一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法技术

本发明专利技术公开了一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法，首先建立架设屏蔽线时合成电场计算模型；设置合成电场地面敏感点；基于矩量法计算架设屏蔽线地面敏感点的合成电场；然后判断地面敏感点的合成电场是否满足预设限值，如果不满足，则对屏蔽线的位置、根数进行优化调整，直至地面敏感点的合成电场满足预设限值；如果满足，则存储屏蔽线的初始根数及初始位置；循环重复在保证合成电场满足预设限值的条件下对屏蔽线的根数及位置开展进一步优化，最后，提出最优的屏蔽方法。本发明专利技术基于Deutecsh假设原理并结合矩量法，可以对特高压直流输电线路地面合成电场进行屏蔽效果分析与优化，可以为相关实际工程提供技术参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合成电场领域，特别是一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法。
技术介绍
我国资源分布不均匀，负荷中心与能源基地呈逆向分布。特高压直流输电是一种适合于大容量、远距离、点对点的输电工程，在我国获得了快速发展。近年来，我国已经建成有多条特高压直流输电线路，未来还将有更多特高压直流输电线路建成。随着人们环保意识的不断增强，特高压直流输电线路的电磁环境问题越来越受到人们的关注，尤其是表征路特高压直流输电线电磁环境重要参数之一的合成电场。针对特高压直流输电线下方合成电场的分布计算，国内外学者均开展了大量的研究。其中最典型的是基于Deutsch假设的数值计算方法。该方法由于计算相对简单，且能够满足实际工程的需要，被列入了国家电力行业标准《高压直流架空送电线路技术导则》(DL436-91)之中。然而，在实际工程中，对于已经运行的特高压直流输电线路的合成电场分布如果超过相关标准限值的控制措施研究，国内外还未见相关报道。随着今后我国大规模开展特高压直流输电线路建设，类似问题将有可能的遇到。因此，需要一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种特高压直流输电线路地面二维合成电场屏蔽分析方法，能够将输电线路所经过区域的地面情况均考虑到计算因素中，提高对输电线路的电磁环境评估的准确性。本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的：本专利技术提供的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法，包括以下步骤：S1.建立架设屏蔽线时合成电场计算模型；S2.设置合成电场地面敏感点；S3.计算架设屏蔽线地面敏感点的合成电场；S4.判断地面敏感点的合成电场是否满足预设限值，如果不满足，则对屏蔽线的位置、根数进行优化调整，直至地面敏感点的合成电场满足预设限值；S5.如果满足，则存储屏蔽线的初始根数及初始位置；S6.循环重复在保证合成电场满足预设限值的条件下对屏蔽线的根数及位置开展进一步优化；S7.提出最优的屏蔽方法。进一步，所述屏蔽线合成电场计算模型包括确定线路坐标参数，初始化屏蔽线根数及位置。进一步，所述屏蔽线合成电场计算模型采用基于Deutecsh假设原理并结合矩量法来计算架设屏蔽线时地面的合成电场，具体步骤如下：S31.将输电导线表面和屏蔽线表面离散成分段的线电荷；S32.选定导线表面任意一个计算点，利用矩量法所求的标称电场确定从该点出发截至地面或者屏蔽线表面的电力线；S33.设定输电导线表面的电荷密度初值，并求出从输电导线表面起且沿电力线的空间各点的电荷密度和标量函数；S34.更新导线表面电荷密度，直至空间电荷密度平均值满足限定条件；S35.根据求得的电荷密度和标量函数计算敏感点处的合成电场。进一步，步骤S32中利用矩量法所求的标称电场确定从计算点出发的电力线，具体步骤如下：S321.依据镜像原理设置相应的镜像电荷并建立二维电场积分数学模型的离散方程；S322.然后选定基函数为分域脉冲函数，按照配点法选权函数并在每个积分域求内积，形成矩阵方程；S323.