一种分布式输电网络工频电磁场分析方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式输电网络工频电磁场分析方法，属于电磁场技术领域。本发明专利技术根据真实的分布式输电网络的节点、环路和环路上的电压电流，构建分布式输电网络模型；再根据真实的分布式输电网络所在的环境构建仿真域模型；进一步仿真计算分布式输电网络在空间中产生的工频电磁场，通过对工频电磁场仿真数据的可视化，来揭示分布式输电网络产生工频电磁场的规律，通过计算电磁场的散度和旋度，进一步揭示了分布式输电网络产生的工频电磁场在不同介质下的传导规律。本发明专利技术方法适用于复杂的分布式输电网络的工频电磁场仿真，填补了相关空白技术。

A distributed power frequency electromagnetic field analysis method for power transmission network

The invention discloses a power frequency electromagnetic field analysis method for distributed transmission network, which belongs to the field of electromagnetic technology. The present invention builds a distributed transmission network model based on the node, loop and loop voltage current of the real distributed transmission network, and builds a simulation domain model based on the environment of the real distributed transmission network, and further simulate and calculate the power frequency electromagnetic field generated by the distributed transmission network in the space. The visualization of the simulation data of the power frequency electromagnetic field is used to reveal the law of the power frequency electromagnetic field of the distributed transmission network. By calculating the divergence and the curl of the electromagnetic field, the transmission law of the power frequency electromagnetic field produced by the distributed transmission network in different media is further revealed. The method is applicable to the simulation of power frequency electromagnetic fields in complex distributed transmission networks, and fills in relevant blank technologies.

【技术实现步骤摘要】
一种分布式输电网络工频电磁场分析方法
本专利技术属于电磁场
，更具体地，涉及一种分布式输电网络工频电磁场分析方法。
技术介绍
由于科学技术的快速发展，电磁技术的应用给人类创造巨大的物质文明，但同时也带来了一个充满人造电磁辐射的环境。随着电力系统的发展，电网规模和容量的增大，电压等级的提高，电网结构更加复杂，电力系统产生的电磁场越来越受到人们的关注。输电网络会产生周期性变化的工频电磁场，作为电网大动脉的分布式高压输电网络会对其附近空间产生强大的电磁场，形成强大的电磁干扰。输电网络产生的工频电磁场经过介质(如水体、空气、土壤等)的调制衰减会传播到空间中的某一点，该点处的工频电磁场是不同位置分布的输电网络产生工频电场的矢量和。高压输电线路对环境的影响是多方面的，通常我们所说的高压输电线路电磁环境问题包括以下几问题：工频电磁场的生态效应，工频电磁场带来的电磁干扰等。