[发明专利]基于模拟电荷法精确计算导线表面电场强度的方法

说明书

本发明提出一种基于模拟电荷法精确计算导线表面电场强度的方法，通过对分裂导线的每个子导线内部设置模拟电荷；在每极的每个子导线给定边界上设定与模拟电荷数相同数量的匹配点，由模拟电荷点和匹配点位置、电位信息建立的线性代数方程组求得每个子导线内部的模拟电荷量；然后经过设置与匹配点数相同数量的校验点，用求得的每个子导线内部的模拟电荷量对每个校验点进行电位校验，得到满足精度要求的模拟电荷量；最后利用公式计算出每个子导线表面的电场强度。本发明的方法充分考虑线路分裂导线的影响，有效地克服了分裂导线等效对导线表面电场无法准确计算的难题，大大提高了导线表面电场强度的计算的准确性。

技术领域

本发明属于高电压输电技术和电磁场计算领域，特别地涉及一种基于模拟电荷法精确计算导线表面电场强度的方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，电力需求也随之不断增加，我国大力建设超高压、特高压输电线路。相比交流输电线路，由于直流输电系统具有输电能力更强、损耗更小，两侧交流系统不需同步，发生故障时对电网造成的损失小等明显的优势，特别适合长距离点对点大功率输电，所以直流输电系统在近些年得到快速发展，已有多条特高压直流输电线路建成投运。然而由于直流输电线路电磁特性与交流输电线路的不同，高压直流输电线路电磁环境影响已经成为影响直流输电线路建设和发展的重要因素之一。

直流输电线路的电磁环境影响问题是高压直流输电线路设计、建设和运行中必须考虑的技术问题，主要包括合成电场、离子流密度、可听噪声和无线电干扰四个指标。基于工程应用考虑，Deutsch假设的数值计算合成电场和离子密度方法仍被广泛采用，而Deutsch假设的数值计算法的准确性与直流输电线路导线表面电场强度息息相关，同时可听噪声和无线电干扰计算方法也与直流输电线路导线表面电场强度息息相关，因此直流输电线路导线表面电场强度的精确与否决定了能否准确评估直流输电线路电磁环境各指标。

在工程分析中，计算线路表面电场强度的计算方法采用等效半径法，其基本思想是将分裂导线用单根等效导线代替，然后计算每根等效导线的总电荷，进一步计算导线表面电场强度，该方法简便易行，但不能够计算子导线表面电场强度。因此，需要提出精确计算导线表面电场强度的方法，该方法需要能够充分考虑分裂导线表面电场强度影响，最终实现准确评估直流输电线路电磁环境各个指标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出精确计算直流输电线路导线表面电场强度的方法，该方法能够充分考虑分裂导线表面电场强度影响，最终实现准确评估直流输电线路电磁环境各个指标。

本发明提出一种基于模拟电荷法精确计算导线表面电场强度的方法，包括如下步骤：

步骤1：建立坐标系，根据直流输电线路线路位置关系，对分裂导线的每个子导线内部设置n个模拟电荷Q_j(j＝1，2，…，n)；

步骤2：在每极的每个子导线给定边界上，设定与模拟电荷数相同数量的匹配点；

步骤3：由模拟电荷点和匹配点位置、电位信息，建立线性代数方程组由即可得到每个子导线内部的模拟电荷量，其中，Q为电荷矩阵，P为电位系数矩阵，为电位矩阵；

步骤4：在每个子导线给定边界上，另设定与匹配点数相同数量的校验点，用求得的每个子导线内部的模拟电荷量对每个校验点进行电位校验，将各个校验点的电位值(k＝1，2，…，n)与给定的已知电位值U_k(k＝1，2，…，n)比较，预先设定计算误差为Δ，如果(k＝1，2，…，n)，则各个子导线上模拟电荷的电荷值有效，否则应对模拟电荷的数量、位置进行调整，重新进行步骤2-4，直到模拟电荷量满足精度要求为止；

步骤5：用满足精度要求的模拟电荷量，根据公式和即可求得空间任意一点的电场强度，包括每个子导线表面的电场强度其中U为场点的电位值，Q为模拟电荷的电荷量，ε为介电常数，r₀为模拟电荷的镜像电荷到场点的距离，r为模拟电荷到场点的距离。