求解矩阵方程，计算电荷分布；S324.计算匹配点误差，如果误差不满足要求,返回步骤S31重新对场源离散并设置离散线电荷；如果满足要求进行下一步；S325.设定步长,利用步骤S323中所求的电荷分布来确定步长终点坐标为：x(i+1)＝x(i)+step*Ex(i)/(Ex2+Ey2)0.5 (1)y(i+1)＝y(i)+step*Ey(i)/(Ex2+Ey2)0.5 (2)式(1)(2)中，step为所选步长的大小，x(i)、y(i)为步长起点坐标；即地面 计算点，x(i+1)、y(i+1)为步长终点坐标；Ex,Ey为步长起点处x，y二个方向的标称电场；S326.将每一步长的终点作为下一步长的起点，重复步骤S325直至步长终点的标称电位满足边界条件，连接每一步的步长终点，绘制从输电导线表面至步长终点的电力线；S327.重新选定导线表面任意一个计算点，重复步骤S325、S326直至所有导线表面计算点发出电力线绘制完毕。进一步，所述步骤S321中二维电场积分数学模型离散方程的建立按照以下公式进行：其中为场点矢量，输电导线线源矢量，输电导线表面线源镜像矢量，屏蔽线表面线源矢量，屏蔽线表面线源镜矢量，l为线电荷所存在区域，lj为镜像线电荷所在区域。进一步，所述步骤S322中的基函数按照以下公式进行选择： λ = Σ n = 1 N λ n W n - - - ( 4 ) ]]>其中，λ表示场源区的总电荷分布；λn表示离散位置上待定的电荷分布；Wn表示给定的已知系数；N表示场源离散的个数；l表示离散电荷所存在区域。进一步，所述步骤S322中权函数按照以下公式进行：其中，ωj表示离散点k处的权函数；表示场点矢径；表示离散节点的矢径；k表示离散节点；Ω表示总得离散区域；所述步骤S322中的矩阵方程的形成通过如下步骤实现：(1)将式(4)代入式(3)，得出电位积分方程的离散形式：其中，表示空间某点电位；ε表示空间介电常数；αi表示输电导线离散点i处的待定电荷分布；αj表示屏蔽线离散点j处的待定电荷分布；Wi表示输电导线离散点i处给定的已知系数；Wj表示屏蔽线离散点j处的给定的已知系数；l表示源矢量；dli表示输电导线上的积分单位；dlj表示屏蔽线上的积分单位；(2)在积分区域内对每个ωk(是否应该为ωk)与式(6)求内积，则有：其中，ωk表示离散点k处的权函数；n表示输电导线离散个数；m表示屏蔽线离散个数；(3)根据δk函数性质及式(4)将(7)简化成下式：令则有：输电导线φ所有匹配点的已知电位矩阵；所述矩阵方程的系数Pij采用式求出；所述矩阵方程的系数Pji'采用式求出。进一步，所述步骤S324中匹配点的校验误差通过求解场域边界上所有匹配点的已知电位和计算电位的差值平方之和的最小值来表示：其中，为所有离散电荷在第i个匹配点处的电位；φ0i为第i个匹配点的已知电位，导线表面φ＝U，屏蔽线上φ＝0；式(9)具有如下约束条件：离散电荷的电量为自由变量；离散电荷的位置必须在无效计算场域内： ( X Q d 1 - x 1 ) 2 + ( Y Q d 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.建立架设屏蔽线时合成电场计算模型；S2.设置合成电场地面敏感点；S3.计算架设屏蔽线地面敏感点的合成电场；S4.判断地面敏感点的合成电场是否满足预设限值，如果不满足，则对屏蔽线的位置、根数进行优化调整，直至地面敏感点的合成电场满足预设限值；S5.如果满足，则存储屏蔽线的初始根数及初始位置；S6.循环重复在保证合成电场满足预设限值的条件下对屏蔽线的根数及位置开展进一步优化；S7.提出最优的屏蔽方法。

【技术特征摘要】
