一种获得高压直流输电分裂型线的地面合成电场的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种获得高压直流输电分裂型线的地面合成电场的方法及装置，根据分裂型线的物理特性建立求解标称电场与表面电场的优化模拟电荷计算模型，求得标称电场、标称电位与表面电场；根据导线电晕放电的自持条件，计算分裂型线的表面粗糙系数与钢芯铝绞线的表面粗糙系数之比，代入皮克公式求得起晕场强。通过数值分析中的割线法迭代求解出空间电荷密度值、标量函数的最终值，将标量函数的最终值与求得的标称电场相乘后得到地面合成电场。本发明专利技术具有建模容易、运算方便、精度高、适用范围广等特点，可用于特高压输电、工程电磁场等技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种获得高压直流输电线路的地面合成电场的方法，特别是一种获得特高压直流输电型线的地面合成电场的方法及装置，属于工程电磁场

技术介绍
高压直流输电(HVDC)，是指采用的大功率远距离直流的输电方法。输电过程为直流，常用于架空线输电、海底电缆输电、非同步运行的交流系统之间的通信连络等方面。特高压直流输电(UHVDC)是指±800kV(±750kV)及以上电压等级的直流输电及相关技术。特高压直流输电的主要特点是输送容量大、输电距离远，电压高，可用于电力系统非同步联网。我国发电资源分布与用电负荷发展很不平衡，特高压直流输电线路特别适合长距离大功率输电，在我国的能源优化配置中发挥重要作用。我国目前已建成并投入运行了多条±800kV特高压直流输电线路，线路导线通常采用钢芯铝绞线，为进一步提高输送容量、降低线路损耗，国家电网公司拟在±800kV特高压直流线路建设中采用型线(外层铝线为梯形)，分裂型线是指正极导线或负极导线采用了多根型线。型线与同外径下的圆线相比具有导体截面利用率大、电晕损耗小的优点，具有较好的经济性。特高压直流输电线路的电磁环境已经成为影响线路建设和运行的重要技术问题，导线起晕场强和表面电场是与该种线路电磁环境水平密切相关的两个重要参数：起晕场强与表面电场。起晕场强、表面电场和标称电场共同决定了地面合成电场。由于特高压直流输电线路的路径较长，所经地区气候条件差别较大，国内外学者对直流钢芯铝绞线起晕场强的计算方法及其影响因素进行了广泛的研究：当把钢芯铝绞线当成光滑圆柱导体时或考虑钢芯铝绞线表面花纹时，相关文献提出采用“优化模拟电荷法”、“镜像法”、“半解析法”、“有限元法与镜像法相结合”等方法来计算表面电场，但都是针对钢芯铝绞线进行的。当高压直流线路采用分裂型线时，国内外文献尚未涉及关于其导线表面粗糙系数和地面合成电场的计算方法的研究。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种计算高压直流输电线路的地面合成电场的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种根据标称电场、表面电场与导线表面粗糙系数比值来获得地面合成电场的方法及装置，所述方法包括：根据所述分裂型线的物理特性，建立分裂型线的导线模型，根据模型参数计算标称电场与表面电场；根据分裂型线的导线表面粗糙系数与钢芯铝绞线的导线表面粗糙系数，计算出导线表面粗糙系数比值；根据导线表面粗糙系数比值求得分裂型线的导线的起晕场强；根据标称电场、表面电场与起晕场强，通过割线法迭代求解出地面合成电场。所述物理特性包括：导线半径、导线分裂数、分裂间距、导线高度与极间距。