專利名稱：直流輸電線路地面合成電場(chǎng)計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓輸變電工程電磁兼容領(lǐng)域，具體地講是一種預(yù)測(cè)直流輸電線路直流合成場(chǎng)的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)我國(guó)直流輸電線路建設(shè)快速發(fā)展，直流輸電線路周圍的電磁環(huán)境問(wèn)題愈來(lái)愈引起人們的關(guān)注。合成場(chǎng)是直流輸電線路的主要電磁環(huán)境參數(shù)，預(yù)測(cè)直流線路下的地面合成場(chǎng)已成為線路導(dǎo)線選型的一項(xiàng)重要工作。目前計(jì)算直流合成場(chǎng)的方法主要分有限元法和模擬電荷法。采用模擬電荷法計(jì)算直流合成場(chǎng)較為方便，可以很好的對(duì)線路下方直流合成場(chǎng)的分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，但是由于該方法計(jì)算模型考慮的比較簡(jiǎn)便，結(jié)果的精度不高。采用有限元法計(jì)算直流合成場(chǎng)時(shí)，模型的各個(gè)細(xì)節(jié)考慮的較為細(xì)致，可以將各影響因子的影響機(jī)理在建模的過(guò)程中體現(xiàn)，但由于本身影響直流合成場(chǎng)的因素較多，建模過(guò)程比較復(fù)雜，且建模過(guò)程中對(duì)各個(gè)細(xì)節(jié)的把握不同，得出的結(jié)果也不盡相同。因此，獲得一種和實(shí)測(cè)結(jié)果比較接近的有限元計(jì)算方法、確定直流合成場(chǎng)不同影響因子的取值成為準(zhǔn)確預(yù)估直流合成場(chǎng)的趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是從直流輸電線路直流合成場(chǎng)產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，采用有限元法進(jìn)行建模，預(yù)測(cè)直流輸電線路地面合成場(chǎng)。在建模過(guò)程中，利用子域提高了導(dǎo)線表面電場(chǎng)計(jì)算精度；利用數(shù)學(xué)方法，推算了有空間電荷情況下的電場(chǎng)，最終獲得了更加精確的直流輸電線路地面合成電場(chǎng)計(jì)算方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的方法是一種直流輸電線路地面合成電場(chǎng)計(jì)算方法，該方法首先采用有限元的方法對(duì)實(shí)際輸電線路進(jìn)行建模，計(jì)算直流線路地面的合成場(chǎng)，在建模過(guò)程中，用子域提高了導(dǎo)線表面電場(chǎng)計(jì)算精度；利用數(shù)學(xué)方法，推算有空間電荷情況下的電場(chǎng)，最終獲得了更加精確的地面合成場(chǎng)計(jì)算方法。其具體步驟是第一步驟通過(guò)有基本的限元法建模，計(jì)算直流輸電線路下的直流合成場(chǎng)；第二步驟建模過(guò)程中，利用子域提高導(dǎo)線表面電場(chǎng)計(jì)算精度；第三步驟利用數(shù)學(xué)方法，推算了有空間電荷情況下的電場(chǎng)。通過(guò)試驗(yàn)所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，本發(fā)明具有較高準(zhǔn)確性，可應(yīng)用于今后直流高壓輸電線路直流合成場(chǎng)的計(jì)算。


圖1為子算域剖分例。圖2為不同極性導(dǎo)線之間的某一電力線。
圖3為場(chǎng)強(qiáng)沿不同極性導(dǎo)線間電力線的變化。圖4為電場(chǎng)沿交流導(dǎo)線與直流導(dǎo)線間電カ線的變化。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說(shuō)明，但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì) 本發(fā)明的限制。本發(fā)明首先采用有限元的方法對(duì)實(shí)際輸電線路進(jìn)行建摸，計(jì)算直流線路地面的合 成場(chǎng)，在建模過(guò)程中，用子域提高了導(dǎo)線表面電場(chǎng)計(jì)算精度；利用數(shù)學(xué)方法，推算了有空間 電荷情況下的電場(chǎng)。