一种基于地面合成电场测量数据的起晕判定方法及系统与流程

本发明涉及电力技术领域，更具体地，涉及一种基于地面合成电场测量数据的起晕判定方法及系统。

背景技术：

特高压输电线路的电磁环境问题是特高压交直流输电线路设计、建设和运行中必须考虑的重大技术问题,它与输电线路的电晕特性直接相关。考虑到经济性，输电线路通常设计成在正常运行电压下允许有一定程度的电晕放电。电晕放电将产生可听噪声、无线电干扰和电晕损耗等，对环境和运行会造成一定的影响。从建设和运行成本以及环境保护等多方面考虑，合理设计导线，适度控制电晕效应，对发展特高压输电非常重要。

电晕引起的这些问题是输电工程设计、建设和运行中必需考虑的重大技术问题。此外，随着经济的不断发展和民众环境意识的增强，其环境影响问题越来越受到人们的关注，受到环保的严格制约，成为决定输电线路结构，影响建设费用等的重要因素。因此，要加强特高压输电技术的研究，减小和避免电晕的发生以及电晕效应，必须分析导线的电晕特性及其带来的一系列问题。

电晕笼是一种用来模拟实际输电线路电磁环境的经济、有效的工具。在电晕笼内可以较方便地开展真型导线在较大范围电压下的电晕效应试验。但在电晕笼内开展真型导线的起晕电压试验方法尚不成熟，因而有必要先在电晕笼内开展基于电晕电流起晕电压判定方法研究。

我国已成为是世界上的直流输电大国，然而在特高压直流输电线路的起晕场强方面尚未开展过系统的研究，以至于无法准确的判断起晕场强，更难以开展大量直流导线的起晕场强试验，难以开展后续特高压直流线路起晕场强的研究。

技术实现要素：

为了解决背景技术存在的针对特高压直流输电线路起晕场强缺乏研究以至于难以准确判断起晕场强的问题，本发明提供了一种基于地面合成电场测量数据的起晕判定方法及系统；所述方法及系统通过采集离子流电场与导线表面场强，并建立对应关系，通过考虑环境干扰水平获得起晕场强；所述一种基于地面合成电场测量数据的起晕判定方法，包括：

