一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法

文档序号:10655666阅读:482来源:国知局
一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,首先建立架设屏蔽线时合成电场计算模型;设置合成电场地面敏感点;基于矩量法计算架设屏蔽线地面敏感点的合成电场;然后判断地面敏感点的合成电场是否满足预设限值,如果不满足,则对屏蔽线的位置、根数进行优化调整,直至地面敏感点的合成电场满足预设限值;如果满足,则存储屏蔽线的初始根数及初始位置;循环重复在保证合成电场满足预设限值的条件下对屏蔽线的根数及位置开展进一步优化,最后,提出最优的屏蔽方法。本发明基于Deutecsh假设原理并结合矩量法,可以对特高压直流输电线路地面合成电场进行屏蔽效果分析与优化,可以为相关实际工程提供技术参考。
【专利说明】
-种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法
技术领域
[0001] 本发明设及合成电场领域,特别是一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分 析方法。
【背景技术】
[0002] 我国资源分布不均匀,负荷中屯、与能源基地呈逆向分布。特高压直流输电是一种 适合于大容量、远距离、点对点的输电工程,在我国获得了快速发展。近年来,我国已经建成 有多条特高压直流输电线路,未来还将有更多特高压直流输电线路建成。随着人们环保意 识的不断增强,特高压直流输电线路的电磁环境问题越来越受到人们的关注,尤其是表征 路特高压直流输电线电磁环境重要参数之一的合成电场。
[0003] 针对特高压直流输电线下方合成电场的分布计算,国内外学者均开展了大量的研 究。其中最典型的是基于Deutsch假设的数值计算方法。该方法由于计算相对简单,且能够 满足实际工程的需要,被列入了国家电力行业标准《高压直流架空送电线路技术导则》 (DL436-91)之中。然而,在实际工程中,对于已经运行的特高压直流输电线路的合成电场分 布如果超过相关标准限值的控制措施研究,国内外还未见相关报道。随着今后我国大规模 开展特高压直流输电线路建设,类似问题将有可能的遇到。
[0004] 因此,需要一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法。

【发明内容】

[0005] 有鉴于此,本发明的目的是提供一种特高压直流输电线路地面二维合成电场屏蔽 分析方法,能够将输电线路所经过区域的地面情况均考虑到计算因素中,提高对输电线路 的电磁环境评估的准确性。
[0006] 本发明的目的是通过运样的技术方案实现的:
[0007] 本发明提供的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,包括W下步骤: [000引Sl.建立架设屏蔽线时合成电场计算模型;
[0009] S2.设置合成电场地面敏感点;
[0010] S3.计算架设屏蔽线地面敏感点的合成电场;
[0011] S4.判断地面敏感点的合成电场是否满足预设限值,如果不满足,则对屏蔽线的位 置、根数进行优化调整,直至地面敏感点的合成电场满足预设限值;
[0012] S5.如果满足,则存储屏蔽线的初始根数及初始位置;
[0013] S6.循环重复在保证合成电场满足预设限值的条件下对屏蔽线的根数及位置开展 进一步优化;
[0014] S7.提出最优的屏蔽方法。
[0015] 进一步,所述屏蔽线合成电场计算模型包括确定线路坐标参数,初始化屏蔽线根 数及位置。
[0016] 进一步,所述屏蔽线合成电场计算模型采用基于Deutecsh假设原理并结合矩量法 来计算架设屏蔽线时地面的合成电场,具体步骤如下:
[0017] S31.将输电导线表面和屏蔽线表面离散成分段的线电荷;
[0018] S32.选定导线表面任意一个计算点,利用矩量法所求的标称电场确定从该点出发 截至地面或者屏蔽线表面的电力线;
[0019] S33.设定输电导线表面的电荷密度初值,并求出从输电导线表面起且沿电力线的 空间各点的电荷密度和标量函数;
[0020] S34.更新导线表面电荷密度,直至空间电荷密度平均值满足限定条件;
[0021] S35.根据求得的电荷密度和标量函数计算敏感点处的合成电场。
[0022] 进一步,步骤S32中利用矩量法所求的标称电场确定从计算点出发的电力线,具体 步骤如下:
[0023] S321.依据镜像原理设置相应的镜像电荷并建立二维电场积分数学模型的离散方 程;
[0024] S322.然后选定基函数为分域脉冲函数,按照配点法选权函数并在每个积分域求 内积,形成矩阵方程;
[0025] S323.求解矩阵方程,计算电荷分布;