所述分裂型线的导线模型采用优化模拟电荷计算模型，建立步骤如下：S31：确定所述分裂型线外表面的圆弧段数；S32：根据工程计算精度要求，在所述分裂型线外表面的每段圆弧上确定若干个匹配点；S33：根据第n段所述分裂型线外表面的圆弧的半径和第n段所述分裂型线外表面的圆弧对应的模拟圆弧半径确定模拟电荷位置，所述分裂型线外表面的圆弧与模拟圆弧的圆心重合；所述模拟圆弧上设有若干个模拟电荷；S34：根据模拟电荷在匹配点的电位系数和该模拟电荷的电荷变量得到所述匹配点的电位变量；S35：根据匹配点的电位变量、模拟电荷的电荷变量、匹配点的实际电压及切向电场强度分量值得到所有模拟电荷的电荷量，并根据所有模拟电荷的电荷量计算出所有匹配点的场强与所有匹配点的电位。所述得到所有模拟电荷的电荷量，为：通过求解方程组得到所有模拟电荷的电荷量，其中，j为第j个匹配点，Vj为第j个匹配点的电位变量，M为匹配点的个数，为第j个匹配点的实际电压，Etj为第j个匹配点的切向电场强度分量值；i为第i个模拟电荷，N为模拟电荷的个数，Pji为模拟电荷i在匹配点j的电位系数，Qi为第i个模拟电荷的电荷变量。所述导线表面粗糙系数比值km＝mx/m，mx为分裂型线的导线表面粗糙系数，m为钢芯铝绞线的导线表面粗糙系数；mx＝Ux/Uc，Ux为导线采用分裂型线时的起晕电压，Uc为导线采用光滑圆柱导线时的起晕电压；m＝Us/Uc，Us为导线采用钢芯铝绞线时的起晕电压。所述导线的起晕场强根据公式求得：式中Eon±为正负极导线的起晕场强，km为导线表面粗糙系数比值，δ为电子崩长度，r为导线半径。所述地面合成电场由以下步骤求得：计算电场线上的绝对平均电荷密度ρm以及相对平均电荷密度；其中，ε0为空气的介电常量，U±为正负极导线的工作电压，U0±为正负极导线的起晕电压，E为标称电场的大小，为标称电位，η为沿电场线的电位积分变量；U0±＝A±U±，A±为正负极导线表面的标量函数，Eon±为正负极导线的起晕场强，为正负极导线的最大平均表面电场大小；相对平均电荷密度为空间电荷密度ρ的平均值，Aρ＝A±ρ±，ρ±为正负极导线表面处的空间电荷密度值，A为空间标量函数，ρ±初始值为取定的正负极导线表面处的空间电荷密度值；在所述绝对平均电荷密度与所述相对平均电荷密度的大小相等时，将ρ±代入所述公式得到空间标量函数A的最终值，记为A′；根据ES＝A′E计算得到地面合成电场：式中Es为任一点的地面合成电场，E为标称电场。进一步包括：若所述绝对平均电荷密度与所述相对平均电荷密度的大小不相等，对所述公式Aρ＝A±ρ±与所述公式采用割线法求出一个正负极导线表面处的空间电荷密度值ρ±，作为更新后的ρ±；利用更新后的ρ±重新计算相对平均电荷密度，直至所述绝对平均电荷密度与所述相对平均电荷密度的大小相等。所述装置包括：第一计算模块，用于根据所述分裂型线的物理特性，建立分裂型线的导线模型，根据模型参数计算标称电场、标称电位与表面电场；第二计算模块，用于根据分裂型线的导线表面粗糙系数与钢芯铝绞线的导线表面粗糙系数，计算出导线表面粗糙系数比值；根据导线表面粗糙系数比值求得分裂型线的导线的起晕场强；第三计算模块，用于根据标称电场、表面电场与起晕场强，通过割线法迭代求解出地面合成电场。所述第一计算模块包括：圆弧段数确定单元，用于确定所述分裂型线外表面的圆弧段数；匹配点确定单元，用于根据工程计算精度要求，在所述分裂型线外表面的每段圆弧上确定若干个匹配点；模拟电荷位置确定单元，用于根据第n段所述分裂型线外表面的圆弧的半径和第n段所述分裂型线外表面的圆弧对应的模拟圆弧半径确定模拟电荷位置，所述分裂型线外表面的圆弧与模拟圆弧的圆心重合；所述模拟圆弧上设有若干个模拟电荷；电位变量确定单元，用于根据模拟电荷在匹配点的电位系数和该模拟电荷的电荷变量得到所述匹配点的电位变量；电场确定单元，用于根据匹配点的电位变量、模拟电荷的电荷变量、匹配点的实际电压及切向电场强度分量值得到所有模拟电荷的电荷量，并根据所有模拟电荷的电荷量计算出所有匹配点的场强与所有匹配点的电位，确定标称电场和表面电场。本专利技术在现有计算钢芯铝绞线的地面合成电场的方法上进行改进，通过获得分裂型线的导线表面粗糙系数与钢芯铝绞线的导线表面粗糙系数的比值，替代皮克公式中的粗糙系数m0，求得分裂型线正负极导线的起晕场强。