CN107480319B - 一种高压直流输电分裂导线的优化布置方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压直流输电分裂导线的优化布置方法及系统，高压直流输电使用布置在椭圆形上的分裂导线，椭圆形的长短轴比例以及子导线的布置方法由仿真优化方法确定；优化时须设置不同的椭圆形长短轴比例，计算各模型中每根子导线的表面最大场强，对比分析所有计算模型的导线表面场强计算结果，选择子导线表面场强相互最一致的长短轴比例为最佳长短轴比例；本发明在现有技术的基础上，提供了一种高压直流输电分裂导线的布置方法和优化方法，与通常采用的圆形相比，可在同等条件下降低输电导线的电晕放电程度，从而使得线路周边的电磁环境更优，为更为环保节约型的高压直流线路的线路设计提供技术参考。
Description
技术领域
本发明涉及高压输电线路领域，更具体地，涉及一种高压直流输电分裂导线的优化布置方法及系统。
背景技术
高压电网具备长距离、大容量和低损耗的送电能力，是符合中国国情、适应未来电网发展趋势的输电方式，可以在更大范围内优化我国能源资源配置方式，满足未来我国电力需求持续增长的需要，促进电网与电源协调发展，推动电力技术和电工制造业技术升级，实现电力工业跨越式发展，建设高压电网是实现资源优化配置的重要途径。按照规划，我国能源基地开发逐步西移、北移，新疆煤电和新能源基地、西藏水电基地送到东中部的距离超过3000千米，正在论证的“一带一路”中俄、中欧联网输送距离将超过4000千米。目前，我国已确定±400kV、±500kV、±660kV、±800kV、±1100kV的高压直流等级序列，每一个电压等级所需导线均不同。
高压直流输电时分裂导线表面一般存在弱电晕，当发生电晕放电时，会产生可听噪音、无线电干扰、合成电场和离子流等，对周边环境造成不良影响。影响导线电晕放电的最主要因素是导线表面场强，高压直流输电通常采用分裂导线来降低导线表面场强。分裂导线之间的布置方式一般是分布在圆形上，子导线之间的间距相等，因而布置的结果是所有子导线呈正多边形；各子导线空间位置不同导致对地电容及导线间电容不同，加之各子导线间的相互作用，导致每根子导线的表面场强大小各不相同分布不均，更靠近另一极导线且偏下位置的子导线的表面场强最大，其他子导线的表面场强较小；各子导线的表面场强分布不均，因而，还存在降低分裂导线表面场强的空间。目前国内外大多通过增加导线分裂根数、增大子导线截面的办法来减小导线表面场强来实现降低高压直流线路的合成电场、无线电干扰和可听噪声水平；该方法大大提高了分裂导线的材料成本，同时并未解决子导线的表面场强分布不均的问题。
发明内容
为了解决背景技术存在的需降低分裂导线表面电场强度等问题，本发明提供了一种高压直流输电分裂导线的优化布置方法及系统，所述方法通过优化各子导线的空间位置来改变各子导线间的相互作用，进而优化分裂导线表面场强。
所述一种高压直流输电分裂导线的优化布置方法，将多根导线布置在椭圆形上，所述方法包括：
步骤1，确定椭圆形分裂导线中子导线的根数，设置所述椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围，在区间内选定若干个具体长短轴比例数值，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；
步骤2，根据每个长短轴比例数值分别建立对应的双极异形分裂导线模拟线路的物理模型；
步骤3，根据模型计算每个长短轴比例下的每根子导线的最大表面场强；
步骤4，对比分析每个长短轴比例下的每根子导线的最大表面场强，选择子导线表面场强最一致的长短轴比例为最佳长短轴比例，按照此比例的分裂导线布置方法为最优布置方法；所述选择表面场强最一致的长短轴比例的方法为计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，所述比值最小值对应的长短轴比例即为表面场强最一致的长短轴比例。
进一步的，所述在椭圆形分裂导线长短轴比例区间内选定的长短轴比例数值是等间隔的或不等间隔的；
进一步的，所述椭圆形分裂导线长短轴比例的设置是长轴固定，短轴根据长短轴比例变化；
进一步的，所述计算每根子导线最大表面场强的方法为逐次镜像法、有限元法或模拟电荷法；
进一步的，分裂导线中每根子导线的型号以及半径是相同的，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；
进一步的，所述椭圆形分裂导线的长轴垂直于地面；
进一步的，所述分裂导线中子导线根数为偶数，当所述分裂导线中子导线根数为4时，其最下侧与最上侧的两根子导线所在的平面垂直于地面，当所述分裂导线中子导线根数为6或8时，其最左侧端部两根导线所在的平面垂直于地面；
进一步的，当分裂导线子导线根数为4时，所述设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.12；
进一步的，当分裂导线子导线根数为6时，所述设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.11；
进一步的，当分裂导线子导线根数为8时，所述设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.09；
进一步的，所述选择表面场强最一致的长短轴比例的方法为计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的方差，所述方差最小值对应的长短轴比例即为表面场强最一致的长短轴比例。
一种高压直流输电分裂导线的优化布置系统，所述系统包括：
硬件设置模块：所述硬件设置模块用于根据椭圆形分裂导线中子导线的根数及工程条件设置所述椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围，并确定区间内具体的比例数值；
模型建立模块：所述模型建立模块用于对每个长短轴比例数值建立对应的双极异形分裂导线模拟线路的物理模型；