[0026] S324.计算匹配点误差,如果误差不满足要求,返回步骤S31重新对场源离散并设 置离散线电荷;如果满足要求进行下一步;
[0027] S325.设定步长,利用步骤S323中所求的电荷分布来确定步长终点坐标为:
[002引 x(i+l)=x(i)+st 邱地 x(i)/化 x2 巧 y2)0'5 (1)
[0029] 5Ki+l)=3Ki)+step*Ey(i)AEx2Wy2)〇'5(2)
[0030] 式(1)(2)中,step为所选步长的大小,x(i)、y(i)为步长起点坐标;即地面计算 点,义(1+1)、7(1+1)为步长终点坐标;6^,67为步长起点处^,7二个方向的标称电场;
[0031] S326.将每一步长的终点作为下一步长的起点,重复步骤S325直至步长终点的标 称电位满足边界条件,连接每一步的步长终点,绘制从输电导线表面至步长终点的电力线;
[0032] S327.重新选定导线表面任意一个计算点,重复步骤S325、S326直至所有导线表面 计算点发出电力线绘制完毕。
[0033] 进一步,所述步骤S321中二维电场积分数学模型离散方程的建立按照W下公式进 行:
[0034] (这》
[0035] 其中为F场点矢量,巧输电导线线源矢量,%输电导线表面线源镜像矢量,7飞/屏蔽 线表面线源矢量,屏蔽线表面线源镜矢量,1为线电荷所存在区域,lj为镜像线电荷所在 区域。
[0036] 进一步,所述步骤S322中的基函数按照W下公式进行选择:
[0037] (4)
[00;3 引
[0039] 其中,A表示场源区的总电荷分布;An表示离散位置上待定的电荷分布;Wn表示给定 的已知系数;N表示场源离散的个数;1表示离散电荷所存在区域。
[0040] 进一步,所述步骤S322中权函数按照W下公式进行:
[0041]
[0042]
[00创 (窗)
[0044] 其中,CO j表示离散点k处的权函数;F表示场点矢径;荀表示离散节点的矢径;k表 示离散节点;Q表示总得离散区域;
[0045] 所述步骤S322中的矩阵方程的形成通过如下步骤实现:
[0046] (1)将式(4)代入式(3),得m由仿巧分方巧的离敌形式:
[0047]
(怠)
[004引其中,沪片)表示空间某点电位;e表示空间介电常数;a康示输电导线离散点i处的 待定电荷分布;Oj表示屏蔽线离散点j处的待定电荷分布;Wi表示输电导线离散点i处给定的 已知系数;W康示屏蔽线离散点j处的给定的已知系数;1表示源矢量;dl康示输电导线上的 积分单位;d。表示屏蔽线上的积分单位;
[0049] (2)在积分区域内对每个COk(是否应该为《0与式(6)求内积,则有:
[(K)加 ] C7);
[0051] 其中,COk表示离散点k处的权函数;n表示输电导线离散个数;m表示屏蔽线离散个 数;
[0052] (3)根据Sk函数性质及式(4)将(7)简化成下式:
[0化3]
[0化4]
[0化5]
[0化6]
[0化7]
[005引输电导线d)所有匹配点的已知电位矩阵;
[0化9]所述矩阵方程的系数Pu采用
求出;
[0060] 所述矩阵方程的系数Pji'采用式
求出。
[0061] 进一步,所述步骤S324中匹配点的校验误差通过求解场域边界上所有匹配点的已 知电位和计算电位的差值平方之和的最小值来表示:
[0062]
[0063] 其中,稱为所有离散电荷在第i个匹配点处的电位;(601为第i个匹配点的已知电 位,导线表面4 =U,屏蔽线上4 =0;
[0064] 式(9)具有如下约束条件:离散电荷的电量为自由变量;离散电荷的位置必须在无 效计算场域内:
[0065] ( 10)
[0066] (11)
[0067] 其中,式(10)和(11)中,XQdl, YQd功输电导线上离散电荷坐标,XQd2,YQd劝屏蔽线上 离散电荷坐标,Xi,y功输电导线中屯、坐标,X2,y2屏蔽线中屯、坐标,r功子输电导线半径,n 为屏蔽线半径,并且采用共辆梯度法求解式(3)中的极小值,从而求得最优的离散电荷大 小。
[0068] 进一步,所述步骤S33中的输电导线的电荷密度初值为输电导线表面设定的一点 的两个电荷密度初值,具体如下:
[0069] 正极导线表面取化iaoml+ 二 , Pbiaom2+ 二 3Pm;
[0070] 负极导线表面取化iaoml-二 I . 5Pm, Pbiaom2-二 3Pm;
[0071]
[0072] 其中,U为输电导线的运行电压,UO为输电导线的起晕电压,E求得的电力线步长节 点上的二维标称电场。
[0073] 进一步,所述步骤S33中的从输电导线表面起且沿电力线的空间各点的电荷密度 和标量函数通过如下步骤计算:
[0074] S151.按照W下方式来计算标量函数:
[0075] 由矩量法求出各子输电导线表面最大场强的平均值E0,
