一种架空输电线路导线表面电场强度计算方法与流程

1.本发明涉及电场强度计算技术领域，尤其涉及一种架空输电线路导线表面电场强度计算方法。


背景技术：

2.现有架空输电线路导线表面电场强度计算方法主要以解析法为主，国内外电网广泛使用的包含：模拟电荷法、麦克斯韦系数法、连续映射法。
3.现有的由于解析法的求解特性，现有计算表面电场强度的主要方法需要进行如下假设：忽略架空输电导线弧垂效应、忽略架空输电导线股型对表面电场强度的影响、忽略架空输电导线表面积污、附着雨滴、金属凸起等对电场强度分布的影响、忽略杆塔对高压导线的临近效应、忽略地面突起或植被对电场强度的影响、忽略地面土壤导电率对电场强度计算的影响，通过上述假设之后，架空输电线路导线表面电场强度计算简化为二维平面计算，假设架空输电线路导线为无限长圆柱形结构，地面为零电位无限延伸光滑平面，整个计算可以简化为输电线路横截面上的二维电场强度计算问题。
4.但是现有技术忽略了诸多影响架空输电导线表面电场强度计算结果的影响因素，因此计算结果不够准确。尤其是对于导线表面股型和表面凸起这一关键因素，无法有效的进行计算分析，导致架空输电导线表面电场强度计算的结果无法反映实际情况，而现有电磁环境评估计算方法都以导线表面电场强度大小作为经验公式的输入量，这就导致了现有架空输电线路电磁环境评估计算的准确性受到严重影响，对于同一条输电线路使用不同的评估方法，可听噪声等电磁环境量的评估误差甚至会超过30％。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种架空输电线路导线表面电场强度计算方法，通过利用有限元方法和解析法结合对架空输电线路进行局部细节分析，提高了架空输电导线表面电场强度计算结果精度。
6.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了面向台区高频信息采集的边缘处理方法，包括：
7.获取架空输电导线的导线尺寸和电压；
8.调用圆柱型二维无限长简化模型对导线尺寸和所述电压进行计算，得到n个初始等势面，其中，n为大于1的整数；
9.从n个初始等势面选取一个初始等势面作为输入边界条件构建三维模型，并运用有限元法计算出导线在预设条件下的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，其中，预设条件包括导线股性不同、导线表面附着水和导线表面凸起；
10.迭代调整初始等势面的尺寸，并将调整后的初始等势面作为输入边界条件更新三维模型，继而更新第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，直到两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值满足预设要求，输出更新后的第一导线表面电场强度和第一电场
分布尺寸。
11.实施本实施例，获取架空输电导线的导线尺寸和电压，调用圆柱型二维无限长简化模型对导线尺寸和所述电压进行计算，得到多个初始等势面，将当前初始等势面作为输入边界条件的初始等势面构建三维模型，并运用有限元法计算出导线在预设条件下的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，迭代调整初始等势面的尺寸，并将调整后的初始等势面作为输入边界条件更新三维模型，继而更新第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，直到两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值满足预设要求，输出更新后的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，该方法通过利用解析法获取相对尺寸较小的等势面，然后进行局部有限元分析，实现了对大尺寸比结构的架空输电线路的复杂局部细节进行精细化建模和计算。
12.作为优选方案，还包括：
13.若达到预设迭代次数还不能满足预设要求，则转至迭代调整初始等势面的尺寸直至满足预设要求，输出更新后的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸。
14.作为优选方案，调用圆柱型二维无限长简化模型对导线尺寸和电压进行计算，得到n个初始等势面，具体为：
15.运用连续映射法对导线尺寸和电压进行计算得到二维平面下的第一初始等势面；
16.运用模拟电荷法根据弧垂效应对导线尺寸和所述电压的影响得到二维平面下的第二初始等势面。
17.作为优选方案，调整初始等势面的尺寸，具体为：
18.将初始等势面作为输入边界条件构建复杂三维模型后得到进行计算得到尺寸比；
19.将初始等势面的尺寸比缩小10％得到调整后的等势面。
20.作为优选方案，直到两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值满足预设要求，具体为：
21.两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值小于1％。
22.作为优选方案，为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供了一种架空输电线路导线表面电场强度计算装置，包括数据获取模块、初始等势面计算模块、三维模型构建模块和调整模块，
23.其中，数据获取模块用于获取架空输电导线的导线尺寸和电压；
24.初始等势面计算模块用于调用圆柱型二维无限长简化模型对导线尺寸和所述电压进行计算，得到n个初始等势面，其中，n为大于1的整数；
25.三维模型构建模块用于从n个初始等势面选取一个初始等势面作为输入边界条件构建三维模型，并运用有限元法计算出导线在预设条件下的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，其中，预设条件包括导线股性不同，导线表面附着水和导线表面凸起；