1.一种特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.建立架设屏蔽线时合成电场计算模型；S2.设置合成电场地面敏感点；S3.计算架设屏蔽线地面敏感点的合成电场；S4.判断地面敏感点的合成电场是否满足预设限值，如果不满足，则对屏蔽线的位置、根数进行优化调整，直至地面敏感点的合成电场满足预设限值；S5.如果满足，则存储屏蔽线的初始根数及初始位置；S6.循环重复在保证合成电场满足预设限值的条件下对屏蔽线的根数及位置开展进一步优化；S7.提出最优的屏蔽方法。2.如权利要求1所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法，其特征在于：所述屏蔽线合成电场计算模型包括确定线路坐标参数，初始化屏蔽线根数及位置。3.如权利要求1所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法，其特征在于：所述屏蔽线合成电场计算模型采用基于Deutecsh假设原理并结合矩量法来计算架设屏蔽线时地面的合成电场，具体步骤如下：S31.将输电导线表面和屏蔽线表面离散成分段的线电荷；S32.选定导线表面任意一个计算点，利用矩量法所求的标称电场确定从该点出发截至地面或者屏蔽线表面的电力线；S33.设定输电导线表面的电荷密度初值，并求出从输电导线表面起且沿电力线的空间各点的电荷密度和标量函数；S34.更新导线表面电荷密度，直至空间电荷密度平均值满足限定条件；S35.根据求得的电荷密度和标量函数计算敏感点处的合成电场。4.如权利要求3所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法，其特征在于：步骤S32中利用矩量法所求的标称电场确定从计算点出发的电力线，具体步骤如下：S321.依据镜像原理设置相应的镜像电荷并建立二维电场积分数学模型的离散方 程；S322.然后选定基函数为分域脉冲函数，按照配点法选权函数并在每个积分域求内积，形成矩阵方程；S323.求解矩阵方程，计算电荷分布；S324.计算匹配点误差，如果误差不满足要求,返回步骤S31重新对场源离散并设置离散线电荷；如果满足要求进行下一步；S325.设定步长,利用步骤S323中所求的电荷分布来确定步长终点坐标为：x(i+1)＝x(i)+step*Ex(i)/(Ex2+Ey2)0.5 (1)y(i+1)＝y(i)+step*Ey(i)/(Ex2+Ey2)0.5 (2)式(1)(2)中，step为所选步长的大小，x(i)、y(i)为步长起点坐标；即地面计算点，x(i+1)、y(i+1)为步长终点坐标；Ex,Ey为步长起点处x，y二个方向的标称电场；S326.将每一步长的终点作为下一步长的起点，重复步骤S325直至步长终点的标称电位满足边界条件，连接每一步的步长终点，绘制从输电导线表面至步长终点的电力线；S327.重新选定导线表面任意一个计算点，重复步骤S325、S326直至所有导线表面计算点发出电力线绘制完毕。5.如权利要求4所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法，其特征在于：所述步骤S321中二维电场积分数学模型离散方程的建立按照以下公式进行：其中为场点矢量，输电导线线源矢量，输电导线表面线源镜像矢量，屏蔽线表面线源矢量，屏蔽线表面线源镜矢量，l为线电荷所存在区域，lj为镜像线电荷所在区域。6.如权利要求4所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法，其特征在于：所述步骤S322中的基函数按照以下公式进行选择：其中，λ表示场源区的总电荷分布；λn表示离散位置上待定的电荷分布；Wn表示给定的已知系数；N表示场源离散的个数；l表示离散电荷所存在区域。7.如权利要求4所述的特高压直流输电线路地面合成电场屏蔽分析方法，其特征在于：所述步骤S322中权函数按照以下公式进行：其中，ωj表示离散点k处的权函数；表示场点矢径；表示离散节点的矢径；k表示离散节点；Ω表示总得离散区域；所述步骤S322中的矩阵方程的形成通过如下步骤实现：(1)将式(4)代入式(3)，得出电位积分方程的离散形式：其中，表示空间某点电位；ε表示空间介电常数；αi表示输电导线离散点i处的待定电荷分布；αj表示屏蔽线离散点j处的待定电荷分布；Wi表示输电导线离散点i处给定的已知系数；Wj表示屏蔽线离散点j处的给定的已知系数；l表示源矢量；dli表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹岸新，徐禄文，向菲，宫林，王谦，吴高林，胡晓锐，
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