[0076] 由化ek公式求出分裂导线的等效起晕场强Eq,
[0077] 得出输电导线表面的标量函数为Abiao= I Eo/Eq I ;
[0078] S152.按照W下公式来计算在不同输电导线表面电荷密度时电力线上各点的电荷 密度:
[0079]
(12)
[0080] 其中,P表示电力线上某节点的电荷密度;Pbia。表示输电导线表面的初始电荷密 度;Abia。表示输电导线表面初始的标量函数;e表示空间介电常数;約表示空间某节点的电 位;U表示导线运行电压;E表示空间标称电场;巧表示电位积分单位;
[0081] S153.按照W下公式来计算在不同输电导线表面电荷密度时电力线上各点的标量 函数A:
[0082]
( 13);
[0083] S154.按照W下公式来计算在不同输电导线表面电荷密度时电力线上所有点的平 均电荷密度:
[0084] (14);
[0085] 式中,E为用矩量法求得的电力线上步长节点的二维标称电场;
[0086] 所述步骤S34中的更新导线表面电荷密度,直至空间电荷密度平均值满足限定条 件,通过如下方式实现:
[0087] 设定
(15),
[008引其中,化13。3为更新的输电导线表面的电荷密度,并计算对应于Pbiao3的经过电力线 上所有点的平均电荷密度Pm03;:
时,Pbi3D3是导线表面电荷密度的真实值,否 则Pbiaol =化iao2,Pbiao2 =化iao3,并重复步骤S152-S154直至
成立。
[0089] 由于采用了上述技术方案,本发明具有如下的优点:
[0090] 本发明提供的一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法。首先建立合 成电场屏蔽分析计算模型;接着基于Deutecsh假设原理并结合矩量法计算架设屏蔽线时地 面的合成电场;然后对计算结果开展分析,看敏感点合成电场是否满足限值要求,如果不满 足要求,对屏蔽线的位置、根数进行优化调整,直至敏感点满足限值要求,如果满足要求,进 一步对屏蔽线的根数及位置开展优化。最后,提出最优的屏蔽方法。本发明基于Deutecsh假 设原理并结合矩量法,可W对特高压直流输电线路地面合成电场进行屏蔽效果分析与优 化,可W为相关实际工程提供技术参考。
[0091] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并 且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可 W从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可W通过下面的说明书和权利要 求书来实现和获得。
【附图说明】
[0092] 本发明的【附图说明】如下。
[0093] 图1为本发明的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法流程图。
[0094] 图2为本发明的屏蔽线下方合成电场计算流程图。
[00M]图3为本发明的导线和屏蔽线表面离散示意图。
【具体实施方式】
[0096] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0097] 实施例1
[0098] 如图所示,本实施例提供的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,包 括W下步骤:
[0099] Sl.建立架设屏蔽线时合成电场计算模型;
[0100] S2.设置合成电场地面敏感点;
[0101] S3.计算架设屏蔽线地面敏感点的合成电场;
[0102] S4.判断地面敏感点的合成电场是否满足预设限值,如果不满足,则对屏蔽线的位 置、根数进行优化调整,直至地面敏感点的合成电场满足预设限值;
[0103] S5.如果满足,则存储屏蔽线的初始根数及初始位置;
[0104] S6.循环重复在保证合成电场满足预设限值的条件下对屏蔽线的根数及位置开展 进一步优化;
[0105] S7.提出最优的屏蔽方法。
[0106] 所述屏蔽线合成电场计算模型包括确定线路坐标参数,初始化屏蔽线根数及位 置。
[0107] 所述屏蔽线合成电场计算模型采用基于Deutecsh假设原理并结合矩量法来计算 架设屏蔽线时地面的合成电场,具体步骤如下:
[0108] S31.将输电导线表面和屏蔽线表面离散成分段的线电荷;
[0109] S32.选定导线表面任意一个计算点,利用矩量法所求的标称电场确定从该点出发 截至地面或者屏蔽线表面的电力线;
[0110] S33.设定输电导线表面的电荷密度初值,并求出从输电导线表面起且沿电力线的 空间各点的电荷密度和标量函数;
[0111] S34.更新导线表面电荷密度,直至空间电荷密度平均值满足限定条件;