26.调整模块用于迭代调整所述初始等势面的尺寸，并将调整后的初始等势面作为输入边界条件更新所述三维模型，继而更新第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，直到两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值满足预设要求，输出更新后的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸。
27.作为优选方案，初始等势面计算模块包括第一等势面单元和第二等势面单元，
28.第一等势面单元用于运用连续映射法对导线尺寸和电压进行计算得到二维平面
下的第一初始等势面；
29.第二等势面单元用于运用模拟电荷法根据弧垂效应对导线尺寸和电压的影响得到二维平面下的第二初始等势面。
30.作为优选方案，调整模块包括尺寸比单元和调整单元，
31.其中，尺寸比单元用于将初始等势面作为输入边界条件构建三维模型后得到进行计算得到尺寸比；
32.调整单元用于将初始等势面的尺寸比缩小10％得到调整后的等势面。
33.作为优选方案，为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供了架空输电线路导线表面电场强度计算设备，包括：存储器，用于存储计算机程序，处理器，用于执行所述计算机程序时实现如本发明实施例所示的架空输电线路导线表面电场强度计算方法。
34.作为优选方案，为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供了一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例所示的架空输电线路导线表面电场强度计算方法的步骤。
35.本发明具有以下有益效果：
36.获取架空输电导线的导线尺寸和电压，调用圆柱型二维无限长简化模型对导线尺寸和所述电压进行计算，得到多个初始等势面，将当前初始等势面作为输入边界条件的初始等势面构建三维模型，并运用有限元法计算出导线在预设条件下的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，迭代调整初始等势面的尺寸，并将调整后的初始等势面作为输入边界条件更新三维模型，继而更新第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，直到两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值满足预设要求，输出更新后的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸。该方法通过利用解析法获取相对尺寸较小的等势面，然后进行局部有限元分析，实现了对大尺寸比结构的架空输电线路的复杂局部细节进行精细化建模和计算。
附图说明
37.图1：为本发明提供的架空输电线路导线表面电场强度计算方法的一种实施例的流程示意图；
38.图2：为本发明提供的架空输电线路导线表面电场强度计算方法的一种实施例的处理流程示意图；
39.图3：为本发明提供的架空输电线路导线表面电场强度计算装置的一种实施例的装置结构示意图。
具体实施方式
40.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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.实施例一
42.请参照图1，为本发明实施例提供的架空输电线路导线表面电场强度计算方法，该
架空输电线路导线表面电场强度计算方法包括步骤101至步骤105，各步骤具体如下：
43.步骤101：获取架空输电导线的导线尺寸和电压。
44.在本实施例中，获取架空输电导线的导线尺寸和电压。
45.步骤102：调用圆柱型二维无限长简化模型对所述导线尺寸和所述电压进行计算，得到n个初始等势面，其中，n为大于1的整数。
46.可选的，调用圆柱型二维无限长简化模型对所述导线尺寸和所述电压进行计算，得到n个初始等势面，具体为：
47.运用连续映射法对所述导线尺寸和电压进行计算得到二维平面下的第一初始等势面；
48.运用模拟电荷法根据弧垂效应对导线尺寸和所述电压的影响得到二维平面下的第二初始等势面。
49.在本实施例中，如图2所示，首先对圆柱型二维无限长简化模型运用模拟电荷法和连续映射法计算导线周围电势分布特性，获取不同电位的等势面几何形状，并优化选取特定电压等级的等势面作为有限元仿真计算的输入边界条件，运用连续映射法对所述导线尺寸和电压进行计算得到二维平面下的等势面，运用模拟电荷法根据弧垂效应对导线尺寸和所述电压的影响得到二维平面下的等势面。使用解析法能有效对大尺寸比，即计算域与计算域内最小几何尺寸，在架空输电线路导线表面电场强度计算中即为杆塔总体尺寸与导线外径之比的几何模型进行电场强度和电位分布计算，
50.步骤103：从n个初始等势面选取一个初始等势面作为输入边界条件构建三维模型，并运用有限元法计算出导线在预设条件下的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，其中，预设条件包括导线股性不同，导线表面附着水和导线表面凸起。
51.在本实施例中，将当前初始等势面作为输入边界条件的初始等势面构建三维模型，从局部复杂结构对导线进行精细化计算。运用有限元法计算出导线在导线股性不同、导线表面附着水和导线表面凸起条件下的导线表面电场强度和电场分布尺寸，得到了第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸。
