CN102590686A - 一种双极直流输电线路无线电干扰确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双极直流输电线路无线电干扰确定方法，步骤是：1、输电线路模型参数的获取：输电线路导线参数和输电线路各导线所处环境；双极直流输电线路无线电干扰的方程组确定；2、双极直流输电线路无线电干扰确定方法：包括双极直流输电线路无线电干扰的模型建立；双极直流输电线路无线电干扰的方程组确定；各分裂导线的中心未知电荷量确定；各分裂导线内等效电荷位置和电荷量的确定；双极直流输电线路无线电干扰确定。本发明可确定直流输电输电线路无线电干扰，可判断好天气下直流输电输电线路无线电干扰不应大于55dB(μV/m)。可运用于在双极直流输电线路设计、运行和改造工程。

Description

一种双极直流输电线路无线电干扰确定方法

技术领域

本发明涉及双极直流输电无线电干扰技术领域，特别是一种双极直流输电线路无线电干扰确定方法。

背景技术

随着中国社会经济的腾飞和科技的不断进步，整个社会对电能的需求越来越大，因此电网规模不断的扩大。越来越多的超特高电压输电线路在中国投入运行。随着社会的发展，环保意识的加强，贯彻落实国家环境保护政策，履行企业社会责任，宣传国家电网公司环保方针与措施，向公众提供科学、客观、全面、均衡的输变电设施电磁环境及其健康影响的知识和信息，为电网建设营造和谐的外部环境是电力工作者义不容辞的责任。无线电干扰是超特高电压输电线路电磁环境的组成部分之一，开展无线电干扰计算对输电技术的发展和缓解整个社会的能源紧张有着重大的意义。

目前，中国电力科学研究院和南方电网科学研究院昆明国家工程实验室分别建立了世界上特高压直流输电基地。利用该基地条件开展了特高压直流输电线路电磁环境研究，探讨了±800kV直流输电线路的导线选型；通过计算线路无线电干扰水平，提出了特高压直流输电线路的无线电干扰限值。然而特高压基地进行无线电干扰研究存在测试环境与实际线路所处海拔高度、导线对地高度和线路周围自然环境迥异的问题，因此开展有效的理论计算方法有着重要的意义。云广800kV直流线路工程设计曾用美国电力研究院等提出的无线电干扰计算经验公式来验证无线电干扰限值，指导导线选型。并从理论上分析了极导线对地高度、极间距、子导线截面积、海拔高度和不同运行方式对输电线路电磁环境的影响。以上理论分析无线电干扰与现有测量数据的误差挺大，因此发展现有理论方法进行无线电干扰计算，对超特高压输电线路的设计和改造意义重大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术分析无线电干扰与现有测量数据的误差较大的技术问题，提供一种双极直流输电线路无线电干扰确定方法。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种双极直流输电线路无线电干扰确定方法，包括如下步骤：

S1、输电线路模型参数的获取：输电线路导线参数和输电线路各导线所处环境；

所述输电线路导线参数包含单根导线的分裂数、分裂半径和导线的截面积；两导线之间的距离；

所述输电线路导线所处环境包括输电线路对地投影为起点，测量各导线对地高度；

S2、双极直流输电线路无线电干扰确定方法

S21，双极直流输电线路无线电干扰的模型建立：将测量的输电线路导线参数和输电线路各导线所处环境构建物理模型，绘制输电线路无线电干扰的二维图形模型，包括：

双极直流输电线路无线电干扰的模型的二维图形绘制包括根据换单根导线的分裂数、分裂半径和导线的截面积；两导线之间的距离绘制的二维图形；

双极直流输电线路无线电干扰的模型的二维图形包括根据测量各导线对地高度绘制各导线相对于地面的镜像；

根据双极直流输电线路无线电干扰的模型得到每根分裂导线及其镜像的圆心坐标(x_i，y_i)、导线半径r_i，并将这些信息存储在矩阵A，所述矩阵A每一行代表一根分裂导线的信息，第一列代表分裂导线编号，第二列代表分裂导线在地面的水平距离，第三列代表分裂导线对地高度，第四列代表分裂导线半径，矩阵A的总行数等于分裂导线及镜像的总和N；

S22，双极直流输电线路无线电干扰的方程组确定

首先设置每根分裂导线作为孤立导体对待，且认为每根子导线上电荷相等并集中在该分裂导线的中心，因此，给定每个分裂导线的电荷初始向量，并保存在数组q₀，q₀的大小为N；