[0112] S35.根据求得的电荷密度和标量函数计算敏感点处的合成电场。
[0113] 步骤S32中利用矩量法所求的标称电场确定从计算点出发的电力线,具体步骤如 下:
[0114] S321.依据镜像原理设置相应的镜像电荷并建立二维电场积分数学模型的离散方 程;
[0115] S322.然后选定基函数为分域脉冲函数,按照配点法选权函数并在每个积分域求 内积,形成矩阵方程;
[0116] S323.求解矩阵方程,计算电荷分布;
[0117] S324.计算匹配点误差,如果误差不满足要求,返回步骤S31重新对场源离散并设 置离散线电荷;如果满足要求进行下一步;
[0118] S325.设定步长,利用步骤S323中所求的电荷分布来确定步长终点坐标为:
[0119] x(i+l)=x(i)+step*Ex(i)/化 x2 巧 y2)〇'5 (1)
[0120] 5r(i+l)=5T(i)+step*Ey(i)AEx2Wy2)〇'5(2)
[0121] 式(I)(2)中,step为所选步长的大小,x(i)、y(i)为步长起点坐标;即地面计算点, x(i+l)、y(i+l)为步长终点坐标;Ex,Ey为步长起点处x,y二个方向的标称电场;
[0122] S326.将每一步长的终点作为下一步长的起点,重复步骤S325直至步长终点的标 称电位满足边界条件,连接每一步的步长终点,绘制从输电导线表面至步长终点的电力线;
[0123] S327.重新选定导线表面任意一个计算点,重复步骤S325、S326直至所有导线表面 计算点发出电力线绘制完毕。
[0124] 所述步骤S321中二维电场积分数学模型离散方程的建立按照W下公式进行:
[0 側
(3)
[0126] 其中为F场点矢量,巧输电导线线源矢量,f,/输电导线表面线源镜像矢量,巧屏蔽 线表面线源矢量,写'0/屏蔽线表面线源镜矢量,1为线电荷所存在区域,lj为镜像线电荷所在 区域。
[0127] 所述步骤S322中的基函数按照W下公式进行选择:
[012引 C 4 )
[0129]
[0130] 其中,A表示场源区的总电荷分布;An表示离散位置上待定的电荷分布;Wn表示给定 的已知系数;N表示场源离散的个数;1表示离散电荷所存在区域。
[0131] 所述步骤S322中权函数按照W下公式进行:
[0132]
[0133]
[0134] (5);
[0135] 其中,COj表示离散点k处的权函数;F表示场点矢径;4表示离散节点的矢径;k表 示离散节点;Q表示总得离散区域。
[0136] 所述步骤S322中的矩阵方程的形成通过如下步骤实现:
[0137] (1)将式(4)代入式(3 ),得出电位积分方程的离散形式:
[01 測
(6J
[0139] 其中,树巧表示空间某点电位;e表示空间介电常数;Qi表示输电导线离散点i处的 待定电荷分布;Oj表示屏蔽线离散点j处的待定电荷分布;Wi表示输电导线离散点i处给定的 已知系数;W康示屏蔽线离散点j处的给定的已知系数;1表示源矢量;dl康示输电导线上的 积分单位;dlj表示屏蔽线上的积分单位;
[0140] (2)#巧A反城內对每个OL(甚巧欣该味(OL)白古(fi)求內巧.曲I有,
[0141] 7)
[0142]其中,Wk表不离散点k处的权函数;n表不输电导线离散个数;m表不屏蔽线离散个 数;
[0144]
[0143] (3)根据Sk函数性质及式(4)将(7)简化成下式:
[0145]
[0146]
[0147]
[0148] 输电导线d)所有匹配点的已知电位矩阵;
[0149] 所述矩阵方程的系数Pu采用式
[0150] 所述矩阵方程的系数門1'采用: 求出。
[0151] 所述步骤S324中匹配点的校验误差通过求解场域边界上所有匹配点的已知电位 和计算电位的差值平方之和的最小值来表示:
[0152]
[0153] 其中,巧为所有离散电荷在第i个匹配点处的电位;(601为第i个匹配点的已知电 位,导线表面4 =U,屏蔽线上4 =0;
[0154] 式(9)具有如下约束条件:离散电荷的电量为自由变量;离散电荷的位置必须在无 效计算场域内:
[0155] ( 10)
[0156] (11)
[0157] 其中,式(10)和(11)中,XQdl, YQd功输电导线上离散电荷坐标,XQd2,YQd劝屏蔽线上 离散电荷坐标,xi,y功输电导线中屯、坐标,X2,y2屏蔽线中屯、坐标,r功子输电导线半径,K 为屏蔽线半径,并且采用共辆梯度法求解式(3)中的极小值,从而求得最优的离散电荷大 小。
[0158] 所述步骤S33中的输电导线的电荷密度初值为输电导线表面设定的一点的两个电 荷密度初值,具体如下:
[0159] 正极导线表面取化iaoml+ = ,Pbiaom2+ = 3Pm;
[0160] 负极导线表面取0613。1111-=1.50111,01)13。1112- = 3口111;
