CN107391785A - 一种多导体传输线系统空间电场描述方法 - Google Patents

Abstract

一种多导体传输线系统空间电场描述方法，以对多导体传输线系统空间电场进行准确、完备、细致描述，为开展多导体传输线系统电气参数计算和性能指标分析提供基础方法。包括如下步骤：将复杂多导体传输线系统中导体按照传输和回流功能进行分类，然后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，以物理意义上与电荷唯一对应的回路作为基本空间电场单元；针对每一个回路，根据该回路导体的半径和空间相对距离等参数推导计算出各回路的空间电势差以及不同回路间的空间互电势差，综合空间自电势差和互电势差后，完成对单个基本空间电场单元的电场描述；按照以上，对其他基本空间电场单元进行电场描述；综合各基本空间电场单元的电场描述方程，列写空间电场描述矩阵，完成多导体传输线系统空间电场描述。

Description

一种多导体传输线系统空间电场描述方法

技术领域

本发明涉及多导体传输线系统空间电磁场，能对多导体传输线系统空间电场进行准确、完备、细致描述，为开展多导体传输线系统电气参数计算和性能指标分析提供基础方法。

背景技术

多导体传输线系统系由多个导体构成的电能传输系统，对其进行空间电场描述是开展电气参数计算和性能指标分析的一项重要前提。

对于多导体传输线系统空间电场描述就是结合各导体中电荷情况以及导体空间位置关系，对多导体传输线系统中各描述单元电势差(电压)进行方程表达、列写电势差(电压)表达矩阵方程[V]＝[P][Q]，[V]为各描述单元电势差(电压)，[P]为电位系数矩阵(因[P]^-1为电容系数矩阵，因此，[P]矩阵也称为电容逆矩阵)，[Q]为各描述单元电荷。

对于多导体传输线系统，目前普遍采用的空间电场描述方法如下：首先设定其中一个导体为参考导体(通常以大地作为参考导体)，其他导体(这里定义为主导体)与参考导体构成的单元为基本空间电场单元，如由n个导体传输线可构成n-1个基本空间电场单元，然后对于某一基本空间电场单元，根据该基本空间电场单元的主导体电荷，并假定参考导体中存在与主导体大小相同、极性相反电荷，按照该基本空间电场单元的空间位置，计算该基本空间电场单元两导体间自电势差，即自电压；考虑其他基本空间电场单元的主导体电荷和参考导体电荷(参考导体电荷与主导体电荷大小相同，极性相反)在该基本空间电场单元中产生的电势差，计为互电势差，即互电压，综合自电压和互电压后，完成对单个基本空间电场单元的电场描述，以此类推，按照该方法，对其他基本空间电场单元进行电场描述，最后，综合各基本空间电场单元的电场描述方程，列写空间电场描述矩阵[V]＝[P][Q]，完成多导体传输线系统空间电场描述。

多导体传输线系统空间电场描述的完备性和准确性取决于是否能够准确反映空间诸多电荷中任一电荷位置和大小变化对电场描述结果的影响。目前普遍采用的上述方法，参考导体和主导体的选择具有一定的随机性，基本空间电场单元缺乏与电荷相联系的严格物理意义，因此，对于基本空间电场单元的电场描述并不能直接反应空间诸多电荷中任一电荷位置和大小变化的影响，降低了多导体传输线系统空间电场描述的完备性和准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多导体传输线系统空间电场描述方法，以对多导体传输线系统空间电场进行准确、完备、细致描述，为开展多导体传输线系统电气参数计算和性能指标分析提供基础方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

本发明一种多导体传输线系统空间电场描述方法，包括如下步骤：

①将复杂多导体传输线系统中导体按照传输和回流功能进行分类，然后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，以物理意义上与电荷唯一对应的回路作为基本空间电场单元；

②针对每一个回路，根据该回路导体的半径和空间相对距离等参数推导计算出各回路的空间电势差以及不同回路间的空间互电势差，综合空间自电势差和互电势差后，完成对单个基本空间电场单元的电场描述；

③按照步骤①和步骤②，对其他基本空间电场单元进行电场描述；

④综合各基本空间电场单元的电场描述方程，列写空间电场描述矩阵，完成多导体传输线系统空间电场描述。

本发明的有益效果是，将多导体传输线系统中各导体按照传输和回流功能进行分类，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，以物理意义上与电荷唯一对应的回路作为基本空间电场单元，这样能够实现基本空间电场单元直接反应空间诸多电荷中任一电荷位置和大小变化的影响，从而确保多导体传输线系统空间电场描述的完备性和准确性。