根据双极直流输电线路无线电干扰的模型和信息存储矩阵A得到双极直流输电线路无线电干扰的方程组如式(1)；

$\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\\ .\\ .\\ .\\ u_N\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{D}_{11}& D_{12}& ...& D_{1N}\\ D_{21}& D_{22}& ...& \\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ D_{N1}& D_{N2}& ...& D_{\mathrm{NN}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{q}_1\\ q_2\\ .\\ .\\ .\\ q_2\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中向量u为分裂导线运行电压，向量q为各分裂导线的未知电荷量，矩阵D是电位系数矩阵。所述向量u是由u₁，u₂…u_N组成且因分裂导线运行电压已知而该向量已知，向量q是由q₁，q₂…q_N组成且为未知量，分裂导线运行电压是指双极直流输电线路正常运行时导线上的电位值，矩阵D是由D₁₁，D₁₂…D_NN组成，其中矩阵D的元素由式(2)计算。

$D_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}\ln \left(\frac{2h_i}{R_i}\right)i=j\\ \frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}\ln \left(\frac{L_{\mathrm{ij}}^{\′}}{L_{\mathrm{ij}}}\right)i\≠j\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中ε₀是真空的介电常数

R_i为分裂导线半径，L′_ij是分裂导线i和分裂导线j的镜像之间的距离，L_ij是分裂导线i和分裂导线j之间的距离；

S23，各分裂导线的中心未知电荷量确定

根据所述双极直流输电线路无线电干扰的方程组，进行如下基本流程：

a)根据所述节点初始向量q₀计算初始残值r₀如式(3)；

r₀＝Dq₀-u    (3)

b)利用式(4)求解共轭梯度向量p_k+1、

和向量β_k；

c)换流变磁场分析的未知向量C的确定和误差计算如(5)；

${\mathrm{\α}}_{k+1}=(z_k,r_k^{*})/(p_{k+1}^{*},{\mathrm{Dp}}_{k+1})$

q_k+1＝q_k+α_k+1p_k+1    (5)

$r_{k+1}=r_k-{\mathrm{\α}}_{k+1}{\mathrm{Dp}}_{k+1};r_{k+1}^{*}=r_k^{*}-{\mathrm{\α}}_{k+1}{D}^T{p}_{k+1}^{*}$

d)若r_k+1的值大于10^-7，q_k+1作为新的q₀带入a)步骤，重新计算q_k+1和r_k+1，直到r_k+1的值小于10^-7；否则，将q_k+1和r_k+1作为各分裂导线的中心未知电荷量的未知向量的解和误差；

S24，各分裂导线内等效电荷位置和电荷量的确定

根据所属各分裂导线的中心未知电荷量确定，假设分裂导线m，其他分裂导线在分裂导线m内的等效电荷位置和电荷量可采用镜像法确定。其他分裂导线在分裂导线m内的等效电荷量等于原电荷，但符号相反；其他分裂导线在分裂导线m内的等效电荷位置位于K_mj，其计算方法如式(6)；

$K_{\mathrm{mj}}=\frac{R_m^2}{L_{\mathrm{mj}}}---\left(6\right)$

式(6)中参数与式(2)定义一样，j是其他分裂导线需要将电荷量等效到分裂导线m内的导线编号；

S25)双极直流输电线路无线电干扰确定

根据所述各分裂导线内等效电荷位置和电荷量，计算分裂导线几何中心与子导线中心连线方向上的子导线外表面上的电场φ_n如式(7)；

${\mathrm{\φ}}_n=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}\ln \left(\frac{L_{\mathrm{ni}}^{\′}}{L_{\mathrm{ni}}}\right)q_i---\left(7\right)$

式中q_i表示分裂导线内i点处电荷量，L′_ni和L_ni的定义方法如式(2)。根据电场φ_n计算双极直流输电线路无线电干扰E dBV/m；

$E=38+1.6({\mathrm{\φ}}_n-24)+46\mathrm{lgr}+54\mathrm{gn}+\mathrm{\Δ}{E}_f+33\lg \frac{20}{D}+\mathrm{\Δ}{E}_W---\left(8\right)$

式中r为分裂导线半径；n为导线分裂数；D为计算点到导线表面的距离；ΔE_W为气象修正项，好天气取0 dBV/m，坏天气取3 dB V/m；ΔE_f为干扰频率修正项，ΔE_f＝5[1-2(log10f)²]，f为干扰频率，适用于0.15～30MHz频段。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：可确定直流输电输电线路无线电干扰，可判断好天气下直流输电输电线路无线电干扰不应大于55dB(μV/m)。

附图说明

图1是本发明的系统流程示意图；

图2是输电线路无线电干扰的二维图形模型；

图3是各分裂导线内等效电荷位置和电荷量的确定。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1所示，为进一步说明本发明的特点，本实施例通过具体的实例来计算如下：输电线路模型参数的获取包括测量输电线路导线参数和输电线路各导线所处环境。其中测量输电线路导线参数的长卷尺、输电线路各导线所处环境，为市售产品。测量输电线路导线参数的长卷尺采用广东省四会精准五金有限公司的型号TC，输电线路各导线所处环境的测量仪采用长沙新联测绘仪器有限公司的红外测距仪ND-3000/2000产品。方法步骤如下：