[0161]
[0162] 其中,U为输电导线的运行电压,UO为输电导线的起晕电压,E求得的电力线步长节 点上的二维标称电场。
[0163] 所述步骤S33中的从输电导线表面起且沿电力线的空间各点的电荷密度和标量函 数通过如下步骤计算:
[0164] S151.按照W下方式来计算标量函数:
[0165] 由矩量法求出各子输电导线表面最大场强的平均值E0,
[0166] 由化ek公式求出分裂导线的等效起晕场强Eq,
[0167] 得出输电导线表面的标量函数为Abian= I Eo/Eq I ;
[0168] S152.按照W下公式来计算在不同输电导线表面电荷密度时电力线上各点的电荷 密度:
[0169]
(12)
[0170] 其中,P表示电力线上某节点的电荷密度;Pbia。表示输电导线表面的初始电荷密 度;AbiaO表示输电导线表面初始的标量函数;e表示空间介电常数;約表示空间某节点的电 位;U表示导线运行电压;E表示空间标称电场;表示电位积分单位;
[0171] S153.按照W下公式来计算在不同输电导线表面电荷密度时电力线上各点的标量 函数A:
[0172]
(13);:
[0173] S154.按照W下公式来计算在不同输电导线表面电荷密度时电力线上所有点的平 均电荷密度:
[0174] 14):
[0175] 式中,E为用矩量法求得的电力线上步长节点的二维标称电场;
[0176] 所述步骤S34中的更新导线表面电荷密度,直至空间电荷密度平均值满足限定条 件,通过如下方式实现:
[0177] 设定
(1穿),
[0178] 其中,Pbl3D3为更新的输电导线表面的电荷密度,并计算对应于化13。3的经过电力线 上所有点的平均电荷密度Pm03;当
时,Pbi3D3是导线表面电荷密度的真实值, 否则0613。1 = 01)13。2,01)13。2 =化13。3,并重复步骤5152-S154直到化:化 <1.0-6成立。 Htna 押
[0179] 步骤S3中,地面合成电场是根据靠近地面处电力线上的电荷密度真实值对应的 标量函数A和标称电场E,由公式Es =AE计算得出的。
[0180] 步骤S4中看敏感点合成电场是否满足限值要求,限值大小是按照敏感点的属性 (民房表面、空阔地带等)不同而有所不同,当需要进行屏蔽的区域内有多个不同属性的敏 感点时,W最小限值为准。
[0181] 步骤S4中对屏蔽线的位置、根数进行优化调整,具体是指屏蔽线的根数优化调整 主要通过增加或者减少屏蔽线的根数来改善屏蔽效果;屏蔽线的位置优化调整主要包括屏 蔽线的高度,离输电线路的距离调整。
[0182] 步骤S6中在保证合成电场满足预设限值的条件下对屏蔽线的根数及位置开展进 一步优化,具体是指在敏感点合成电场满足限值要求的情况下,对屏蔽线的根数、位置进行 的进一步优化,W达到利用最少的屏蔽线获得最优屏蔽效果。
[0183] 步骤S7中提出最优的屏蔽方法,具体是指特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽 分析方法进行合成电场屏蔽后,最终达到节省材料且屏蔽效果优良的效果。
[0184] 实施例2
[0185] 本实施例提供的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,包括如下步 骤:
[0186] a.建立合成电场屏蔽分析计算模型;
[0187] b.接着基于Deutecsh假设原理并结合矩量法计算架设屏蔽线时地面的合成电场;
[0188] C .然后对计算结果开展分析,看敏感点合成电场是否满足限值要求,如果不满足 要求,对屏蔽线的位置、根数进行优化调整,直至敏感点满足限值要求。
[0189] d.如果满足要求,进一步对屏蔽线的位置、根数进行优化。
[0190] e.最后,提出最优的屏蔽方法。
[0191] 本实施例中的建立合成电场屏蔽分析计算模型,包括:确定线路坐标参数、工频电 场敏感点空间位置参数,初步给出屏蔽线的根数及位置;
[0192] 基于Deutecsh假设原理并结合矩量法计算架设屏蔽线时地面的合成电场,其步骤 如下:
[0193] S31.将输电导线表面和屏蔽线表面离散成分段的线电荷,如图3所示。
[0194] S32.选定导线表面任意一个计算点,利用矩量法所求的标称电场确定从该点出发 截至地面或者屏蔽线表面的电力线;
[0195] S33.设定输电导线表面的电荷密度初值,并求出从输电导线表面起且沿电力线的 空间各点的电荷密度和标量函数;
[0196] S34.更新导线表面电荷密度,直至空间电荷密度平均值满足限定条件;
[0197] S35.根据求得的电荷密度和标量函数计算地面处的合成电场
[0198] 本实施例中步骤S32中利用标称电场确定从该点出发的电力线,具体步骤如下:
