UHVAC输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种UHVAC输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法：S1建立三维工频电场屏蔽效果分析计算模型；S2设立屏蔽效果阀值和屏蔽线优化目标函数；S3计算架设屏蔽线时敏感区域的三维工频电场；S4判断敏感区域周围工频电场是否满足限值要求，如果不满足要求，对屏蔽线的位置、根数及长度进行优化调整，直至敏感区域满足限值要求；S5重复调整屏蔽线状态直至屏蔽线总长度最小且敏感区域满足限值要求；S6针对实际线路提出最优的屏蔽方案。本发明专利技术基于模拟电荷法,可对特高压交流输电线路地面三维工频电场进行屏蔽效果分析与优化，不仅能保证获得最优的屏蔽效果，还能够减少屏蔽线使用材料，在实际工程中具有很好的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工频电场领域，特别是一种UHVAC(Ultra High Voltage Alternating Current：特高压交流)输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法及系统。
技术介绍
近年来，特高压交流输电技术在我国获得了快速发展，大规模的特高压交流输电线工程相继开工建设。与此同时，由此引发的电磁环境影响也收到了额公众的广泛关注。由于特高压交流输电线路电压等级高，跨度大，线路下方的工频电场敏感点相对来说也较多。在特高压交流输电线路运行过程中，如果线路下方敏感点的工频电场值超过了电磁环境控制限值，就需要采取措施来降低工频电场值。目前常用的有效方法是采用架设屏蔽线的方式来实现。但是，目前有关工频电场的屏蔽分析均是在二维情况下进行的。然而，在工程实际中，特高压交流输电线路下方会存在多个工频电场敏感点，情况较为复杂。如果采用简单的二维屏蔽来开展分析，往往无法获得最优的屏蔽效果。因此，开展特高压架空交流输电线路地面三维工频电场屏蔽分析将具有非常重要的实际意义，可以为相关工程实际提供技术参考。因此，需要一种特高压架空交流输电线路地面三维工频电场屏蔽分析与优化方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种UHVAC输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法及系统。本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的：本专利技术提供的UHVAC输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法，包括以下步骤：S1建立三维工频电场屏蔽效果分析计算模型；S2设置屏蔽效果第一阈值和屏蔽线优化目标函数；S3利用模拟电荷法计算架设屏蔽线时敏感区域的三维工频电场；S4判断敏感区域周围工频电场是否满足第一阈值，如果不满足，则调整屏蔽线的状态，然后重新计算调整后的敏感区域的三维工频电场，直至获得满足第一阈值；S5如果满足第一阈值，通过调整屏蔽线的状态并求取屏蔽线优化目标函数的最小值；S6输出屏蔽线的状态作为最优屏蔽方案。进一步，所述屏蔽线的状态包括屏蔽线的位置、根数和长度；所述敏感区域为公众活动区域；所述第一阈值为电磁环境控制限值的公众曝露限值。进一步，所述屏蔽线优化目标函数为屏蔽线长度求和函数；具体形式如下：L＝l1+l2+...lnm1＝f(l1,l2,...ln)m2＝f(l1,l2,...ln)…mm＝f(l1,l2,...ln)m1,m2,...mn＜4l1,l2..........ln≥0求min(L)，式中，L为屏蔽线的总长度，l1,l2,...ln为分段屏蔽线的长度，m1,m2,...mn为敏感点或者敏感区域。进一步，所述三维工频电场屏蔽效果分析计算模型中初始值设置过程包括以下步骤：确定线路及坐标参数、工频电场敏感区域大小和位置参数；确定屏蔽线位置初始值、根数初始值、长度初始值和初始布置形式。进一步，所述利用模拟电荷法计算架设屏蔽线时敏感区域的三维工频电场，包括如下步骤：S51：将具有悬链线形式的输电线路分割成一定数目的微元段；同时将屏蔽线分割成一定数目的微元段；S52：依据镜像原理，在输电线路和屏蔽线上按照分割的微元段来设置模拟线电荷；S53：选择其中一个模拟线电荷微元建立局部坐标系，在局部坐标系(o'-x'y'z')中，以微元段所在的直线为z轴建立局部坐标系；在建立局部坐标系时选择z轴与微元段所在直线重合，微元线电荷起点为z0，终点为z1；S54：在局部坐标系内，形成电位系数矩阵，根据叠加原理构建模拟电荷方程组，并根据模拟电荷的方程组求解模拟电荷的大小；其中，模拟电荷方程组为：其中：为输电导线上匹配点电位；为屏蔽线上匹配点电位；Q1…Qn为输电导线上设置的模拟线电荷；Qn+1…Qn+m为屏蔽线上的设置的模拟线电荷；P11....P(n+m)(n+m)为模拟线电荷及镜像线电荷形成的电位系数；所述模拟线电荷及镜像线电荷形成的电位系数采用如下方法求出： p i j = 1 4 π ϵ { ln [ ( z j 1 - z i ) + x i 2 + y i 2 + ( z j 1 - z i ) 2 ] - ln [ ( z j 0 - z i ) + x i 2 + y i 2 + ( z j 0 - z i ) 2 ]本文档来自技高网...