具體為(1)公式推導(dǎo)及求解概述由Gauss定理可得出V-E= -^)/ M-1)由徙動(dòng)電荷形成電流的機(jī)理可得出J. = P+[M+E -㈤+/p+)Vp+ + W]( 1-2 )J. = A[M.E + (D. ip.)Vp_ - W]n-3)由電流連續(xù)性可得出V* j+ =/qe( 1_4 )V j. =Ri^+/3_/qe(j = j++j_ (1-6)V'J = 0( 1-7 )將(1-2)(1-3)分別代入(1-4)和(1-5)得出V [(M+E + W)p+ - D+Vp+ ] + Rtp+p_ / qe(1—8)V_[(M.E)-W)p.+D.Vp_] - RiAP-Zqe(1-9)式中P +和P —分別為正、負(fù)空間電荷密度.M+和M-分別為正、負(fù)離子的遷移率.D+和D-分別為正、負(fù)離子的擴(kuò)散系數(shù).P+，qe為ー個(gè)電子的電量.W為風(fēng)速.J+和j-分別為正、負(fù)離子徙動(dòng)所致電流密度.以上方程中，有三個(gè)未知量，E，P +和P -，(1-1)，(1-8)和(1-9)可作為聯(lián)立方程
求這三個(gè)變量。將(1-1)，(1-8)和(1-9)寫(xiě)為MATLAB所要求的標(biāo)準(zhǔn)格式如下
權(quán)利要求
1.一種直流輸電線路地面合成電場(chǎng)計(jì)算方法，該方法采用有限元的方法對(duì)實(shí)際輸電線路進(jìn)行建模，計(jì)算直流輸電線路地面的合成場(chǎng)，在建模過(guò)程中，用子域提高了導(dǎo)線表面電場(chǎng)計(jì)算精度；利用數(shù)學(xué)方法，推算了有空間電荷情況下的電場(chǎng)，最終獲得了更加精確的地面合成場(chǎng)計(jì)算方法。
2.如權(quán)利要求1所述的直流輸電線路地面合成電場(chǎng)計(jì)算方法，其特征在于所述方法具體為第一步驟建模計(jì)算計(jì)算中忽略了擴(kuò)散的影響，將以下公式 V · [(M+E + W)p+ - D+Vp+ ] + RiP+P_ / qe V_[(M.E)-W)p. +D.VpJ-RiA/J./qe轉(zhuǎn)為一階非線性偏微分方程，并采用了“空間電荷只影響電場(chǎng)的大小而不影響電場(chǎng)的方向”的Deutsch假設(shè)，只對(duì)一個(gè)通量管進(jìn)行計(jì)算，將二維空間作為一維處理，公式中 P +和P-分別為正、負(fù)空間電荷密度； M+和M-分別為正、負(fù)離子的遷移率； D+和D-分別為正、負(fù)離子的擴(kuò)散系數(shù).P + ; qe為一個(gè)電子的電量； W為風(fēng)速；J+和j_分別為正、負(fù)離子徙動(dòng)所致電流密度； 第二步驟利用子域提高導(dǎo)線表面電場(chǎng)計(jì)算精度對(duì)每條相(極)導(dǎo)線設(shè)置子算域以計(jì)算其表面場(chǎng)強(qiáng)，其外邊界結(jié)點(diǎn)電位用電位系數(shù)法計(jì)算，導(dǎo)線電位設(shè)為運(yùn)行電壓；在整體計(jì)算中，相(極)導(dǎo)線則以等值導(dǎo)線代替； 第三步驟推算有空間電荷情況下的電場(chǎng)采用兩個(gè)條件來(lái)判斷計(jì)算結(jié)果是否合理，其一是終點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是否等于負(fù)極性導(dǎo)線的起暈場(chǎng)強(qiáng)，其二是沿電力線全長(zhǎng)對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的積分是否等于極間電壓，當(dāng)兩者都滿足允許誤差時(shí)， 即認(rèn)可計(jì)算結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流輸電線路地面合成電場(chǎng)計(jì)算方法，該方法采用有限元的方法對(duì)實(shí)際輸電線路進(jìn)行建模，計(jì)算直流輸電線路地面的合成場(chǎng)，在建模過(guò)程中，用子域提高了導(dǎo)線表面電場(chǎng)計(jì)算精度；利用數(shù)學(xué)方法，推算了有空間電荷情況下的電場(chǎng)，最終獲得了更加精確的地面合成場(chǎng)計(jì)算方法。通過(guò)試驗(yàn)所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，本發(fā)明具有較高準(zhǔn)確性，可應(yīng)用于今后直流高壓輸電線路直流合成場(chǎng)的計(jì)算。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102508964SQ20111034294
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者周兵, 張建功, 張澤平, 鄔雄, 陳豫朝 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院