[0199] S41.依据镜像原理设置相应的镜像电荷并建立二维电场积分数学模型的离散方 程;
[0200] S42.然后选定基函数为分域脉冲函数,按照配点法选权函数并在每个积分域求内 积,形成矩阵方程;
[0201] S43.求解矩阵方程,计算电荷分布
[0202] S44.计算匹配点误差,如果误差不满足要求,返回步骤S31重新对场源离散并设置 离散线电荷;如果满足要求进行下一步。
[0203] S45.设定一步长,利用步骤S43中所求的电荷分布来确定步长终点坐标为:
[0204] x(i+l)=x(i)+step*Ex(i)/化 x~^Ey~2r〇.5 (1)
[0205] y(i+l)=y(i)+step*Ey(i)/化 x~^Ey~2r〇.5 (2)
[0206] 式(I) (2)中,step为所选步长的大小,x(i)、y(i)为步长起点坐标(即地面计算 点),^(1+1)、7(1+1)为步长终点坐标;6^,67为步长起点处^,7二个方向的标称电场。
[0207] S46.将每一步长的终点作为下一步长的起点,重复步骤S45直至步长终点的标称 电位满足边界条件,连接每一步的步长终点,绘制从输电导线表面至地面计算点的电力线;
[0208] S47.重新选定导线表面任意一个计算点,重复步骤S45、S46直至所有导线表面计 算点发出电力线绘制完毕。
[0209] 本实施例中步骤S41中建立的二维电场积分数学模型离散方程的场源包括导线表 面线电荷和屏蔽线表面线电荷:
[0210] C 3)
[02川其中,为F场点矢量,巧输电导线线源矢量请输电导线表面线源镜像矢量,^原 蔽线表面线源矢量,弓0,?屏蔽线表面线源镜矢量,1为线电荷所存在区域,lj为镜像线电荷所 在区域。
[0212] 步骤S42中选定的基函数为分域脉冲函数,如下:
[0213] C 4)
[0214]
[0215] 本实施例中步骤S42中,按照配点法选择的权函数如下:
[0^6] =A(/-:-r,)'.i = i.2'.,..w
[0217] 步骤S42中,矩阵方程的形成通过如下步骤实现:
[0218] (1)将式(4)代入式(3),得出电位积分方程的离散形式:
[0219]
[0220]
[0221]
[0222]
[0223]
[0224]
[0225]
[0226] 其中,Qi为输电导线表面离散的线电荷,为屏蔽导线表面离散的线电荷
[0227] 本实施例中矩阵方程的系数Pij采用;
)求出。
[0228] 本实施例中矩阵方程的系数門/采用式
求出。
[0229] 本实施例中步骤S44中匹配点的校验误差通过求解场域边界上所有匹配点的已知 电位和计算电位的差值平方之和的最小值来表示:
[0230]
[0231] 其中,巧为所有离散电荷在第i个匹配点处的电位;(601为第i个匹配点的已知电 位,导线表面4 =U,屏蔽线上(6=0;式(9)具有如下约束条件:离散电荷的电量为自由变 量;离散电荷的位置必须在有效计算场域内:
[02 创
(10)
[023;3] yg-f (XQ)<0i=m+l...n (11)
[0234] 其中,式(10)和(11)中,xQd,yQd为导线上离散电荷坐标,xo,yo为子导线中屯、坐 标,r为子导线半径,ZQ为地下模拟电荷纵坐标,m为子导线数,并且采用共辆梯度法求解式 (9)中的极小值,从而求得最优的离散电荷。
[0235] 本实施例中步骤S44中,重新布置离散电荷通过增加离散的线电荷个数来达到误 差要求。
[0236] 本实施例中步骤S3中输电导线的电荷密度初值为输电导线表面设定的一点的两 个电荷密度初值,即:正极导线表面取化iaoml+ = ,Pbiaom2+ = 3Pm,负极导线表面取化iaoml-= 1.5Pm, f>biaom2-二 3Pm,
[0237] 其中:
U为输电导线的运行电压,UO为输电导线的起晕电压,E求得 的电力线步长节点上的二维标称电场。
[0238] 本实施例中步骤S3中从输电导线表面起且沿电力线的空间各点的电荷密度和标 量函数通过如下步骤计算:
[0239] S151.由矩量法求出各子输电导线表面最大场强的平均值E0,由化ek公式求出分 裂导线的等效起晕场輔Rn.得出輪由导线夫而的标章函数为Abia。= |Eo/Eq| ;
[0240] S152.由公、计算在不同输电导线表面 (12) 电荷密度时电力线上各点的电荷密度;
[0241] S153.由公式 计算在不同输电导线表面电荷 - (13) 密度时电力线上各点的标量函数A;
[0242] S154.由公支
十算在不同输电导线表面电荷密度时电力 线上所有点的平均电荷密度,
[0243] 在式(12)、(13)和(14)中,E为用矩量法求得的电力线上步长节点的二维标称电 场;
[0244] 本实施例中更新导线表面电荷密度,直至空间电荷密度平均值满足限定条件,通 过如下方式实现:
[0245] 设貞 C 15}?