工频电磁场的生态效应一直是人们关注的焦点。来自国内外的许多流行病学调查报告显示工频电磁场可能对人类免疫功能存在着某种影响，可能与白血病、癌症发病率升高有关系。分布式输电网络带来的电磁干扰主要影响周围居民的无线电广播与电视的收听及收看。过去，由于我国的输电线路较少，电压等级较低，并绝大多数架设在远离人口稠密区的荒山旷野，所以输电网络的电磁场问题没有引起人们的重视。随着电力工业的发展，再加上经济的发展以及人口增长等社会因素的影响，城市人口和供电负荷都比较集中，高压输电网络产生的电磁辐射作为城市的一种新污染源已愈来愈多受到社会各阶层人士的关注。随着我国西部大开发，西电东送、三峡枢纽电站工程的建设，将还会新建数量庞大的高压输电线路把强大的电力传输到我国中、东部地区和大城市，因此，研究分布式输电网络产生的工频电磁场就显得十分迫切和重要。现有的高压输电线路的工频电磁场仿真只是针对于单一的输电线路进行数值计算。对于复杂的分布式输电网络的工频电磁场仿真，国内外尚无文献报道。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种分布式输电网络工频电磁场分析方法，其目的在于建立多环路、多节点、多电压的分布式输电网络模型，建立包含水体层和空气层的仿真域模型，仿真计算分布式输电网络在空间中产生的工频电磁场，通过对工频电磁场仿真数据的可视化，来揭示分布式输电网络产生工频电磁场的规律，通过计算电磁场的散度和旋度，进一步揭示了分布式输电网络产生的工频电磁场在不同介质下的传导规律，由此突破现有技术无法对复杂的分布式输电网络的工频电磁场仿真的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种分布式输电网络工频电磁场分析方法，所述方法包括：(1)根据分布式输电网络的节点、环路和环路上的电压电流，构建分布式输电网络模型；(2)根据分布式输电网络所在的环境构建仿真域模型；(3)根据分布式输电网络模型和仿真域模型构建边界条件约束下的分布式输电网络工频电磁场计算模型，通过有限元仿真计算出分布式输电网络在整个仿真域的工频电磁场空间分布；(4)将工频电磁场空间分布绘制成图的形式，对可视化的图进行分析。进一步地，所述步骤(1)具体包括：(11)构建分布式输电网络的节点模型V＝(V1,V2,…,Vi,…,Vm)，其中，Vi表示输电网络的一个节点，节点Vi的空间坐标为(xi,yi,zi)，m表示网络中的节点数量；(12)构建分布式输电网络的环路模型P＝(P1,P2,…,Pi,…,Pk)，其中，Pi表示输电网络中的一个环路，k表示输电网络中的环路数量；每个环路Pi都包含：起始节点Vs、终止节点Ve和输电环路法线环路Pi在空间中任一点(x,y,z)产生的工频电磁场为所有环路在空间点(x,y,z)产生的工频电磁场为：(13)构建分布式输电网络的环路电压电流模型e＝(e1,e2,…,ei,…,ek)，i＝(i1,i2,…,ii,…,ik)，其中，ei表示环路Pi上的电压，ii表示环路Pi上的电流；(14)构建分布式输电网络模型G＝(G1,G2,…,Gi,…,Gp)，其中，Gi＝(V,P,e,i)，Gi表示输电网络之中的第i个子网络。进一步地，所述步骤(2)具体包括：(21)构建仿真域几何模型，几何模型包括：空气模型，Mair＝(Lair,Wair,Hair)；海陆模型，Mocean-island＝(Locean-island,Wocean-island,Hocean-island)；其中，(Lair,Wair,Hair)和(Locean-island,Wocean-island,Hocean-island)分别表示空气模型和海陆模型的长、宽和高；(22)构建仿真域的属性模型，属性模型包括：空气属性，(mur＝1,epsilon＝1,sigma＝0)；海洋属性，(mur＝1,epsilon＝81,sigma＝3)；陆地属性，(mur＝1,epsilon＝11.7,sigma＝0)；其中，mur表示材料的相对磁导率，epsilon表示材料的相对介电常数，sigma表示材料的相对电导率。进一步地，所述步骤(3)具体为：将分布式输电网络模型作为仿真计算的电磁激励源，仿真域模型作为仿真计算的空间边界约束；对仿真域进行网格划分，将整个计算空间划分为多个子网格，基于Maxwell电磁场描述方程，通过有限元仿真计算子网格的工频电磁场，所有子网格的工频电磁场构成整个仿真域的工频电磁场分布。