【技术保护点】
UHVAC输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法,其特征在于：包括以下步骤：S1建立三维工频电场屏蔽效果分析计算模型；S2设置屏蔽效果第一阈值和屏蔽线优化目标函数；S3利用模拟电荷法计算架设屏蔽线时敏感区域的三维工频电场；S4判断敏感区域周围工频电场是否满足第一阈值，如果不满足，则调整屏蔽线的状态，然后重新计算调整后的敏感区域的三维工频电场，直至获得满足第一阈值；S5如果满足第一阈值，通过调整屏蔽线的状态并求取屏蔽线优化目标函数的最小值；S6输出屏蔽线的状态作为最优屏蔽方案。

【技术特征摘要】
1.UHVAC输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法,其特征在于：包括以下步骤：S1建立三维工频电场屏蔽效果分析计算模型；S2设置屏蔽效果第一阈值和屏蔽线优化目标函数；S3利用模拟电荷法计算架设屏蔽线时敏感区域的三维工频电场；S4判断敏感区域周围工频电场是否满足第一阈值，如果不满足，则调整屏蔽线的状态，然后重新计算调整后的敏感区域的三维工频电场，直至获得满足第一阈值；S5如果满足第一阈值，通过调整屏蔽线的状态并求取屏蔽线优化目标函数的最小值；S6输出屏蔽线的状态作为最优屏蔽方案。2.如权利要求1所述的UHVAC输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法，其特征在于：所述屏蔽线的状态包括屏蔽线的位置、根数和长度；所述敏感区域为公众活动区域；所述第一阈值为电磁环境控制限值的公众曝露限值。3.如权利要求1所述的UHVAC输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法，其特征在于：所述屏蔽线优化目标函数为屏蔽线长度求和函数；具体形式如下：L＝l1+l2+...lnm1＝f(l1,l2,...ln)m2＝f(l1,l2,...ln)...mm＝f(l1,l2,...ln)m1,m2,...mn＜4l1,l2..........ln≥0求min(L)，式中，L为屏蔽线的总长度，l1,l2,...ln为分段屏蔽线的长度，m1,m2,...mn为敏感点或者敏感区域。4.如权利要求1所述的UHVAC输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法，其特征在于：所述工频电场三维屏蔽效果分析计算模型中初始值设置过程包括以下步骤：确定线路及坐标参数、工频电场敏感区域大小和位置参数；确定屏蔽线位置初始值、根数初始值、长度初始值和初始布置形式。5.如权利要求1所述的UHVAC输电线路地面工频电场三维屏蔽分析与优化方法，
\t其特征在于：所述利用模拟电荷法计算架设屏蔽线时敏感区域的三维工频电场，包括如下步骤：S51：将具有悬链线形式的输电线路分割成一定数目的微元段；同时将屏蔽线分割成一定数目的微元段；S52：依据镜像原理，在输电线路和屏蔽线上按照分割的微元段来设置模拟线电荷；S53：选择其中一个模拟线电荷微元建立局部坐标系，在局部坐标系(o'-x'y'z')中，以微元段所在的直线为z轴建立局部坐标系；在建立局部坐标系时选择z轴与微元段所在直线重合，微元线电荷起点为z0，终点为z1；S54：在局部坐标系内，形成电位系数矩阵，根据叠加原理构建模拟电荷方程组，并根据模拟电荷的方程组求解模拟电荷的大小；其中，模拟电荷方程组为：其中：为输电导线上匹配点电位；为屏蔽线上匹配点电位；Q1…Qn为输电导线上设置的模拟线电荷；Qn+1…Qn+m为屏蔽线上的设置的模拟线电荷；P11….P(n+m)(n+m)为模拟线电荷及镜像线电荷形成的电位系数；所述模拟线电荷及镜像线电荷形成的电位系数采用如下方法求出： p i j = 1 4 π ϵ { ln [ ( z j 1 - z i ) + x i 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹岸新，徐禄文，宫林，胡晓锐，王谦，吴高林，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50