[0246] 其中Pbiao3为更新的输电导线表面的电荷密度,并计算对应于Pbiao3的经过电力线 上所有点的平均电荷密度Pm03;
时,Pbi3D3是导线表面电荷密度的真实值, 否则Pbiaol = PbiaoS,PbiaQ2 = PbiaoS,并重复步骤S152-S154直到
巧立。
[0247] 本实施例中步骤b中根据导线的电荷密度真实值Pm03对应的空间各点的标量函数A 和二维标称电场E,由公式Es =AE计算地面的二维合成电场。
[0248] 本实施例中步骤C中看敏感点合成电场是否满足限值要求,限值大小是按照敏感 点的属性(民房表面、空阔地带等)不同而有所不同,当需要进行屏蔽的区域内有多个不同 属性的敏感点时,W最小限值为准。
[0249] 本实施例中步骤C中对屏蔽线的位置、根数进行优化调整,其特征在于屏蔽线的根 数优化调整主要通过增加或者减少屏蔽线的根数来改善屏蔽效果;屏蔽线的位置优化调整 主要包括屏蔽线的高度,离输电线路的距离调整。
[0250] 本实施例中步骤d中进一步对屏蔽线的根数进行优化,在敏感点合成电场初步满 足限值要求的情况下,对屏蔽线的根数、位置进行的进一步优化。
[0251] 本实施例中步骤e中提出最优的屏蔽方法,其特征在于特高压直流输电线路地面 合成电场屏蔽分析方法进行合成电场屏蔽后,最终达到节省材料且屏蔽效果优良的效果。
[0252] 最后说明的是,W上实施例仅用W说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可W对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在于:包括以下步骤:51. 建立架设屏蔽线时合成电场计算模型;52. 设置合成电场地面敏感点;53. 计算架设屏蔽线地面敏感点的合成电场;54. 判断地面敏感点的合成电场是否满足预设限值,如果不满足,则对屏蔽线的位置、 根数进行优化调整,直至地面敏感点的合成电场满足预设限值;55. 如果满足,则存储屏蔽线的初始根数及初始位置;56. 循环重复在保证合成电场满足预设限值的条件下对屏蔽线的根数及位置开展进一 步优化;57. 提出最优的屏蔽方法。2. 如权利要求1所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在于: 所述屏蔽线合成电场计算模型包括确定线路坐标参数,初始化屏蔽线根数及位置。3. 如权利要求1所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在于: 所述屏蔽线合成电场计算模型采用基于Deutecsh假设原理并结合矩量法来计算架设屏蔽 线时地面的合成电场,具体步骤如下:531. 将输电导线表面和屏蔽线表面离散成分段的线电荷;532. 选定导线表面任意一个计算点,利用矩量法所求的标称电场确定从该点出发截至 地面或者屏蔽线表面的电力线;533. 设定输电导线表面的电荷密度初值,并求出从输电导线表面起且沿电力线的空间 各点的电荷密度和标量函数;534. 更新导线表面电荷密度,直至空间电荷密度平均值满足限定条件;535. 根据求得的电荷密度和标量函数计算敏感点处的合成电场。4. 如权利要求3所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在于: 步骤S32中利用矩量法所求的标称电场确定从计算点出发的电力线,具体步骤如下: 5321. 依据镜像原理设置相应的镜像电荷并建立二维电场积分数学模型的离散方程; 5322. 然后选定基函数为分域脉冲函数,按照配点法选权函数并在每个积分域求内积, 形成矩阵方程; 5323. 求解矩阵方程,计算电荷分布; 5324. 计算匹配点误差,如果误差不满足要求,返回步骤S31重新对场源离散并设置离 散线电荷;如果满足要求进行下一步; 5325. 设定步长,利用步骤S323中所求的电荷分布来确定步长终点坐标为: x(i+l)=x(i)+step*Ex(i)/(Ex2+Ey2)。·5 (1) y (i+1) = y (i)+step*Ey (i) / (Ex2+Ey2) °'5 (2) 式(I)(2)中,step为所选步长的大小,x(i)、y(i)为步长起点坐标;即地面计算点,x(i+ 1 )、y (i+1)为步长终点坐标;Ex,Ey为步长起点处X,y二个方向的标称电场; 5326. 将每一步长的终点作为下一步长的起点,重复步骤S325直至步长终点的标称电 位满足边界条件,连接每一步的步长终点,绘制从输电导线表面至步长终点的电力线; 5327. 重新选定导线表面任意一个计算点,重复步骤S325、S326直至所有导线表面计算 点发出电力线绘制完毕。5. 如权利要求4所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在于: 所述步骤S321中二维电场积分数学模型离散方稈的建立按照以下公式进行:(:3> 其中为F场点矢量,0输电导线线源矢量,_?/输电导线表面线源镜像矢量屏蔽线表 面线源矢量,屏蔽线表面线源镜矢量,1为线电荷所存在区域,Ij为镜像线电荷所在区 域。6. 如权利要求4所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在于: 所述步骤S322中的基函数按照以下公式进行选择:其中,λ表示场源区的总电荷分布;λη表示离散位置上待定的电荷分布;Wn表示给定的已 知系数;N表示场源离散的个数;1表示离散电荷所存在区域。7. 如权利要求4所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在于: 所述步骤S322中权函数按照以下公式进行:其中,ω」表示离散点k处的权函数;?