根据分裂型线外表面的圆弧结构，采用优化模拟电荷计算模型，将导线表面连续分布的自由电荷用位于导线内部的一组离散的模拟电荷来替代，可以由工程计算精度要求确定匹配点与模拟电荷的数量，得到符合精度要求的标称电场、标称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获得高压直流输电分裂型线的地面合成电场的方法，其特征在于，所述方法包括：根据所述分裂型线的物理特性，建立分裂型线的导线模型，根据模型参数计算标称电场与表面电场；根据分裂型线的导线表面粗糙系数与钢芯铝绞线的导线表面粗糙系数，计算出导线表面粗糙系数比值；根据导线表面粗糙系数比值求得分裂型线的导线的起晕场强；根据标称电场、表面电场与起晕场强，通过割线法迭代求解出地面合成电场。

【技术特征摘要】
1.一种获得高压直流输电分裂型线的地面合成电场的方法，其特征在于，所述方法包括：根据所述分裂型线的物理特性，建立分裂型线的导线模型，根据模型参数计算标称电场与表面电场；根据分裂型线的导线表面粗糙系数与钢芯铝绞线的导线表面粗糙系数，计算出导线表面粗糙系数比值；根据导线表面粗糙系数比值求得分裂型线的导线的起晕场强；根据标称电场、表面电场与起晕场强，通过割线法迭代求解出地面合成电场。2.根据权利要求1所述的获得高压直流输电分裂型线的地面合成电场的方法，其特征在于，所述物理特性包括：导线半径、导线分裂数、分裂间距、导线高度与极间距。3.根据权利要求1所述的获得高压直流输电分裂型线的地面合成电场的方法，其特征在于，所述分裂型线的导线模型采用优化模拟电荷计算模型，建立步骤如下：S31：确定所述分裂型线外表面的圆弧段数；S32：根据工程计算精度要求，在所述分裂型线外表面的每段圆弧上确定若干个匹配点；S33：根据第n段所述分裂型线外表面的圆弧的半径和第n段所述分裂型线外表面的圆弧对应的模拟圆弧半径确定模拟电荷位置，所述分裂型线外表面的圆弧与模拟圆弧的圆心重合；所述模拟圆弧上设有若干个模拟电荷；S34：根据模拟电荷在匹配点的电位系数和该模拟电荷的电荷变量得到所述匹配点的电位变量；S35：根据匹配点的电位变量、模拟电荷的电荷变量、匹配点的实际电压及切向电场强度分量值得到所有模拟电荷的电荷量，并根据所有模拟电荷的电荷量计算出所有匹配点的场强与所有匹配点的电位。4.根据权利要求3所述的获得高压直流输电分裂型线的地面合成电场的方法，其特征在于，所述得到所有模拟电荷的电荷量，为：通过求解方程组得到所有模拟电荷的电荷量，其中，j为第j个匹配点，Vj为第j个匹配点的电位变量，M为匹配点的个数，为第j个匹配点的实际电压，Etj为第j个匹配点的切向电场强度分量值；i为第i个模拟电荷，N为模拟电荷的个数，Pji为模拟电荷i在匹配点j的电位系数，Qi为第i个模拟电荷的电荷变量。5.根据权利要求1所述的获得高压直流输电分裂型线的地面合成电场的方法，其特征在于，所述导线表面粗糙系数比值km＝mx/m，mx为分裂型线的导线表面粗糙系数，m为钢芯铝绞线的导线表面粗糙系数；mx＝Ux/Uc，Ux为导线采用分裂型线时的起晕电压，Uc为导线采用光滑圆柱导线时的起晕电压；m＝Us/Uc，Us为导线采用钢芯铝绞线时的起晕电压。6.根据权利要求1所述的获得高压直流输电分裂型线的地面合成电场的方法，其特征在于，所述导线的起晕场强根据公式求得：式中Eon±为正负极导线的起晕场强，km为导线表面粗糙系数比值，δ为电子崩长度，r为导线半径。7.根据权利要求1所述的获得高压直流输电分裂型线的地面合成电场的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元庆，吴桂芳，杨勇，陆家榆，赵录兴，张喜润，邓义茂，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网山西省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11