The invention discloses a DC transmission line characteristics for calculation of ion flow field method can be used in DC ion flow field calculation of line crossing, the ground around the building, and around the insulator etc.. The distribution of space electric field and space charge first given a hypothesis, and then by the space charge by the Poisson equation to calculate the electric field distribution of the new features, painting line; by the new space electric field distribution along the line on the line to solve the characteristic charge characteristics by ion flow equation and current continuity equation; so until the iteration. Before and after the two space charge distribution in the allowable error range, according to the calculation of total electric field and ion current density distribution of charge. Compared with the Deutsch hypothesis method, the invention considers the influence of space charge, and the calculation result is more accurate; compared with the finite element method, the efficiency of charge regeneration is greatly increased, and the calculation efficiency is obviously better than that of the finite element method.
【技术实现步骤摘要】
一种计算直流输电线路三维离子流场的特征线方法
本专利技术涉及高电压输电技术和电磁场计算领域,尤其涉及一种计算直流输电线路三维离子流场的特征线方法,其用于计算交叉跨越、地面存在建筑、绝缘子周围等直流输电线路由于电晕造成的三维离子流场。
技术介绍
在特高压直流输电工程的建设过程中,线路的电磁环境是关系系统设计、建设以及运行的重大问题。由于线路的电晕现象,周围的空气发生电离形成带电粒子。在双极导线之间和极导线与大地之间的整个区域内,将充满空间电荷,对由导线电荷产生的标称电场产生畸变作用,总体上的效应使合成电场增加。当空间电荷运动到地面后被地面吸收,就形成了离子流密度。这就是直流输电线路的离子流场。一般简单地考虑输电线路的物理模型,可以将离子流场问题视为一个二维问题。目前针对直流输电线路的二维离子流场计算方法已经有很多。然而考虑到线路下方跨越建筑物、植被、农业大棚等各种物体时,离子流场受其影响的畸变,准确的计算需要在三维尺度下进行。从方程形式上来说,三维离子流场的控制方程与二维时没有本质区别,因此目前三维离子流场的计算方法都从二维发展而来,分为基于Deutsch假设的解法和有限元数值解法。2010年,华北电力大学的罗兆楠等人,仍以Deutsch假设在三维下计算了输电线路下方的建筑物附近的合成电场,同时,将方法应用到了跨越森林植被时,合成电场对树木灼伤安全净空距离的确定,以及人体模型感知的合成电场和离子流密度。在有限元数值解法上,2011年,甄永赞等人以二维上流有限元法为基础,发展了三维上流有限元法,提出一种按照电荷运动方向更新节点电荷密度的方法。但计算时,仅在建筑 ...
【技术保护点】
一种计算直流输电线路三维离子流场的特征线方法,其特征在于,包括:步骤1、空间网格剖分;步骤2、基于给定的线路参数,用模拟电荷法求解标称电场,并对节点电荷密度初始化;步骤3、根据节点电荷密度计算合成电场强度,画特征线;步骤4、沿步骤3中的特征线,求解特征线上的电荷分布,更新节点电荷密度;步骤5、重复步骤3、步骤4进行迭代,并比较前后两次电荷密度;若在允许的误差范围内,则认为达到稳定解,此时的电荷密度为离子流场的电荷分布;否则,修正节点电荷密度,返回步骤2;步骤6、根据电荷分布进行后处理,所述后处理包括合成电场和离子流密度的计算。
【技术特征摘要】
1.一种计算直流输电线路三维离子流场的特征线方法,其特征在于,包括:步骤1、空间网格剖分;步骤2、基于给定的线路参数,用模拟电荷法求解标称电场,并对节点电荷密度初始化;步骤3、根据节点电荷密度计算合成电场强度,画特征线;步骤4、沿步骤3中的特征线,求解特征线上的电荷分布,更新节点电荷密度;步骤5、重复步骤3、步骤4进行迭代,并比较前后两次电荷密度;若在允许的误差范围内,则认为达到稳定解,此时的电荷密度为离子流场的电荷分布;否则,修正节点电荷密度,返回步骤2;步骤6、根据电荷分布进行后处理,所述后处理包括合成电场和离子流密度的计算。2.如权利要求1所述的计算直流输电线路三维离子流场的特征线方法,其特征在于,该直流输电线路三维离子流场基于下述三个方程:泊松方程:▽·E=(ρ+-ρ-)/ε0(1)式中,E是合成电场强度,ρ+和ρ-分别是正、负电荷密度,ε0是空气介电常数;离子流方程:式中,J+和J-分别是正、负离子流密度,k+和k-分别为正、负离子迁移率,W为矢量,表示风速;电流连续性方程:式中,R是正负离子的复合系数,e是电子电荷量1.602×10-19C。3.如权利要求2所述的计算直流输电线路三维离子流场的特征线方法,其特征在于,在步骤4中,根据式(12)、(13)求解特征线上的电荷分布,其具体推导方法为:以式(1)~(3)为基本方程,进行特征线法求解的方程推导;由于正、负电荷的方程类似,仅给出正电荷方程的推导过程,负电荷方程可同理得出;把式(2)代入(3),得到:若风速W为常数,将式(1)代入式(4)中,消去▽·E,得到:因此,得到关于ρ+和ρ-的梯度方程:
【专利技术属性】
技术研发人员:张波,何金良,莫江华,肖凤女,曾嵘,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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