表示场点矢径;4表示离散节点的矢径;k表示离散 节点;Ω表示总得离散区域; 所述步骤S322中的矩阵方程的形成通过如下步骤实现: (1) 将式(4)代入式(3 ),得出电位积分方稈的离散形式:(6) 其中,表示空间某点电位;ε表示空间介电常数;Ct1表示输电导线离散点i处的待定 电荷分布;α」表示屏蔽线离散点j处的待定电荷分布;Wi表示输电导线离散点i处给定的已知 系数;W j表示屏蔽线离散点j处的给定的已知系数;1表示源矢量;dh表示输电导线上的积分 单位;dlj表示屏蔽线上的积分单位; (2) 在积分区域内对每个cok(是否应该为cok)与式(6)求内积,则有:-? 其中,ω k表示离散点k处的权函数;η表示输电导线离散个数;m表示屏蔽线离散个数; (3) 根据Sk函数性质及式(4)将(7)简化成下式:输电导线Φ所有匹配点的已知电位矩阵;所述矩阵方程的系数Plj采用 所述矩阵方程的系数IV'采戶8. 如权利要求4所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在于: 所述步骤S324中匹配点的校验误差通过求解场域边界上所有匹配点的已知电位和计算电 位的差值平方之和的最小值来表示:U) 其中,约为所有离散电荷在第i个匹配点处的电位;Φ Q1为第i个匹配点的已知电位,导 线表面Φ =U,屏蔽线上Φ =0; 式(9)具有如下约束条件:离散电荷的电量为自由变量;离散电荷的位置必须在无效计 算场域内:其中,式(10)和(11)中,XQdl,YQdA输电导线上离散电荷坐标,XQd2,Y Qd2为屏蔽线上离散 电荷坐标,XI,yi为输电导线中心坐标,X2,y2屏蔽线中心坐标,ri为子输电导线半径,Γ2为屏 蔽线半径,并且采用共辄梯度法求解式(3)中的极小值,从而求得最优的离散电荷大小。9. 如权利要求3所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在于: 所述步骤S33中的输电导线的电荷密度初值为输电导线表面设定的一点的两个电荷密度初 值,具体如下: 正极导线表面取J 伤极导钱耒而取!其中,U为输电导线的运行电压,UO为输电导线的起晕电压,E求得的电力线步长节点上 的二维标称电场。10. 如权利要求3所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在 于:所述步骤S33中的从输电导线表面起且沿电力线的空间各点的电荷密度和标量函数通 过如下步骤计算: 5151. 按照以下方式来计算标量函数: 由矩量法求出各子输电导线表面最大场强的平均值EO, 由Peek公式求出分裂导线的等效起晕场强Eq, 得出输电导线表面的标量函数为Abia。= |E〇/Eq| ; 5152. 按照以下公式来计算在不同输电导线表面电荷密度时电力线上各点的电荷密 度:其中,P表示电力线上某节点的电荷密度;Pbia。表示输电导线表面的初始电荷密度;Abia。 表示输电导线表面初始的标量函数;ε表示空间介电常数;识1表示空间某节点的电位;U表示 导线运行电压;E表示空间标称电场,表示电位积分单位; 5153. 按照以下公式来计算在不同输电导线表面电荷密度时电力线上各点的标量函数 Α:5154. 按照以下公式来计算在不同输电导线表面电荷密度时电力线上所有点的平均电 荷密度:式中,E为用矩量法求得的电力线上步长节点的二维标称电场; 所述步骤S34中的更新导线表面电荷密度,直至空间电荷密度平均值满足限定条件,通 过如下方式实现: 设凭其中,Pblaci3为更新的输电导线表面的电荷密度,并计算对应于Pblaci3的经过电力线上所 有点的平均电荷密度Pmo3;时,Pbiaci3是导线表面电荷密度的真实值,否则并重复步骤S152-S154直〗成立。11. 如权利要求1所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在 于:所述步骤S3中的地面合成电场是根据靠近地面处电力线上的电荷密度真实值对应的标 量函数A和标称电场E,由公式Es =AE计算得出的。12. 如权利要求1所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在 于:所述步骤S4中的预设限值的为地面敏感点的属性对应的最小限值。13. 如权利要求1所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在 于:所述步骤S4中对屏蔽线的位置、根数进行优化调整,所述对屏蔽线的根数进行优化调整 是通过增加或者减少屏蔽线的根数来实现的;所述对屏蔽线的位置进行优化调整是通过屏 蔽线的高度和离输电线路的距离来实现的。14. 如权利要求1所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法,其特征在 于:所述步骤S6中在保证合成电场满足预设限值的条件下对屏蔽线的根数及位置开展进一 步优化,具体是指在敏感点合成电场满足限值要求的情况下,对屏蔽线的根数、位置进行的 调整。
【文档编号】G06F19/00GK106021848SQ201610288916
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】邹岸新, 徐禄文, 向菲, 宫林, 王谦, 吴高林, 胡晓锐
【申请人】国网重庆市电力公司电力科学研究院, 国家电网公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1