进一步地，所述步骤(4)具体包括：(41)创建流线图层，设置流线的数目，将工频电磁场的电场E(x,y,z,t)和磁场H(x,y,z,t)作为数据源绘制流线图；(42)选取设定高度z0，计算出该高度下工频电磁场的电场幅值和磁场幅值：其中，Ex,t、Ey,t、Ez0,t分别表示电场在直角坐标系下的三个分量，Hx,t、Hy,t、Hz0,t分别表示磁场在直角坐标系下的三个分量；创建切面绘制图层，将工频电磁场的电场幅值和磁场幅值作为数据源绘制切面图；(43)选取设定高度z0，计算出该高度下工频电磁场的电场幅值和磁场幅值，创建等值线绘制图层，设置等值线的数目，调整等值线的类型，将工频电磁场的电场幅值和磁场幅值作为数据源绘制等值线图；(44)计算工频电磁场散度和旋度：磁场散度，磁场旋度，其中，表示散度算子；表示旋度算子；表示x轴方向的单位向量；表示y轴方向的单位向量；表示z轴方向的单位向量；(x,y,z,t)表示点的三维坐标加时间；创建切面绘制图层，将工频电磁场的电磁场散度作为数据源，绘制切面图；创建流线图层，设置流线的数目，将工频电磁场的电磁场旋度作为数据源，绘制流线图。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术特征及有益效果：(1)本专利技术提出的分布式输电网络工频电磁场建模方法，通过对分布式网络建立多环路、多节点的模型，可以对任意复杂的输电网络进行系统建模和仿真，解决了现有技术只能适用于简单输电线路的建模仿真；(2)本专利技术提出的分布式输电网络工频电磁场建模方法，通过对建立的多环路、多节点的输电网络模型进行有限元仿真计算，可以仿真分析复杂的输电网络在空间中产生的工频电磁场，解决了现有技术无法仿真分析整个输电网络的工频电磁场分布问题，可以应用于分析输电网络对周边环境带来的电磁干扰问题，也可以应用于研究电力系统中设备电磁兼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式输电网络工频电磁场分析方法，其特征在于，所述方法包括：(1)根据分布式输电网络的节点、环路和环路上的电压电流，构建分布式输电网络模型；(2)根据分布式输电网络所在的环境构建仿真域模型；(3)根据分布式输电网络模型和仿真域模型构建边界条件约束下的分布式输电网络工频电磁场计算模型，通过有限元仿真计算出分布式输电网络在整个仿真域的工频电磁场空间分布；(4)将工频电磁场空间分布绘制成图的形式，对可视化的图进行分析。

【技术特征摘要】
1.一种分布式输电网络工频电磁场分析方法，其特征在于，所述方法包括：(1)根据分布式输电网络的节点、环路和环路上的电压电流，构建分布式输电网络模型；(2)根据分布式输电网络所在的环境构建仿真域模型；(3)根据分布式输电网络模型和仿真域模型构建边界条件约束下的分布式输电网络工频电磁场计算模型，通过有限元仿真计算出分布式输电网络在整个仿真域的工频电磁场空间分布；(4)将工频电磁场空间分布绘制成图的形式，对可视化的图进行分析。2.根据权利要求1所述的一种分布式输电网络工频电磁场分析方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：(11)构建分布式输电网络的节点模型V＝(V1,V2,…,Vi,…,Vm)，其中，Vi表示输电网络的一个节点，m表示网络中的节点数量；(12)构建分布式输电网络的环路模型P＝(P1,P2,…,Pi,…,Pk)，其中，Pi表示输电网络中的一个环路，k表示输电网络中的环路数量；(13)构建分布式输电网络的环路电压电流模型e＝(e1,e2,…,ei,…,ek)，i＝(i1,i2,…,ii,…,ik)，其中，ei表示环路Pi上的电压，ii表示环路Pi上的电流；(14)构建分布式输电网络模型G＝(G1,G2,…,Gi,…,Gp)，其中，Gi＝(V,P,e,i)，Gi表示输电网络之中的第i个子网络。3.根据权利要求1所述的一种分布式输电网络工频电磁场分析方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：(21)构建仿真域几何模型，几何模型包括：空气模型，Mair＝(Lair,Wair,Hair)；海陆模型，Mocean-island＝(Locean-island,Wocean-island,Hocean-island)；其中，(Lair,Wair,Hair)和(Locean-island,Wocean-island,Hocean-island)分别表示空气模型和海陆模型的长、宽和高；(22)构建仿真域的属性模型，属性模型包括：空...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，曹少平，杨柳，郑嫣然，吴一凡，陆檑，余峰，周灿新，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42