1、输电线路模型参数的获取：通过型号TC长卷尺测量输电线路导线参数如表1

表1：输电线路导线参数

测量项目	值
		导线的分裂数	4
分裂半径	450(mm)
		导线的截面积	630(mm2)
两导线之间的距离	22(m)

通过红外测距仪ND-3000/2000测量输电线路各导线所处环境如表2；

表2：输电线路各导线所处环境

测量项目	值
		导线1对地高度	27(m)
导线1对地高度	27(m)

2、双极直流输电线路无线电干扰确定方法

1)双极直流输电线路无线电干扰的模型建立：将测量的输电线路导线参数和输电线路各导线所处环境构建物理模型，即采用美国Altair公司的市售产品Hypermesh软件输电线路无线电干扰的二维图形模型如图2。并形成信息矩阵A；

$A=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 27000& 14.16\\ 2& 22000& 27000& 14.16\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ N& 22450& 27000& 14.16\end{array}\right]$

2)双极直流输电线路无线电干扰的方程组确定

给定每个分裂导线的电荷初始向量，并保存在数组q₀，q₀的大小为N；

q₀＝[0 0…0]

根据双极直流输电线路无线电干扰的模型和信息存储矩阵A得到双极直流输电线路无线电干扰的方程组；

$\left[\begin{array}{c}800000\\ 800000\\ .\\ .\\ .\\ -800000\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}34578.1& 15692.2& ...& 14524.0\\ 15692.2& 45291.5& ...& 19521.6\\ .& .& .& \text{.}\\ .& .& .& \text{.}\\ .& .& .& .\\ 14524.0& 13862.3& ...& 38629.1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{q}_1\\ q_2\\ .\\ .\\ .\\ q_2\end{array}\right]$

3)各分裂导线的中心未知电荷量确定

根据所述双极直流输电线路无线电干扰的方程组，进行所述基本流程a)到d)，得到q_k+1和r_k+1作为各分裂导线的中心未知电荷量的未知向量的解和误差；

q_k+1＝[457.3 653.8…1354.2]

r_k+1＝[3.6e-8 4.1e-9…8.1e-10]

4)各分裂导线内等效电荷位置和电荷量的确定

根据所属各分裂导线的中心未知电荷量确定，假设分裂导线m，其他分裂导线在分裂导线m内的等效电荷位置和电荷量可采用镜像法确定。其他分裂导线在分裂导线m内的等效电荷量等于原电荷，但符号相反；其他分裂导线在分裂导线m内的等效电荷位置位于K_mj如图3。

5)双极直流输电线路无线电干扰确定

根据所述各分裂导线内等效电荷位置和电荷量，计算分裂导线几何中心与子导线中心连线方向上的子导线外表面上的电场φ_n；

φ_n＝20.456kV/m

根据电场φ_n计算双极直流输电线路无线电干扰E dBV/m；

E＝49.56×10^-6dBV/m

将计算结果与测量值、现有理论方法进行比较如表3；

表3  计算结果与测量值、现有方法的比较

效果分析：通过进行计算结果与测量值、现有理论方法比较，发现本发明方法比现有理论方法与测量值的误差小，精度高。并判断出该点区域的无线电干扰值不大于55dB(μV/m)。该方法用于双极直流输电线路无线电干扰确定

本实施例运用于：

1、±500kV直流输电输电线路无线电干扰确定；

2、±800kV直流输电输电线路无线电干扰确定。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种双极直流输电线路无线电干扰确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、输电线路模型参数的获取：输电线路导线参数和输电线路各导线所处环境；

所述输电线路导线参数包含单根导线的分裂数、分裂半径和导线的截面积；两导线之间的距离；

所述输电线路导线所处环境包括输电线路对地投影为起点，测量各导线对地高度；

S2、双极直流输电线路无线电干扰确定方法

S21，双极直流输电线路无线电干扰的模型建立：将测量的输电线路导线参数和输电线路各导线所处环境构建物理模型，绘制输电线路无线电干扰的二维图形模型，包括：

双极直流输电线路无线电干扰的模型的二维图形绘制包括根据换单根导线的分裂数、分裂半径和导线的截面积；两导线之间的距离绘制的二维图形；

双极直流输电线路无线电干扰的模型的二维图形包括根据测量各导线对地高度绘制各导线相对于地面的镜像；

根据双极直流输电线路无线电干扰的模型得到每根分裂导线及其镜像的圆心坐标(x_i，y_i)、导线半径r_i，并将这些信息存储在矩阵A，所述矩阵A每一行代表一根分裂导线的信息，第一列代表分裂导线编号，第二列代表分裂导线在地面的水平距离，第三列代表分裂导线对地高度，第四列代表分裂导线半径，矩阵A的总行数等于分裂导线及镜像的总和N；

