一种输电线路过电压分析仿真方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种输电线路过电压分析仿真方法及装置，本申请提供的方案基于线路导体的半径和FDTD网格尺寸计算修正系数，其次基于修正系数修改FDTD计算区域中的对应网格所属的材料参数，实现不依赖密集的FDTD网格直接离散而构建出等效线路模型，最后将该线路模型内嵌于FDTD计算区域的整体迭代运算中，完成考虑场

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路过电压分析仿真方法及装置


[0001]本申请涉及输电
，尤其涉及一种输电线路过电压分析仿真方法及装置。

技术介绍

[0002]架空输电线路是电力供应网络的重要组成部分，分布范围极广，可实现电能由发电端向用电端的远距离传输。出于种种设计因素考虑，架空输电线路通常需跨越山区等地势较高且四周无遮挡的空旷区域，容易遭受雷击导致跳闸。随着用电量的不断增长，架空线路敷设面积的不断扩大，架空线路的雷击问题愈发引起电力部门的重视，因此，通过开展对雷击下电磁能量在架空输电线路分布的分析工作(即过电压分析)，从而有针对性的对输电线路的结构和保护方案进行优化，对降低由雷击等瞬时过电压造成的故障，提升电网运行可靠性具有重大作用。
[0003]目前，常用的过电压分析方法主要为有限时域差分法(Finite difference time domainmethod，FDTD)，有限时域差分法是将关键被仿真对象及临近空间全部纳入仿真计算区域，应用正交网络对包括临近空间在内的全部仿真计算区域进行离散，形成一系列平行六面体网格。假定每个网格中的电磁场均匀分布，且电磁场向量在时间、空间均相差半个步长，该仿真计算区域的电磁场分布就可以在时域上基于麦克斯韦离散方程实现步进式求解，实现对输电线路附近的电磁暂态分析。但是在实际过电压分析应用中，有限时域差分法普遍存在计算时间长和内存消耗大的技术问题。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种输电线路过电压分析仿真方法及装置，用于解决现有基于有限时域差分法的过电压分析应用普遍存在计算时间长和内存消耗大的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种输电线路过电压分析仿真方法，包括：
[0006]构建基于FDTD算法的线路模型；
[0007]基于计算区域中的线路导体的半径参数和FDTD网格尺寸，通过修正系数计算公式，计算所述线路导体的修正系数；
[0008]基于所述修正系数，通过参数修正公式，对所述线路导体的电特性参数与磁特性参数进行修正；
[0009]基于修正后的电特性参数与磁特性参数，结合电磁场量计算公式，通过迭代循环仿真方式，计算所述线路模型的电场量与磁场量，当计算得到的所述电场量与所述磁场量满足预设的循环终止条件时，则输出当前的电场量与磁场量，若未满足所述循环终止条件，则返回计算所述线路模型的电场量与磁场量。
[0010]优选地，所述修正系数计算公式具体为：
[0011][0012]式中，m为修正系数，Δs为FDTD网格尺寸，r
d
为线路导体的半径参数。优选地，所述参数修正公式具体为：
[0013]ε'＝mε
[0014]μ'＝μ/m
[0015]式中，m为修正系数，ε为电特性参数，μ为磁特性参数，ε'和μ'为修正后的电特性参数与磁特性参数。
[0016]优选地，所述电磁场量计算公式具体为：
[0017][0018][0019][0020]E
l
＝0
[0021][0022][0023][0024]式中，ε为电特性参数，μ为磁特性参数，E
x
、E
y
、E
z
为三个正交方向的电场向量，i、j、k为基于FDTD网格编号的电场向量位置编号，n表示时间步数，σ为对应空间内的等效电导率，σ
m
为导磁系数，H
x
、H
y
、H
z
为三个正交方向的磁场向量，E
l
为与所述线路模型重合的轴向电场向量，Δt为FDTD算法的时间步长参数。
[0025]优选地，所述电特性参数为介电常数，所述磁特性参数为磁导率。
[0026]同时，本申请第二方面提供了一种输电线路过电压分析仿真装置，包括：
[0027]线路模型构建单元，用于构建基于FDTD算法的线路模型；
[0028]修正系数计算单元，用于基于计算区域中的线路导体的半径参数和FDTD网格尺寸，通过修正系数计算公式，计算所述线路导体的修正系数；
[0029]参数修正单元，用于基于所述修正系数，通过参数修正公式，对所述线路导体的电特性参数与磁特性参数进行修正；