52.步骤104：迭代调整初始等势面的尺寸，并将调整后的初始等势面作为输入边界条件更新三维模型，继而更新第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，直到两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值满足预设要求，输出更新后的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸。
53.可选的，还包括：
54.若达到预设迭代次数还不能满足预设要求，则转至迭代调整初始等势面的尺寸直至满足预设要求，输出更新后的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸。
55.可选的，调整初始等势面的尺寸，具体为：
56.将初始等势面作为输入边界条件构建复杂三维模型后得到进行计算得到尺寸比；
57.将初始等势面的尺寸比缩小10％得到调整后的等势面。
58.可选的，直到两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值满足预设要求，具体为：
59.两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值小于1％。
60.在本实施例中，在得到第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸后，将初始等
势面的尺寸缩小10％，在更小的等势面范围内计算导线表面电场强度。将尺寸缩小后的等势面作为输入边界条件的等势面重新构建三维模型，并运用有限元法计算出导线在导线股性不同、导线表面附着水和导线表面凸起条件下的更新后的第一导线表面电场强度和更新后的第一电场分布尺寸，比较两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值，如果差异值小于1％，则判断得到更新后的等势面为最佳计算边界，并输出更新后的第一导线表面电场强度和更新后的第一电场分布尺寸，如果达到预设迭代次数还不能满足预设要求，则从n个初始等势面选取一个初始等势面选择一个作为输入边界条件构建三维模型，然后迭代将该初始等势面的尺寸缩小10％直至满足预设要求，输出更新后的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸。
61.实施例二
62.相应地，参见图3，图3是本发明提供的架空输电线路导线表面电场强度计算装置结构示意图，如图所示，该架空输电线路导线表面电场强度计算装置，包括数据获取模块301、初始等势面计算模块302、三维模型构建模块303和调整模块304，其中，各模块具体单元如下：
63.其中，数据获取模块301用于获取架空输电导线的导线尺寸和电压；
64.初始等势面计算模块302用于调用圆柱型二维无限长简化模型对所述导线尺寸和所述电压进行计算，得到n个初始等势面，其中，n为大于1的整数；
65.三维模型构建模块303用于从n个初始等势面选取一个初始等势面作为输入边界条件构建三维模型，并运用有限元法计算出导线在预设条件下的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，其中，预设条件包括导线股性不同、导线表面附着水和导线表面凸起；
66.调整模块304用于迭代调整初始等势面的尺寸，并将调整后的初始等势面作为输入边界条件更新三维模型，继而更新第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，直到两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值满足预设要求，输出更新后的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸。
67.可选的，初始等势面计算模块302包括第一等势面单元3021和第二等势面单元3022，
68.第一等势面单元3021用于运用连续映射法对所述导线尺寸和所述电压进行计算得到二维平面下的第一初始等势面；
69.第二等势面单元3022用于运用模拟电荷法根据弧垂效应对所述导线尺寸和所述电压的影响得到二维平面下的第二初始等势面。
70.可选的，调整模块304包括尺寸比单元3041和调整单元3042，
71.其中，尺寸比单元3041用于将初始等势面作为输入边界条件构建复杂三维模型后得到进行计算得到尺寸比；
72.调整单元3042用于将初始等势面的尺寸比缩小10％得到调整后的等势面。
73.实施例三
74.相应地，本发明提供的架空输电线路导线表面电场强度计算设备，包括：处理器和存储器，
75.存储器中存储有计算机程序，且计算机程序被配置为由处理器执行，处理器执行如本技术的实施例一所示的架空输电线路导线表面电场强度计算方法对应的操作。
76.实施例四
77.相应地，本发明提供了一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一所示的架空输电线路导线表面电场强度计算方法的步骤。
78.相比于现有技术，本发明通过获取架空输电导线的导线尺寸和电压，调用圆柱型二维无限长简化模型对导线尺寸和所述电压进行计算，得到多个初始等势面，将当前初始等势面作为输入边界条件的初始等势面构建三维模型，并运用有限元法计算出导线在预设条件下的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，迭代调整初始等势面的尺寸，并将调整后的初始等势面作为输入边界条件更新三维模型，继而更新第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸，直到两次迭代之间的第一导线表面电场强度的差值满足预设要求，输出更新后的第一导线表面电场强度和第一电场分布尺寸。该方法通过利用解析法获取相对尺寸较小的等势面，然后进行局部有限元分析，实现了对大尺寸比结构的架空输电线路的复杂局部细节进行精细化建模和计算。
79.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。