采集线路周边预设的多个位置的合成电场数据；

根据预设规则对所示合成电场数据进行分析处理，获得离子流电场对数数据；

计算获得所述合成电场数据对应每种工况下的表面场强；

建立以表面场强为横坐标、以离子流电场对数数据为纵坐标的半对数坐标系，获得多个测量点的半对数线图；

对所述多个测量点进行曲线拟合，获得拟合曲线；

根据预设规则确定环境干扰水平，通过所述环境干扰水平与拟合曲线的交点，确定起晕场强。

进一步的，所述采集电晕笼内预设位置的合成电场数据，包括：

通过在电晕笼中预设位置的电场传感阵列采集多个位置的原始合成电场信号；

对所述原始电场信号进行模数转换，并通过光纤传输，获得合成电场数据。

进一步的，所述根据预设规则对所示合成电场数据进行分析处理，获得离子流电场对数数据，包括：

按照预设比例提取每一个位置的合成电场数据，并根据与位置对应的预设的权重值，对所述每个位置的合成电场进行加权计算，获得加权合成电场数据；

根据预设方法对所述加权合成电场数据进行判断，剔除异常数据；

消除零点误差，并对每次测量的多个位置的加权合成电场数据取平均值，获得处理后的合成电场数据；

将所述处理后的合成电场数据变换得到离子流电场数据，并对所述离子流电场数据做对数变换，得到离子流电场对数数据。

进一步的，所述预设方法包括格拉布斯准则法、狄克逊准则法以及肖维勒准则法；

设置异常次数阈值，当任一位置对应的加权合成电场数据的异常次数在预设的时间段内达到异常次数阈值，则丢弃该测量位置所有的加权合成电场数据。

进一步的，所述表面场强的计算方法包括有限元法、模拟电荷法以及公式法。

进一步的，所述对所述多个测量点进行曲线拟合，获得拟合曲线，包括：

根据预设规则计算曲线拟合分界点；

对横坐标小于等于所述分界点横坐标的多个测量点进行线性拟合；

对横坐标大于等于所述分界点横坐标的多个测量点进行对数拟合。

进一步的，所述曲线拟合分界点的计算公式为：

其中，e′i为第i个测量点的离子流电场对数值，ei为第i个测量点的导线表面场强。

进一步的，所述起晕场强包括通过环境干扰水平与线性拟合曲线的交点对应的表面场强值、以及通过环境干扰水平与对数拟合曲线的交点对应的表面场强值。

进一步的，所述环境干扰水平为所述半对数线图中与纵坐标交点为常数且平行于横坐标的直线；所述常数为以离子流电场作对数变换前标称电场数据在半对数坐标下的平均值。

所述一种基于地面合成电场测量数据的起晕判定系统包括：

数据采集单元，所述数据采集单元用于采集电晕笼内预设的多个位置的合成电场数据；

数据处理单元，所述数据处理单元用于根据预设规则对所示合成电场数据进行分析处理，获得离子流电场对数数据；

表面场强计算单元，表面场强计算单元用于计算获得所述合成电场数据对应每种工况下的表面场强；

曲线拟合单元，所述曲线拟合单元用于建立以表面场强为横坐标、以离子流电场对数数据为纵坐标的半对数坐标系，获得多个测量点的半对数线图；

所述曲线拟合单元用于对所述多个测量点进行曲线拟合，获得拟合曲线；

起晕场强确定单元，所述起晕场强确定单元用于根据预设规则确定环境干扰水平，通过所述环境干扰水平与拟合曲线的交点，确定起晕场强。

进一步的，所述数据采集单元包括电场传感器阵列、数据预处理模块、光纤数据传送模块以及光纤数据收发模块；

所述电场传感器阵列根据预设设定的多个位置设置在电晕笼中；所述电场传感器阵列采集其各自位置的原始合成电场信号；

所述数据预处理模块设置在靠近电晕笼的位置，与所述电场传感器阵列相连；所述数据预处理模块用于将所述所述原始电场信号进行模数转换，获得合成电场数据；

所述光纤数据传送模块的一端与所述数据预处理模块相连，另一端与远离电晕笼位置的光纤数据收发模块相连；所述光纤数据传送模块用于将合成电场数据通过光纤线路传输到光纤数据收发模块；

所述光纤数据收发模块用于与所述数据处理单元相连，并将所述合成电场数据传输至所述数据处理单元。

进一步的，所述数据处理单元用于按照预设比例提取每一个位置的合成电场数据，并根据与位置对应的预设的权重值，对所述每个位置的合成电场进行加权计算，获得加权合成电场数据；

所述数据处理单元用于根据预设方法对所述加权合成电场数据进行判断，剔除异常数据；

所述数据处理单元用于消除零点误差，并对每次测量的多个位置的加权合成电场数据取平均值，获得处理后的合成电场数据；

所述数据处理单元用于将所述处理后的合成电场数据变换得到离子流电场数据，并对所述离子流电场数据做对数变换，得到离子流电场对数数据。

进一步的，所述预设方法包括格拉布斯准则法、狄克逊准则法以及肖维勒准则法；

所述数据处理单元用于设置异常次数阈值，当任一位置对应的加权合成电场数据的异常次数在预设的时间段内达到异常次数阈值，则丢弃该测量位置所有的加权合成电场数据。

进一步的，所述表面场强计算单元计算表面场强的方法包括有限元法、模拟电荷法以及公式法。

进一步的，所述曲线拟合单元用于根据预设规则计算曲线拟合分界点；

所述曲线拟合单元用于对横坐标小于等于所述分界点横坐标的多个测量点进行线性拟合；

所述曲线拟合单元用于对横坐标大于等于所述分界点横坐标的多个测量点进行对数拟合。

进一步的，所述曲线拟合分界点的计算公式为：

其中，e′i为第i个测量点的离子流电场对数值，ei为第i个测量点的导线表面场强。

进一步的，所述起晕场强包括通过环境干扰水平与线性拟合曲线的交点对应的表面场强值、以及通过环境干扰水平与对数拟合曲线的交点对应的表面场强值。

进一步的，所述环境干扰水平为所述半对数线图中与纵坐标交点为常数且平行于横坐标的直线；所述常数为以离子流电场作对数变换前标称电场数据在半对数坐标下的平均值。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种基于地面合成电场测量数据的起晕判定方法及系统；所述方法及系统通过采集离子流电场与导线表面场强，并建立对应关系，通过考虑环境干扰水平获得起晕场强；所述方法及系统适应性强，符合实验数据特性规律，有利于在电晕笼内有步骤地开展大量直流导线的起晕场强试验，更是对真型分裂导线起晕特性的研究做好技术储备。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明具体实施方式的一种基于地面合成电场测量数据的起晕判定方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式的半对数线图中线性拟合曲线与环境干扰水平相交确定起晕场强的示意图；