[0030]迭代仿真单元，用于基于修正后的电特性参数与磁特性参数，结合电磁场量计算公式，通过迭代循环仿真方式，计算所述线路模型的电场量与磁场量，当计算得到的所述电场量与所述磁场量满足预设的循环终止条件时，则输出当前的电场向量与磁场向量，若未满足所述循环终止条件，则返回计算所述线路模型的电场量与磁场向量。
[0031]优选地，所述修正系数计算公式具体为：
[0032][0033]式中，m为修正系数，Δs为FDTD网格尺寸，r
d
为线路导体的半径参数。优选地，所述参数修正公式具体为：
[0034]ε'＝mε
[0035]μ'＝μ/m
[0036]式中，m为修正系数，ε为电特性参数，μ为磁特性参数，ε'和μ'为修正后的电特性参数与磁特性参数。
[0037]优选地，所述电磁场向量计算公式具体为：
[0038][0039][0040][0041]E
l
＝0
[0042][0043][0044][0045]式中，ε为电特性参数，μ为磁特性参数，E
x
、E
y
、E
z
为三个正交方向的电场向量，i、j、k为基于FDTD网格编号的电场向量位置编号，n表示时间步数，σ为对应空间内的等效电导率，σ
m
为导磁系数，H
x
、H
y
、H
z
为三个正交方向的磁场向量，E
l
为与所述线路模型重合的轴向电场向量，Δt为FDTD算法的时间步长参数。
[0046]优选地，所述电特性参数为介电常数，所述磁特性参数为磁导率。
[0047]从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
[0048]本申请提供的方案基于线路导体的半径和FDTD网格尺寸计算修正系数，其次基于修正系数修改FDTD计算区域中的对应网格所属的材料参数，实现不依赖密集的FDTD网格直接离散而构建出等效线路模型，最后将该线路模型内嵌于FDTD计算区域的整体迭代运算中，完成考虑场
‑
路耦合，使得输电线路的径向不需要密集的FDTD正交网络离散，采用跨尺度技术后，可通过大尺寸网格对线路及周围空间电磁场求解，从而减小内存占用，增大时间步长，提升计算效率。
附图说明
[0049]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0050]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电线路过电压分析仿真方法，其特征在于，包括：构建基于FDTD算法的线路模型；基于计算区域中的线路导体的半径参数和FDTD网格尺寸，通过修正系数计算公式，计算所述线路导体的修正系数；基于所述修正系数，通过参数修正公式，对所述线路导体的电特性参数与磁特性参数进行修正；基于修正后的电特性参数与磁特性参数，结合电磁场量计算公式，通过迭代循环仿真方式，计算所述线路模型的电场量与磁场量，当计算得到的所述电场量与所述磁场量满足预设的循环终止条件时，则输出当前的电场量与磁场量，若未满足所述循环终止条件，则返回计算所述线路模型的电场量与磁场量。2.根据权利要求1所述的一种输电线路过电压分析仿真方法，其特征在于，所述修正系数计算公式具体为：式中，m为修正系数，Δs为FDTD网格尺寸，r
d
为线路导体的半径参数。3.根据权利要求1所述的一种输电线路过电压分析仿真方法，其特征在于，所述参数修正公式具体为：ε'＝mεμ'＝μ/m式中，m为修正系数，ε为电特性参数，'为磁特性参数，ε'和μ'为修正后的电特性参数与磁特性参数。4.根据权利要求1所述的一种输电线路过电压分析仿真方法，其特征在于，所述电磁场量计算公式具体为：量计算公式具体为：量计算公式具体为：E
l
＝0
式中，ε为电特性参数，μ为磁特性参数，E
x
、E
y
、E
z
为三个正交方向的电场向量，i、j、k为基于FDTD网格编号的电场向量位置编号，n表示时间步数，σ为对应空间内的等效电导率，σ
m
为导磁系数，H
x
、H
y
、H
z
为三个正交方向的磁场向量，E
l
为与所述线路模型重合的轴向电场向量，Δt为FDTD算法的时间步长参数。5.根据权利要求3所述的一种输电线路过电压分析仿真方法，其特征在于，所述电特性参数为介电常数，所述磁特性参数为磁导率。6.一种输电线路过电压分析仿真装置，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳昊，程建伟，孙本蒋，张曦，杨家辉，黎文浩，雷园园，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司文山供电分公司，
类型：发明
国别省市：