附图说明

图1是2传输导体2回流导体系统示例图。

图中示出标记及所对应的含义：导体11、导体12为传输导体，其电荷为q₁₁、q₁₂；导体01、导体02为回流导体，其电荷为q₀₁、q₀₂；S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂分别为导体11与导体01、导体11与导体02、导体12与导体01、导体12与导体02的距离；r₁₁、r₁₂、r₀₁、r₀₂分别为导体11、导体12、导体01、导体02的半径。图中导体11与导体01、导体11与导体02、导体12与导体01、导体12与导体02分别构成了回路1，回路2，回路3，回路4。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细阐述。

本发明为一种多导体传输线系统空间电场描述方法，其特征是在多导体传输线系统中，以负荷所在位置为界，根据电流方向能够明确区分哪些导体承担电流传输功能，哪些导体承担电流回流功能，基于此，首先将多导体传输线系统中各导体按照传输和回流功能进行分类，然后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，由于回路电流I在物理意义上与对应的回路唯一对应，同时回路电荷等于回路电流关于时间的微分、即

因此，回路电荷在物理意义上也与对应的回路唯一对应，以物理意义上与电荷相唯一对应的回路作为基本空间电场单元，针对每一个回路，根据构成该回路的各导体半径和空间相对距离等参数推导计算出各回路的空间自电势差(自电压)以及不同回路间的空间互电势差(互电压)，综合空间自电势差和空间互电势差后，完成对单个基本空间电场单元的电场描述，以此类推，按照该方法，对其他基本空间电场单元进行电场描述，最后，综合各基本空间电场单元的电场描述方程，列写空间电场描述矩阵，完成多导体传输线系统空间电场描述。

具体而言，本发明一种多导体传输线系统空间电场描述方法，包括如下步骤：

①将复杂多导体传输线系统中导体按照传输和回流功能进行分类，然后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，以物理意义上与电荷唯一对应的回路作为基本空间电场单元；

②针对每一个回路，根据该回路导体的半径和空间相对距离等参数推导计算出各回路的空间电势差以及不同回路间的空间互电势差，综合空间自电势差和互电势差后，完成对单个基本空间电场单元的电场描述；

③按照步骤①和步骤②，对其他基本空间电场单元进行电场描述；

④综合各基本空间电场单元的电场描述方程，列写空间电场描述矩阵，完成多导体传输线系统空间电场描述。。

参照图1的，2传输导体2回流导体系统示例，该多导体传输线系统空间电场描述方法如下：

①对于多导体传输线系统，以11和12导体承担传输功能，而01和02导体承担回流功能构成的4导体传输线系统为例进行推导，11和12导体中电荷分别为q₁₁和q₁₂，01和02导体中电荷分别为q₀₁和q₀₂，相应的多导体传输线系统示意图见图1；

②传输导体11和回流导体01、02分别构成回路1和回路2，传输导体12和回流导体01、02分别构成回路3和回路4，回路1、2、3、4空间电荷分别为q₁、q₂、q₃、q₄，q₁+q₂＝q₁₁、q₃+q₄＝q₁₂、q₁+q₃＝-q₀₁、q₂+q₄＝-q₀₂，回路在物理意义上与电荷唯一对应，成为基本空间电场单元；

③回路1电荷q₁在回路1空间中产生的自电势差如下：

式中：ε为回路空间介电常数，r₁₁为传输导体11的半径，r₀₁为回流导体01的半径，s₁₁为传输导体11与回流导体01间距离)

回路2电荷q₂在回路1空间中产生的互电势差如下：

回路3电流电流电荷q₃在回路1空间中产生的互电势差如下：

回路4电荷q₄在回路1空间中产生的互电势差如下：

综合回路1空间的自电势差和互电势差得到回路1空间的电势差如下：

④以此类推，按照步骤③中所述方法，得到回路2空间的电势差如下：

回路3空间的电势差如下：

回路4空间的电势差如下：

⑤综合各基本空间电场单元的电场描述方程，对多导体传输线系统进行空间电场描述，列写电场空间描述矩阵如下：

本发明可以对多导体传输线系统空间电场进行准确、完备、细致描述，为开展多导体传输线系统电气参数计算和性能指标分析提供基础方法。

Claims (1)

1.一种多导体传输线系统空间电场描述方法，包括如下步骤：

①将复杂多导体传输线系统中导体按照传输和回流功能进行分类，然后，由参与传输和回流的不同导体两两构建回路，以物理意义上与电荷唯一对应的回路作为基本空间电场单元；

②针对每一个回路，根据该回路导体的半径和空间相对距离等参数推导计算出各回路的空间电势差以及不同回路间的空间互电势差，综合空间自电势差和互电势差后，完成对单个基本空间电场单元的电场描述；

③按照步骤①和步骤②，对其他基本空间电场单元进行电场描述；

④综合各基本空间电场单元的电场描述方程，列写空间电场描述矩阵，完成多导体传输线系统空间电场描述。