图3为本发明具体实施方式的半对数线图中对数拟合曲线与环境干扰水平相交确定起晕场强的示意图；

图4为本发明具体实施方式的一种基于地面合成电场测量数据的起晕判定系统的结构图；

图5为本发明具体实施方式的一种电场传感器阵列的布置示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为本发明具体实施方式的一种基于地面合成电场测量数据的起晕判定方法的流程图；如图1所示，所述方法包括：

步骤110，采集线路周边预设的多个位置的合成电场数据；

具体的，在本实施例中，利用电晕笼这一试验平台，通过采集电晕笼内实际的地面合成电场测量数据，实现对导线起晕场强的判定；在所述电晕笼内，预先设置了多个位置的电场传感器用于采集合成电场；具体的：

通过在电晕笼中预设位置的电场传感阵列采集多个位置的原始合成电场信号；

对所述原始电场信号进行模数转换，转化为数字信号，获得合成电场数据。

一般的，本方法对应的系统设置于远离电晕笼的位置，故通过预先铺设连接的光纤传输所述合成电场数据。

步骤120，根据预设规则对所示合成电场数据进行分析处理，获得离子流电场对数数据；

对于原始的合成电场数据，可能存在异常点会影响后续曲线拟合的准确性，故需对数据进行初步的处理；所述剔除异常数据所用的方法包括拉布斯准则法、狄克逊准则法以及肖维勒准则法；可根据需求选择其中的一种或几种准则方法实现异常数据的剔除；具体的：

步骤121，按照预设比例提取每一个位置的合成电场数据，并根据与位置对应的预设的权重值，对所述每个位置的合成电场进行加权计算，获得加权合成电场数据；

为了提高运算效率，可以不使用全部的合成电场数据，而按照一定的比例提取，所述的一定比例可以50％，也可以使用全部数据将比例设置为100％；

同时，因所述电场传感器阵列设置在电晕笼中不同的位置，与导线的相对位置也不同，其测得的合成电场需要通过一定的换算才能具有可比性，故需要通过感觉位置确定的预设的权重值，实现加权计算。

步骤122，根据预设方法对所述加权合成电场数据进行判断，剔除异常数据；

特别的，设置异常次数阈值，当任一位置对应的加权合成电场数据的异常次数在预设的时间段内达到异常次数阈值，则丢弃该测量位置所有的加权合成电场数据。

步骤123，消除零点误差，并对每次测量的多个位置的加权合成电场数据取平均值，获得处理后的合成电场数据；

步骤124，将所述处理后的合成电场数据变换得到离子流电场数据，并对所述离子流电场数据做对数变换，得到离子流电场对数数据。

步骤130，计算获得所述合成电场数据对应每种工况下的表面场强；

所述表面场强的计算方法包括有限元法、模拟电荷法以及公式法。

计算获得的所述表面场强，与离子流电场对数数据一一对应；

步骤140，建立以表面场强为横坐标、以离子流电场对数数据为纵坐标的半对数坐标系，获得多个测量点的半对数线图；

通过上一步骤计算获得的所述表面场强，与离子流电场对数数据一一对应，形成多个测量点，标记在半对数线图中。

步骤150，对所述多个测量点进行曲线拟合，获得拟合曲线；

根据数据的实际特性，在进行曲线拟合时，进行分段的曲线拟合；在导向刚进入起晕状态时，离子流数据虽表面场强稳定增长，呈线性形式；在全面起晕后，在半对数线图中趋势相对放缓，应使用对数形式拟合；

在曲线拟合与对数拟合之间，具有分段曲线的分界点；

所述曲线拟合分界点的计算公式为：

其中，e′i为第i个测量点的离子流电场对数值，ei为第i个测量点的导线表面场强。

分界点经大量试验数据统计，一般选取值为0.003。

对横坐标小于等于所述分界点横坐标的多个测量点进行线性拟合；

对横坐标大于等于所述分界点横坐标的多个测量点进行对数拟合。

步骤160，根据预设规则确定环境干扰水平，通过所述环境干扰水平与拟合曲线的交点，确定起晕场强。

所述的环境干扰水平，是指所述半对数线图中与纵坐标交点为常数且平行于横坐标的直线；所述常数为以离子流电场作对数变换前标称电场数据在半对数坐标下的平均值。

在半对数线图中一般为前二至三个极小值；而因所述合成电场测量系统本身存在误差，误差区间与所述的极小值是同一个量级，故常以离子流电场为0作为所述的常数。

图2为半对数线图中线性拟合曲线与环境干扰水平相交确定起晕场强的示意图；

该图是在选取4*400mm²型号导线进行试验的实验数据；在半对数线图中环境干扰水平选取为离子流电场为0的水平线；

在离子流电场对数数据随表面场强稳定上升的部分通过线性拟合，获得了拟合曲线如虚线所示，通过与环境干扰水平(实线)的相交，确定其交点的表面场强为23.7805kv/cm；

