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一种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法

阅读:706发布:2020-05-15

专利汇可以提供一种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种实际特高压直 流线 路无线电干扰的获取方法,所述方法包括如下步骤:根据高压直流试验线段上产生无线电干扰的 导线 数量,测量得到多个 位置 处的无线电干扰 频谱 测试曲线;假定导线的无线电干扰产生量在各个 频率 上为恒定的数值,计算得出直流试验线段和无限长线路的无线电干扰频谱曲线,确定试验线段频谱曲线的极小值包络线与无限长实际线路无线电干扰频谱曲线的差值矩阵曲线;得到频谱测试曲线的极小值包络线,并与所述差值矩阵曲线进行计算,得到与试验线段试验相同激发函数的实际线路无线电干扰频谱曲线。本发明有效减少外界干扰对结果的影响,使频谱测试曲线的极小值包络线和实际测试曲线极小值实现很好的吻合效果。,下面是一种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法专利的具体信息内容。

1.一种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
步骤(1)根据高压直流试验线段上产生无线电干扰的导线数量,测量得到多个位置处的无线电干扰频谱测试曲线;
步骤(2)假定导线的无线电干扰产生量在各个频率上为恒定的数值,计算得出高压直流试验线段和无限长线路的无线电干扰频谱曲线,确定高压直流试验线段频谱曲线的极小值包络线与无限长线路无线电干扰频谱曲线的差值矩阵曲线;
步骤(3)在所述无线电干扰频谱测试曲线上选取极小值进行曲线拟合,得到无线电干扰频谱测试曲线的极小值包络线,并与所述差值矩阵曲线进行计算,得到与高压直流试验线段试验相同激发函数的无限长实际线路无线电干扰频谱曲线;
所述步骤(2)包括如下步骤:
步骤2-1、考虑单个电晕源在有限长高压直流试验线段上的传播和在端部阻抗上的反射,计算单个电晕源产生的无线电干扰;
步骤2-2、考虑多个均匀分布的随机电晕源的共同作用效果,假定各导线无线电干扰产生量在各个频率上为恒定的数值,计算高压直流试验线段和无限长线路的无线电干扰频谱曲线;
步骤2-3、假定任意固定的无线电干扰激发函数,分别计算高压直流试验线段和无限长线路的无线电干扰电场,将计算的高压直流试验线段无线电干扰频谱曲线的极小值或部分极小值进行拟合得出包络线,与计算的无限长线路无线电干扰频谱曲线对比确定差值矩阵曲线;
所述步骤2-1包括如下步骤:
步骤2-1-1、一个由地面上方n根导线组成的线路,定义线路走向为x轴,垂直于线路的平方向为y轴,垂直于地面的方向为z轴,单个电晕电流I0从x1点注入时线路端部的电压向量表达式为
式中,P1和P2为线路两端的反射系数矩阵,U为n×n阶单位矩阵,Γ′是多导线输电线路的传输矩阵,L为线路长度,Zc为线路的特征阻抗矩阵,C为线路单位长度电容,ε0为真空电容率,x1为注入点位置;
步骤2-1-2、计算多导线输电线上任意点处的电流向量表达式为:
将式(1)带入(2)、(3),电流向量简记为
I(x)=G(x1,x)I0 x1I(x)=G′(x1,x)I0 x1>x               (5)
地面上方固定高度z0、垂直于导线的一条直线上,n个点的坐标记为(x,yi,z0),各个点的无线电干扰电场向量为
其中,Z0≈377Ω,K中元素的表达式为
其中,hj是导线j到地面的距离,y0j是导线j中心点的y坐标,j=1,2,…,n,p为磁场穿透深度, ρ0为大地电阻率,μ0为真空磁导率,f为频率;
[Ex(x,yi)]n表达式简记为[Ex(x,yi)]n=Q(x1,x)I0 x1x                        (8);
所述步骤2-2包括如下步骤:
步骤2-2-1、当线路上均匀注入电晕源时,无线电干扰电场为
其中,qij是矩阵Q(x1,xi)中的第j个元素,q′ij是矩阵Q′(x1,xi)中的第j个元素,i=1,
2,…n,Γi为导线i的无线电干扰激发函数,单位为A/m1/2;
步骤2-2-2、当多导线输电线路趋于无限长时,设L尽量大,由式(9)计算得到线路中点的无线电干扰电场;
步骤2-2-3、由式(9)计算得出无线电干扰电场[|Ex(x,yi)|]n×1后,将其每个数值转换为分贝值,即
式中,EV/m是以V/m为单位的电场数值,EdB,μV/m是以μV/m为基准的电场分贝值;
所述步骤2-3包括如下步骤:
步骤2-3-1、根据式(9),试验线段和无限长线路中点的无线电干扰电场分别简记为:
式中,上标“S”和“L”分别对应高压直流试验线段和无限长线路, 和
分别代表高压直流试验线段和无限长线路的无线电干扰电场向量,FS和FL分别代表高 压直流试 验线段 和无限 长线路 对应的式 (9)等式 右端矩阵
将高压直流试验线段各个频谱计算曲线的极小值或部分极小值进行拟合得出包络线,形式为
式中, 为无线电干扰频谱曲线的极小值包络线取值,FS,min为矩阵FS的极小值包络线取值矩阵;由式(11)和(13)得出,高压直流试验线段无线电干扰电场极小值包络线和无限长线路无线电干扰电场的关系,如下
对于单根导线的情况,将上式由式(10)转换成分贝值,FL(FS,min)-1变为一个数值,表示高压直流试验线段无线电干扰电场极小值包络线和无限长线路无线电干扰电场之间的差值;
对于多根导线的情况,将系数矩阵FL(FS,min)-1称为差值矩阵,对于每个频率点计算该矩阵,构成一组差值矩阵的频率曲线,称为差值矩阵曲线;
所述步骤(3)包括如下步骤:
步骤3-1、在所述无线电干扰频谱测试曲线上选取极小值进行曲线拟合,所述无线电干扰频谱测试曲线上选出所有极小值或极小值中的一部分进行曲线拟合,得到无线电干扰频谱曲线测试值的极小值包络线,拟合曲线采用形式
Emin=a+b(lg10f)2       (15)
其中,f为频率,单位MHz,a和b为待定系数;
步骤3-2、将得到的n条无线电干扰频谱曲线测试值极小值包络线在每个频率点上的取L S,min -1
值平方记为 与得到的相同频率上的差值矩阵F (F ) 相乘,得到实际线
路在该频率上的无线电干扰,即
其中,上标“T”表示测试值;在每个频率上进行上述运算,可得到实际线路的无线电干扰频谱曲线。
2.根据权利要求1所述获取方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述无线电干扰频谱测试曲线的测试位置的数量大于或等于有效产生无线电干扰的导线数量,并且位于地面上与高压直流试验线段垂直的一条直线上。