计算模块：所述计算模块用于计算每个长短轴比例下的每根子导线的最大表面场强；
分析模块：所述分析模块用于计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，得到所述比值最小值对应的椭圆形分裂导线长短轴比例。
进一步的，所述硬件设置模块在长短轴比例区间内选定的长短轴比例数值是等间隔的或不等间隔的；所述长短轴比例的设置是长轴固定，短轴根据长短轴比例变化；
进一步的，所述计算模块计算每根子导线最大表面场强的方法为逐次镜像法、有限元法或模拟电荷法；
进一步的，分裂导线中每根子导线的型号以及半径是相同的，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；
进一步的，所述椭圆形分裂导线的长轴垂直于地面；
进一步的，分裂导线中每根子导线的型号以及半径是相同的，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；
进一步的，所述分裂导线中子导线根数为偶数，当子导线根数为4时，最下侧与最上侧的两根导线所在的平面垂直于地面，当子导线根数为6或8时，最左侧端部两根导线所在的平面垂直于地面；
进一步的，当分裂导线的子导线根数为4时，所述硬件设置模块设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.12；
进一步的，当分裂导线的子导线根数为6时，所述硬件设置模块设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.11；
进一步的，当分裂导线的子导线根数为8时，所述硬件设置模块设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.09。
进一步的，所述分析模块用于计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的方差，得到所述方差最小值对应的椭圆形分裂导线长短轴比例。
本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种高压直流输电分裂导线的优化布置方法及系统，所述方法通过优化各子导线的空间位置来改变各子导线间的相互作用，进而优化分裂导线表面场强，与通常采用的圆形截面分裂导线相比，可在材料规格等同等条件下降低输电导线的电晕放电程度，从而使得线路周边的电磁环境更优，为更为环保节约型的高压直流线路的线路设计提供了技术参考。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为本发明具体实施方式的一种高压直流输电分裂导线的优化布置方法的流程图；
图2为本发明具体实施方式的一种高压直流输电分裂导线的优化布置系统的结构图；
图3为本发明具体实施方式的当分裂导线子导线根数为4时分裂导线布置方法的截面示意图；
图4为本发明具体实施方式的当分裂导线子导线根数为6时分裂导线布置方法的截面示意图；
图5为本发明具体实施方式的当分裂导线子导线根数为8时分裂导线布置方法的截面示意图；
图6为本发明具体实施方式的当分裂导线子导线根数为8时各子导线表面场强最大值和最小值的比值与分裂导线长短轴比例值之间的函数关系图；
图7为本发明具体实施方式的当分裂导线子导线根数为8、分裂导线长短轴比例为1.06时子导线表面场强分布示意图；
图8为本发明具体实施方式的当分裂导线子导线根数为8、分裂导线长短轴比例为1.00时子导线表面场强分布示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为本发明具体实施方式的一种高压直流输电分裂导线的优化布置方法的流程图；所述一种高压直流输电分裂导线的优化布置方法，将多根导线布置在椭圆形上，所述方法包括：
步骤101，确定椭圆形分裂导线中子导线的根数，设置所述椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围，在区间内选定若干个具体长短轴比例数值，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；
步骤102，根据每个长短轴比例数值分别建立对应的双极异形分裂导线模拟线路的物理模型；
步骤103，根据模型计算每个长短轴比例下的每根子导线的最大表面场强；
步骤104，对比分析每个长短轴比例下的每根子导线的最大表面场强，选择子导线表面场强最一致的长短轴比例为最佳长短轴比例，按照此比例的分裂导线布置方法为最优布置方法；所述选择表面场强最一致的长短轴比例的方法为计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，所述比值最小值对应的长短轴比例即为表面场强最一致的长短轴比例。
进一步的，所述在椭圆形分裂导线长短轴比例区间内选定的长短轴比例数值是等间隔的或不等间隔的；
进一步的，所述椭圆形分裂导线长短轴比例的设置是长轴固定，短轴根据长短轴比例变化；
进一步的，所述计算每根子导线最大表面场强的方法为逐次镜像法、有限元法或模拟电荷法；
进一步的，分裂导线中每根子导线的型号以及半径是相同的，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；
进一步的，所述椭圆形分裂导线的长轴垂直于地面；
进一步的，所述分裂导线中子导线根数为偶数，当所述分裂导线中子导线根数为4时，其最下侧与最上侧的两根子导线所在的平面垂直于地面，当所述分裂导线中子导线根数为6或8时，其最左侧端部两根导线所在的平面垂直于地面；
进一步的，当分裂导线子导线根数为4时，所述设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.12；
进一步的，当分裂导线子导线根数为6时，所述设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.11；
