[发明专利]特高压直流输电线路跨越复杂地形时的合成电场计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成电场的计算方法，尤其涉及一种特高压直流输电线路跨越复杂地形时的合成电场计算方法。

背景技术

为实现资源优化配置，在远距离、大容量输电和电力系统联网方面具有明显的优势的特高压直流输电技术得到了快速发站，而特高压直流输电线路的带来的电磁环境问题受到了人们的关注，尤其是表征特高压直流输电线路电磁环境的重要参数之一的合成电场。

目前有关高压直流输电线路合成电场的计算主要采用经验公式法、Deutsch假设的数值计算方法以及其他数值计算方法，但是在上述算法中都是假定高压直流输电线路所经过的区域的地面为平地，地面情况单一，忽略地形起伏对合成电场的影响，但是实际输电线路所经过的区域的地面情况时复杂的，即地面总是起伏不定的。根据现场实际测量以及传统算法所计算出的理论值比较，起伏的地面对高压直流输电线路的合成电场影响较大，即是说传统算法中所得出的合成电场与实际测量的存在较大偏差，表明传统算法忽略地面对合成电场计算的准确具有严重的影响，从而影响电磁环境评估的准确性，然而，在传统算法中，如将地形因素考虑其中，将大大增加计算难度以及计算量，并导致计算结果的准确性受到严重影响。

因此，需要提出一种新的算法，能够将输电线路所经过区域的地面情况均考虑到计算因素中，提高合成电场计算的精确度，从而提高对输电线路的电磁环境评估的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种特高压直流输电线路跨越复杂地形时的合成电场计算方法，能够将输电线路所经过区域的地面情况均考虑到计算因素中，提高合成电场计算的精确度，从而提高对输电线路的电磁环境评估的准确性。

本发明提供的一种特高压直流输电线路跨越复杂地形时的合成电场计算方法，包括如下步骤：

S1.建立包括线路坐标参数、地形参数的合成电场计算模型；

S2.在输电导线表面任意设定一点，并确定从该点出发的电力线；

S3.设定输电导线表面的电荷密度初值，并求出从输电导线表面起且沿电力线的空间各点的电荷密度和标量函数；

S4.根据求得的电荷密度对应的标称电场和标量函数计算合成电场。

进一步，步骤S2中，由改进模拟电荷法确定从设定点出发的电力线，具体步骤如下：

S21.选定镜像地面，并假定镜像地面延伸至起伏地面内；

S22.在导线和起伏地面设置模拟电荷以及与模拟电荷相对应的匹配点，使起伏地面的电位为0；

S23.根据叠加原理，构建模拟电荷方程组，并根据模拟电荷的方程组求解模拟电荷的大小,其中，模拟电荷方程组为

为输电导线电位；为非镜像地表的零电位；Q₁...Q_n为导线内部的模拟电荷；Q_n+1...Q_n+m为非镜象地面内部的模拟电荷；r_ij为第j个模拟电荷与第i个匹配点之间的距离,当1≦i≦n,1≦j≦n+m时,P_ij为导线模拟电荷及镜像电荷产生的电位系数；当n+1≦i≦n+m,1≦j≦n+m时,P_ij为非镜象地面内部及其镜像电荷产生的电位系数，对方程组进行求解，得到模拟电荷的大小，对方程组(1)进行求逆，可计算出模拟电荷

S24.根据模拟电荷的大小计算边界电位误差，若边界电位误差不满足误差范围要求，再根据电位误差对模拟电荷的位置及个数进行重置，直到边界电位误差满足误差范围,通过求解场域边界上所有匹配点的已知电位和计算电位的差值之和的最小值来获得达到限定要求的模拟电荷：其中为模拟电荷j在第i个匹配点处的电位；为第i个匹配点的已知电位，导线表面φ＝U，地面上φ＝0；

其中，式(2)中具有如下约束条件：a.模拟电荷的电量为自由变量；b.模拟电荷的位置必须在无效计算场域内：