κ中元素的表达式为
[0028]
[0029 ]其中，hj是导线j到地面的距离，yQj是导线j中心点的y坐标，j = 1，2，…，η，ρ为磁场 穿透深度，ρ=-?μ.'、.?.，Ρο为大地电阻率，μ〇为真空磁导率，f为频率；
[0030] [Ex(x，yi)]n表达式简记为
[0031] [Ex(x,yi)]n = Q(xi,x)Io χι<χ (7)
[0032] [Ex(x,yi)]n = Q/(χι,χ)Ιο xi>x (8)
[0033] 优选的，所述步骤2-2包括如下步骤：
[0034] 步骤2-2-1、当线路上均匀注入电晕源时，无线电干扰电场为
[0035]
[0036] 其中，qij是矩阵Q(X1，Xl)中的第j个元素，q、是矩阵中的第j个元素 ，i = 1，2，一η，Γ ,为导线i的无线电干扰激发函数，单位为A/m1/2;
[0037] 步骤2-2-2、当多导线输电线路趋于无限长时，设L尽量大，由式(9)计算得到线路 中点的无线电干扰电场；
[0038] 步骤2-2-3、由式(9)计算得出无线电干扰电场[旧\(^71)|]11>< 1后，将其每个数值 转换为分贝值，BP
[0039]
)
[0040] 式中，Ev/m是以V/m为单位的电场数值，EdB, uv/m是以μν/m为基准的电场分贝值。
[0041 ]优选的，所述步骤2-3包括如下步骤：
[0042] 步骤2-3-1、根据式(9)，试验线段和无限长线路中点的无线电干扰电场分别简记 为
[0043]
[0044]
[0045] 式中，上标" S"和"L"分别对应试验线段和无限长线路，
和
分别代表试验线段和无限长线路的无线电干扰电场向量，Fs和F1分别代表试 -?χ? 验线段和无限长线路对应的式(9)等式右端矩Ρ
[0046] 将试验线段各个频谱计算曲线的极小值或部分极小值进行拟合得出包络线，即对 式(11)中的各个系数拟合出极小值包络线，形式为
[0047](13) 1-
[0048] 式中，￡^inU)为的极小值包络线取值，户，_为矩阵户的极小值包络线取 值矩阵；
[0049] 步骤2-3-2、由式（11)和（13)得出，试验线段无线电干扰电场极小值包络线和无限 长线路无线电干扰电场的关系，如下
[0050]
(14)
[00511对于单根导线的情况，将上式由式（10)转换成dB值，变为一个数值，表 示试验线段无线电干扰电场极小值包络线和无限长线路无线电干扰电场之间的差值； [0052]对于多根导线的情况，将系数矩阵?^^Γ1称为差值矩阵，对于每个频率点计算 该矩阵，构成一组差值矩阵的频率曲线，称为差值矩阵曲线。
[0053]优选的，所述步骤(3)包括如下步骤：
[0054]步骤3-1、所述无线电干扰频谱测试曲线上选出所有极小值或极小值中的一部分 进行曲线拟合，得到频谱测试曲线的极小值包络线，拟合曲线采用形式 [0055] Emin = a+b( IglOf )2 (15)
[005?] 其中f为频率，单位MHz，a和b为待定系数，上标"T"表示测试值；
[0057] 步骤3-2、将得到的η条测试曲线包络线在每个频率点上的取值记为 与得到的相同频率上的差值矩阵护(Fs，min广1相乘，得到实际线路在该频 1_
_Ι?Λ：1 率上的无线电干扰电场，即
[0058]
(16)
[0059] 在每个频率上进行上述运算，可得到实际线路的无线电干扰电场频谱曲线。
[0060] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0061] 本发明推导出长、短线无线电干扰频谱曲线的理论值，避免了目前采用极大值极 小值包络线的几何平均值估计无限长线路频谱曲线的原理性误差;提出将频谱计算曲线和 频谱测试曲线的极小值包络线作为基准，可有效减少外界干扰对结果的影响;采用E min = a+ b(lglOf)2形式拟合频谱测试曲线的极小值包络线，和实际测试曲线极小值实现很好的吻 合效果。
【附图说明】
[0062] 图1是本发明提供的一种直流试验线段无线电干扰转换为无限长线路无线电干扰 的方法流程图，
[0063]图2是本发明提供的试验线段无线电干扰频谱测试曲线图，
[0064]图3是本发明提供的试验线段和无限长线路正极导线正下方的无线电干扰频谱曲 线图，
[0065] 图4是本发明提供的通过试验线段频谱计算曲线和测试曲线对比选择极小值的曲 线图，
[0066] 图5是本发明提供的试验线段无线电干扰频谱极小值包络线与无限长线路频谱计 算结果的差值曲线图，
[0067] 图6是本发明提供的试验线段无线电干扰频谱曲线极小值的拟合效果曲线图，
[0068] 图7是本发明提供的转换后的实际直流线路的无线电干扰频谱曲线图。
【具体实施方式】
[0069] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0070] 下面以国家电网公司位于北京的直流试验线段的无线电干扰试验结果为例，来说 明本发明的效果。
[0071] 如图1所示，一种直流试验线段无线电干扰转换为无限长线路无线电干扰的方法， 包括如下步骤：
[0072] 1)给出满足要求的试验线段无线电干扰频谱测试曲线
[0073]直流线路的无线电干扰主要由正极导线产生，因此在以下分析中忽略负极导线产 生的无线电干扰，选择在正极导线侧测试。产生无线电干扰的导线数量为1，测试位置的数 量也为1。实际的无线电干扰频谱测试曲线如图2所示。
[0074] 2)计算试验线段无线电干扰频谱曲线极小值包络线与无限长线路频谱曲线的差 值曲线
[0075] (a)首先考虑单个电晕源在有限长试验线段上的传播和在端部阻抗上的反射，计 算单个电晕源产生的无线电干扰。
[0076] 对于一个由地面上方η根导线组成的线路，如定义线路走向为X轴，垂直于线路的 水平方向为y轴，垂直于地面的方向为ζ轴，单个电晕电流I 〇从XI点注入时线路端部的电压向 量表达式为
[00771
⑴
[0078] 其中，PdPPA线路两端的反射系数矩阵，U为ηΧη阶单位矩阵，Γ'是多导线输电 线路的传输矩阵，L为线路长度，Zc为线路的特征阻抗矩阵，C为线路单位长度电容。
[0079] 多导线输电线上任意点处的电流向量表达式为
[0080