进一步的，当分裂导线子导线根数为8时，所述设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.09；
进一步的，所述选择表面场强最一致的长短轴比例的方法为计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的方差，所述方差最小值对应的长短轴比例即为表面场强最一致的长短轴比例。
图2为本发明具体实施方式的一种高压直流输电分裂导线的优化布置系统的结构图；所述一种高压直流输电分裂导线的优化布置系统包括：
硬件设置模块201：所述硬件设置模块用于根据椭圆形分裂导线中子导线的根数及工程条件设置所述椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围，并确定区间内具体的比例数值；
模型建立模块202：所述模型建立模块用于对每个长短轴比例数值建立对应的双极异形分裂导线模拟线路的物理模型；
计算模块203：所述计算模块用于计算每个长短轴比例下的每根子导线的最大表面场强；
分析模块204：所述分析模块用于计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，得到所述比值最小值对应的椭圆形分裂导线长短轴比例。
进一步的，所述硬件设置模块201在长短轴比例区间内选定的长短轴比例数值是等间隔的或不等间隔的；所述长短轴比例的设置是长轴固定，短轴根据长短轴比例变化；
进一步的，所述计算模块203计算每根子导线最大表面场强的方法为逐次镜像法、有限元法或模拟电荷法；
进一步的，分裂导线中每根子导线的型号以及半径是相同的，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；
进一步的，所述椭圆形分裂导线的长轴垂直于地面；
进一步的，分裂导线中每根子导线的型号以及半径是相同的，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；
进一步的，所述分裂导线中子导线根数为偶数，当子导线根数为4时，最下侧与最上侧的两根导线所在的平面垂直于地面，当子导线根数为6或8时，最左侧端部两根导线所在的平面垂直于地面；
进一步的，当分裂导线的子导线根数为4时，所述硬件设置模块201设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.12；
进一步的，当分裂导线的子导线根数为6时，所述硬件设置模块201设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.11；
进一步的，当分裂导线的子导线根数为8时，所述硬件设置模块201设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.09。
进一步的，所述分析模块用于计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的方差，得到所述方差最小值对应的椭圆形分裂导线长短轴比例。
图3为本发明具体实施方式的当分裂导线子导线根数为4时分裂导线布置方法的截面示意图；所述分裂导线的截面为椭圆形，其长轴所在的平面垂直于地面，所述分裂导线的子导线在椭圆周上等间隔布置，所述4根导线中最下侧与最上侧的两根导线所在的平面垂直于地面；
图4为本发明具体实施方式的当分裂导线子导线根数为6时分裂导线布置方法的截面示意图；所述分裂导线的截面为椭圆形，其长轴所在的平面垂直于地面，所述分裂导线的子导线在椭圆周上等间隔布置，所述6根导线中最左侧端部两根导线所在的平面垂直于地面；
图5为本发明具体实施方式的当分裂导线子导线根数为8时分裂导线布置方法的截面示意图；所述分裂导线的截面为椭圆形，其长轴所在的平面垂直于地面，所述分裂导线的子导线在椭圆周上等间隔布置，所述8根导线中最左侧端部两根导线所在的平面垂直于地面；
具体的，以分裂导线子导线根数为8时分裂导线的优化布置方法为例，所述仿真模型中采用工程中使用的8×1250mm2分裂导线，8根子导线所在的椭圆形长轴垂直于地面；椭圆的长短轴比例的设置为长轴固定，固定值为1700mm，短轴根据长短轴比例变化，长短轴比例范围为1.00～3.00；8根子导线的分裂间距相等；分裂导线所在的椭圆圆心距离地面18米，正负极间距20米；采用有限元方法对导线表面及周围空间进行分割。
图6为上述当分裂导线子导线根数为8时各子导线表面场强最大值和最小值的比值与分裂导线长短轴比例值之间的函数关系图；所述函数关系图的横坐标为分裂导线长短轴比例值，所述函数关系图纵坐标为各子导线表面场强的最大值和最小值的比值，所述比值可直观体现分裂导线中各子导线的最一致程度，有图可见，随着横坐标的长短轴比例值的逐渐变大，纵坐标的比值先缓步减小再缓步增大最后大幅增大，当分裂导线长短轴比例值为1.06时，所述表面场强最大值和最小值的比值取得最小值，即此时获得最优布置方法；其中，所述子导线表面场强是指单根子导线表面场强的最大值。
图7为上述当分裂导线子导线根数为8且在最优的长短轴比例1.06下时，分裂导线各子导线的表面场强分布；相对比的，图8为当分裂导线子导线根数为8时长短轴比例为1.00(标准圆形)时分裂导线各子导线的表面场强分布；两种不同长短轴比例的模型中各子导线表面场强对比数据如下所示：
对比可见，椭圆形模型的分裂导线布置方法在表面场强的分布和大小上要优于传统圆形模型的分裂导线布置方法。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (14)
1.一种高压直流输电分裂导线的优化布置方法，将多根导线布置在椭圆形上，所述方法包括：
步骤1，确定椭圆形分裂导线中子导线的根数，设置所述椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围，在区间内选定若干个具体长短轴比例数值，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；