S22，双极直流输电线路无线电干扰的方程组确定

首先设置每根分裂导线作为孤立导体对待，且认为每根子导线上电荷相等并集中在该分裂导线的中心，因此，给定每个分裂导线的电荷初始向量，并保存在数组q₀，q₀的大小等于之前所述N；

根据双极直流输电线路无线电干扰的模型和信息存储矩阵A得到双极直流输电线路无线电干扰的方程组如式(1)；

$\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\\ .\\ .\\ .\\ u_N\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{D}_{11}& D_{12}& ...& D_{1N}\\ D_{21}& D_{22}& ...& \\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ D_{N1}& D_{N2}& ...& D_{\mathrm{NN}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{q}_1\\ q_2\\ .\\ .\\ .\\ q_2\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中向量u为分裂导线运行电压，向量q为各分裂导线的未知电荷量，矩阵D是电位系数矩阵。所述向量u是由u₁，u₂…u_N组成且因分裂导线运行电压已知而该向量已知，向量q是由q₁，q₂…q_N组成且为未知量，分裂导线运行电压是指双极直流输电线路正常运行时导线上的电位值，矩阵D是由D₁₁，D₁₂…D_NN组成，其中矩阵D的元素由式(2)计算。

$D_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}\ln \left(\frac{2h_i}{R_i}\right)i=j\\ \frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}\ln \left(\frac{L_{\mathrm{ij}}^{\′}}{L_{\mathrm{ij}}}\right)i\≠j\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中ε₀是真空的介电常数

R_i为分裂导线半径，L′_ij是分裂导线i和分裂导线j的镜像之间的距离，L_ij是分裂导线i和分裂导线j之间的距离；

S23，各分裂导线的中心未知电荷量确定

根据所述双极直流输电线路无线电干扰的方程组，进行如下基本流程：

a)根据所述节点初始向量q₀计算初始残值r₀如式(3)；

r₀＝Dq₀-u    (3)

b)利用式(4)求解共轭梯度向量p_k+1、

和向量β_k；

c)换流变磁场分析的未知向量C的确定和误差计算如(5)；

${\mathrm{\α}}_{k+1}=(z_k,r_k^{*})/(p_{k+1}^{*},{\mathrm{Dp}}_{k+1})$

q_k+1＝q_k+α_k+1p_k+1    (5)

$r_{k+1}=r_k-{\mathrm{\α}}_{k+1}{\mathrm{Dp}}_{k+1};r_{k+1}^{*}=r_k^{*}-{\mathrm{\α}}_{k+1}{D}^T{p}_{k+1}^{*}$

d)若r_k+1的值大于10^-7，q_k+1作为新的q₀带入a)步骤，重新计算q_k+1和r_k+1，直到r_k+1的值小于10^-7；否则，将q_k+1和r_k+1作为各分裂导线的中心未知电荷量的未知向量的解和误差；

S24，各分裂导线内等效电荷位置和电荷量的确定

根据所属各分裂导线的中心未知电荷量确定，假设分裂导线m，其他分裂导线在分裂导线m内的等效电荷位置和电荷量可采用镜像法确定。其他分裂导线在分裂导线m内的等效电荷量等于原电荷，但符号相反；其他分裂导线在分裂导线m内的等效电荷位置位于K_mj，其计算方法如式(6)；

$K_{\mathrm{mj}}=\frac{R_m^2}{L_{\mathrm{mj}}}---\left(6\right)$

式(6)中参数与式(2)定义一样，j是其他分裂导线需要将电荷量等效到分裂导线m内的导线编号；

S25)双极直流输电线路无线电干扰确定

根据所述各分裂导线内等效电荷位置和电荷量，计算分裂导线几何中心与子导线中心连线方向上的子导线外表面上的电场φ_n如式(7)；

${\mathrm{\φ}}_n=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}\ln \left(\frac{L_{\mathrm{ni}}^{\′}}{L_{\mathrm{ni}}}\right)q_i---\left(7\right)$

式中q_i表示分裂导线内i点处电荷量，L′_ni和L_ni的定义方法如式(2)。根据电场φ_n计算双极直流输电线路无线电干扰E dBV/m；

$E=38+1.6({\mathrm{\φ}}_n-24)+46\mathrm{lgr}+54\mathrm{gn}+\mathrm{\Δ}{E}_f+33\lg \frac{20}{D}+\mathrm{\Δ}{E}_W---\left(8\right)$

式中r为分裂导线半径；n为导线分裂数；D为计算点到导线表面的距离；ΔE_W为气象修正项，好天气取0 dBV/m，坏天气取3 dB V/m；ΔE_f为干扰频率修正项，ΔE_f＝5[1-2(log10f)²]，f为干扰频率，适用于0.15～30MHz频段。

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