[发明专利]直流输电线下小型接地物体表面合成电场的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于超高压和特高压直流输电线路电磁环境分析技术领域，尤其涉及一种直流输电线下物体表面合成电场的计算方法。

背景技术

我国是世界上能源分布和经济发展极不平衡的国家之一。国家电网公司提出了通过建设以特高压电网为骨干网架的坚强智能电网，以实现全国能源资源的优化配置，保障国家能源安全的发展战略。直流输电系统在这一过程中扮演着重要角色，我国目前已经建成了大量直流工程，包括葛南、天广、三广、三常、贵广、三沪、灵宝，向上等多项大型工程，而且未来十年内，还会有一批直流工程将会兴建。

高压直流输电线路运行中不可避免的产生电晕现象，进而由其产生的定向运动的空间电荷(称为离子流)将大大加强线路导线电荷产生的静电场(称为标称电场)。这种由离子流和线路导线电荷共同作用产生的电场称为合成电场。直流输电线路线下的地面最大合成电场可能达到地面标称电场的3～3.5倍，是影响直流输电线路电磁环境的一个重要因素。

线下人员活动时的合成电场分布问题是直流输电电磁环境的核心问题，当人体位于直流输电线下合成电场最大位置附近，人体接地电阻较小时，人体电位近似视为零，人体畸变电场最大，工程中主要关注此时的合成电场分布，该问题可归结为直流输电线下小型接地物体的合成电场计算问题。随着社会发展和环保意识的增强，人们对其关注度也逐渐上升。但由于问题过于复杂，一直未能得到很好的分析和计算。应用三维合成电场的计算方法，解决该问题代价仍然巨大，不能满足大量工程分析的需要，因此迫切需求一种简单，准确的计算方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种直流输电线下小型接地物体表面合成电场的计算方法，用于解决目前使用的计算方法过于复杂的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种直流输电线下小型接地物体表面合成电场的计算方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：在直流输电线下不存在小型接地物体时，利用二维离子流场计算方法计算空间各点的电荷密度；

步骤2：在直流输电线下存在小型接地物体时，利用所述二维离子流场计算方法计算的空间各点的电荷密度，使用三维静电场计算方法获得物体表面合成电场。

所述步骤1具体是：

步骤11：设定边界条件；

步骤12：设定空间各点的电荷密度值；

步骤13：由空间各点的电荷密度值，计算空间各点的电位和场强；

步骤14：由空间各点的电位和场强，计算空间各点的电荷密度；

步骤15：判断边界条件和空间各点的电荷密度是否满足收敛条件，如果边界条件和空间各点的电荷密度满足收敛条件，则所述空间各点的电荷密度即为所求解；否则，执行步骤16；

步骤16：修正空间各点的电荷密度，并将修正后的空间各点的电荷密度作为空间各点的电荷密度值，返回步骤13。

所述步骤2具体是：

步骤21：设定三维区域，使物体位于三维区域底部中心位置；

步骤22：以所述二维离子流场计算方法计算的空间各点的电荷密度作为所述三维区域对应空间位置的点的电荷密度；

步骤23：获取所述三维区域的各边界电位、物体表面电位；

步骤24：利用计算物体表面电场，即为所求合成电场。

本发明利用二维离子流场计算方法结合简单的三维静电场计算方法确定直流输电线路下方的电场强度，在确保计算结果精确性的前提下，降低了计算复杂度。

附图说明

图1是利用上流有限元法计算空间各点的电荷密度示意图；

图2是某接地物体的示意图；

图3是本发明提供的方法和三维上流有限元离子流场算法沿图2中A线计算合成电场的结果对比图；

图4是本发明提供的方法和三维上流有限元离子流场算法沿图2中B线计算合成电场的结果对比图；

图5是本发明提供的方法和三维上流有限元离子流场算法沿图2中C线计算合成电场的结果对比图；

图6是本发明提供的方法和三维上流有限元离子流场算法沿图2中D线计算合成电场的结果对比图；

图7是本发明提供的方法和三维上流有限元离子流场算法沿图2中E线计算合成电场的结果对比图；

图8是本发明提供的方法和三维上流有限元离子流场算法沿图2中F线计算合成电场的结果对比图；

图3-图8中，方法1为本发明提供的方法，方法2为三维上流有限元离子流场算法。

具体实施方式