所述在椭圆形分裂导线长短轴比例区间内选定的长短轴比例数值是等间隔的或不等间隔的；分裂导线中每根子导线的型号以及半径是相同的，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；所述椭圆形分裂导线的长轴垂直于地面；所述分裂导线中子导线根数为偶数，当所述分裂导线中子导线根数为4时，其最下侧与最上侧的两根子导线所在的平面垂直于地面，当所述分裂导线中子导线根数为6或8时，其最左侧端部两根导线所在的平面垂直于地面；
步骤2，根据每个长短轴比例数值分别建立对应的双极异形分裂导线模拟线路的物理模型；
步骤3，根据模型计算每个长短轴比例下的每根子导线的最大表面场强；
步骤4，对比分析每个长短轴比例下的每根子导线的最大表面场强，选择子导线表面场强最一致的长短轴比例为最佳长短轴比例，按照此比例的分裂导线布置方法为最优布置方法；所述选择表面场强最一致的长短轴比例的方法为计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，所述比值最小值对应的长短轴比例即为表面场强最一致的长短轴比例。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述椭圆形分裂导线长短轴比例的设置是长轴固定，短轴根据长短轴比例变化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述计算每根子导线最大表面场强的方法为逐次镜像法、有限元法或模拟电荷法。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当分裂导线子导线根数为4时，所述设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.12。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当分裂导线子导线根数为6时，所述设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.11。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当分裂导线子导线根数为8时，所述设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.09。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述选择表面场强最一致的长短轴比例的方法为计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的方差，所述方差最小值对应的长短轴比例即为表面场强最一致的长短轴比例。
8.一种高压直流输电分裂导线的优化布置系统，所述系统包括：
硬件设置模块：所述硬件设置模块用于根据椭圆形分裂导线中子导线的根数及工程条件设置所述椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围，并确定区间内具体的比例数值；
所述硬件设置模块在长短轴比例区间内选定的长短轴比例数值是等间隔的或不等间隔的；所述长短轴比例的设置是长轴固定，短轴根据长短轴比例变化；所述椭圆形分裂导线的长轴垂直于地面；分裂导线中每根子导线的型号以及半径是相同的，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等；所述分裂导线中子导线根数为偶数，当子导线根数为4时，最下侧与最上侧的两根导线所在的平面垂直于地面，当子导线根数为6或8时，最左侧端部两根导线所在的平面垂直于地面；
模型建立模块：所述模型建立模块用于对每个长短轴比例数值建立对应的双极异形分裂导线模拟线路的物理模型；
计算模块：所述计算模块用于计算每个长短轴比例下的每根子导线的最大表面场强；
分析模块：所述分析模块用于计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，得到所述比值最小值对应的椭圆形分裂导线长短轴比例。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述计算模块计算每根子导线最大表面场强的方法为逐次镜像法、有限元法或模拟电荷法。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：分裂导线中每根子导线的型号以及半径是相同的，所述分裂导线的子导线间的分裂间距相等。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：当分裂导线的子导线根数为4时，所述硬件设置模块设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.12。
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：当分裂导线的子导线根数为6时，所述硬件设置模块设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.11。
13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：当分裂导线的子导线根数为8时，所述硬件设置模块设置的椭圆形分裂导线长短轴比例区间范围为：1.02～1.09。
14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述分析模块用于计算每个长短轴比例下各子导线最大表面场强的方差，得到所述方差最小值对应的椭圆形分裂导线长短轴比例。
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