图3为半对数线图中对数拟合曲线与环境干扰水平相交确定起晕场强的示意图；在离子流电场对数数据随表面场强逐渐平缓的部分通过对数拟合，获得了拟合曲线如虚线所示，通过与环境干扰水平(实线)的相交，确定其交点的表面场强为28.4132kv/cm；

图4为本发明具体实施方式的一种基于地面合成电场测量数据的起晕判定系统的结构图；如图4所示，所述系统包括：

数据采集单元410，所述数据采集单元410用于采集线路周边预设的多个位置的合成电场数据；

进一步的，所述数据采集单元410包括电场传感器阵列、数据预处理模块、光纤数据传送模块以及光纤数据收发模块；

如图5所示，为电场传感器阵列在电晕笼中布置的一种方式；所述电场传感器阵列根据预设设定的多个位置设置在电晕笼中；所述电场传感器阵列采集其各自位置的原始合成电场信号；

所述数据预处理模块设置在靠近电晕笼的位置，与所述电场传感器阵列相连；所述数据预处理模块用于将所述所述原始电场信号进行模数转换，获得合成电场数据；

所述光纤数据传送模块的一端与所述数据预处理模块相连，另一端与远离电晕笼位置的光纤数据收发模块相连；所述光纤数据传送模块用于将合成电场数据通过光纤线路传输到光纤数据收发模块；

所述光纤数据收发模块用于与所述数据处理单元相连，并将所述合成电场数据传输至所述数据处理单元420。

数据处理单元420，所述数据处理单元420用于根据预设规则对所示合成电场数据进行分析处理，获得离子流电场对数数据；

进一步的，所述数据处理单元420用于按照预设比例提取每一个位置的合成电场数据，并根据与位置对应的预设的权重值，对所述每个位置的合成电场进行加权计算，获得加权合成电场数据；

所述数据处理单元420用于根据预设方法对所述加权合成电场数据进行判断，剔除异常数据；

所述数据处理单元420用于消除零点误差，并对每次测量的多个位置的加权合成电场数据取平均值，获得处理后的合成电场数据；

所述数据处理单元420用于将所述处理后的合成电场数据变换得到离子流电场数据，并对所述离子流电场数据做对数变换，得到离子流电场对数数据。

进一步的，所述预设方法包括格拉布斯准则法、狄克逊准则法以及肖维勒准则法；

所述数据处理单元420用于设置异常次数阈值，当任一位置对应的加权合成电场数据的异常次数在预设的时间段内达到异常次数阈值，则丢弃该测量位置所有的加权合成电场数据。

表面场强计算单元430，表面场强计算单元430用于计算获得所述合成电场数据对应每种工况下的表面场强；

进一步的，所述表面场强计算单元430计算表面场强的方法包括有限元法、模拟电荷法以及公式法。

曲线拟合单元440，所述曲线拟合单元440用于建立以表面场强为横坐标、以离子流电场对数数据为纵坐标的半对数坐标系，获得多个测量点的半对数线图；

所述曲线拟合单元440用于对所述多个测量点进行曲线拟合，获得拟合曲线；

起晕场强确定单元450，所述起晕场强确定单元450用于根据预设规则确定环境干扰水平，通过所述环境干扰水平与拟合曲线的交点，确定起晕场强。

进一步的，所述曲线拟合单元440用于根据预设规则计算曲线拟合分界点；

所述曲线拟合单元440用于对横坐标小于等于所述分界点横坐标的多个测量点进行线性拟合；

所述曲线拟合单元440用于对横坐标大于等于所述分界点横坐标的多个测量点进行对数拟合。

进一步的，所述曲线拟合分界点的计算公式为：

其中，e′i为第i个测量点的离子流电场对数值，ei为第i个测量点的导线表面场强。

进一步的，所述起晕场强包括通过环境干扰水平与线性拟合曲线的交点对应的表面场强值、以及通过环境干扰水平与对数拟合曲线的交点对应的表面场强值。

进一步的，所述环境干扰水平为所述半对数线图中与纵坐标交点为常数且平行于横坐标的直线；所述常数为以离子流电场作对数变换前标称电场数据在半对数坐标下的平均值。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。