专利名称：直流输电线路地面合成电场计算方法
技术领域：
本发明属于高压输变电工程电磁兼容领域，具体地讲是一种预测直流输电线路直流合成场的方法。
背景技术：
近年来我国直流输电线路建设快速发展，直流输电线路周围的电磁环境问题愈来愈引起人们的关注。合成场是直流输电线路的主要电磁环境参数，预测直流线路下的地面合成场已成为线路导线选型的一项重要工作。目前计算直流合成场的方法主要分有限元法和模拟电荷法。采用模拟电荷法计算直流合成场较为方便，可以很好的对线路下方直流合成场的分布进行预测，但是由于该方法计算模型考虑的比较简便，结果的精度不高。采用有限元法计算直流合成场时，模型的各个细节考虑的较为细致，可以将各影响因子的影响机理在建模的过程中体现，但由于本身影响直流合成场的因素较多，建模过程比较复杂，且建模过程中对各个细节的把握不同，得出的结果也不尽相同。因此，获得一种和实测结果比较接近的有限元计算方法、确定直流合成场不同影响因子的取值成为准确预估直流合成场的趋势。
发明内容
本发明的目的是从直流输电线路直流合成场产生机理出发，采用有限元法进行建模，预测直流输电线路地面合成场。在建模过程中，利用子域提高了导线表面电场计算精度；利用数学方法，推算了有空间电荷情况下的电场，最终获得了更加精确的直流输电线路地面合成电场计算方法。为了实现上述目的，本发明所采用的方法是一种直流输电线路地面合成电场计算方法，该方法首先采用有限元的方法对实际输电线路进行建模，计算直流线路地面的合成场，在建模过程中，用子域提高了导线表面电场计算精度；利用数学方法，推算有空间电荷情况下的电场，最终获得了更加精确的地面合成场计算方法。其具体步骤是第一步骤通过有基本的限元法建模，计算直流输电线路下的直流合成场；第二步骤建模过程中，利用子域提高导线表面电场计算精度；第三步骤利用数学方法，推算了有空间电荷情况下的电场。通过试验所获得的试验数据证明，本发明具有较高准确性，可应用于今后直流高压输电线路直流合成场的计算。
图1为子算域剖分例。图2为不同极性导线之间的某一电力线。
图3为场强沿不同极性导线间电力线的变化。图4为电场沿交流导线与直流导线间电カ线的变化。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进ー步详细的说明，但该实施例不应理解为对 本发明的限制。本发明首先采用有限元的方法对实际输电线路进行建摸，计算直流线路地面的合 成场，在建模过程中，用子域提高了导线表面电场计算精度；利用数学方法，推算了有空间 电荷情况下的电场。具体为(1)公式推导及求解概述由Gauss定理可得出V-E= -^)/ M-1)由徙动电荷形成电流的机理可得出J. = P+[M+E -㈤+/p+)Vp+ + W]( 1-2 )J. = A[M.E + (D. ip.)Vp_ - W]n-3)由电流连续性可得出V* j+ =/qe( 1_4 )V j. =Ri^+/3_/qe(j = j++j_ (1-6)V'J = 0( 1-7 )将(1-2)(1-3)分別代入(1-4)和(1-5)得出V [(M+E + W)p+ - D+Vp+ ] + Rtp+p_ / qe(1—8)V_[(M.E)-W)p.+D.Vp_] - RiAP-Zqe(1-9)式中P +和P —分别为正、负空间电荷密度.M+和M-分别为正、负离子的迁移率.D+和D-分别为正、负离子的扩散系数.P+，qe为ー个电子的电量.W为风速.J+和j-分别为正、负离子徙动所致电流密度.以上方程中，有三个未知量，E，P +和P -，(1-1)，(1-8)和(1-9)可作为联立方程
求这三个变量。将(1-1)，(1-8)和(1-9)写为MATLAB所要求的标准格式如下
权利要求
1.一种直流输电线路地面合成电场计算方法，该方法采用有限元的方法对实际输电线路进行建模，计算直流输电线路地面的合成场，在建模过程中，用子域提高了导线表面电场计算精度；利用数学方法，推算了有空间电荷情况下的电场，最终获得了更加精确的地面合成场计算方法。
2.如权利要求1所述的直流输电线路地面合成电场计算方法，其特征在于所述方法具体为第一步骤建模计算计算中忽略了扩散的影响，将以下公式 V · [(M+E + W)p+ - D+Vp+ ] + RiP+P_ / qe V_[(M.E)-W)p. +D.VpJ-RiA/J./qe转为一阶非线性偏微分方程，并采用了“空间电荷只影响电场的大小而不影响电场的方向”的Deutsch假设，只对一个通量管进行计算，将二维空间作为一维处理，公式中 P +和P-分别为正、负空间电荷密度； M+和M-分别为正、负离子的迁移率； D+和D-分别为正、负离子的扩散系数.P + ; qe为一个电子的电量； W为风速；J+和j_分别为正、负离子徙动所致电流密度； 第二步骤利用子域提高导线表面电场计算精度对每条相(极)导线设置子算域以计算其表面场强，其外边界结点电位用电位系数法计算，导线电位设为运行电压；在整体计算中，相(极)导线则以等值导线代替； 第三步骤推算有空间电荷情况下的电场采用两个条件来判断计算结果是否合理，其一是终点的场强是否等于负极性导线的起晕场强，其二是沿电力线全长对场强的积分是否等于极间电压，当两者都满足允许误差时， 即认可计算结果。
全文摘要
本发明涉及一种直流输电线路地面合成电场计算方法，该方法采用有限元的方法对实际输电线路进行建模，计算直流输电线路地面的合成场，在建模过程中，用子域提高了导线表面电场计算精度；利用数学方法，推算了有空间电荷情况下的电场，最终获得了更加精确的地面合成场计算方法。通过试验所获得的试验数据证明，本发明具有较高准确性，可应用于今后直流高压输电线路直流合成场的计算。
文档编号G06F17/50GK102508964SQ20111034294
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者周兵, 张建功, 张泽平, 邬雄, 陈豫朝 申请人:国网电力科学研究院