说明书全文

一种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法

技术领域

[0001] 本发明属于电领域中由输电线路电晕引起的无线电干扰预测方法,具体涉及一种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法。

背景技术

[0002] 近年来,我国的直流输电技术发展迅速,电压等级已涵盖±400kV、±500kV、±660kV和±800kV,未来还将建设±1100kV直流线路。特高压直流试验线段是研究直流线路电磁环境的重要试验设施。在试验研究方面,短距离试验线路除了具有良好的经济性之外,往往能得到比长距离试验线路更多有效的数据,原因是长距离试验线路不同位置处的天气、地形、导线弧垂、周围环境等可能会有较大变化,这些因素均会对导线表面的电晕放电产生影响,而电磁环境测试数据难以说明各个因素的影响程度。
[0003] 试验线段的线型、结构、电压等级都尽量与实际线路保持一致,主要差别为线路长度和终端负载,这将导致试验线段和实际线路上的无线电干扰存在较大差异。试验线段上的无线电干扰频谱曲线振荡明显,而实际线路上的无线电干扰频谱曲线比较平滑。试验线段曲线的振荡主要由有限长线路端部负载的反射引起。由电晕放电产生的多个电晕电流注入线路的时间是随机的,端部反射对线路电晕电流的影响程度与频率、线路长度、端部连接的负载特性以及线路参数密切相关,在不同长度、不同端部负载的试验线段上测量的无线电干扰数据也无法直接比较。

发明内容

[0004] 为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法,本发明有效减少外界干扰对结果的影响,使频谱测试曲线的极小值包络线和实际测试曲线极小值实现很好的吻合效果。
[0005] 为了实现上述发明目的,本发明采取如下技术方案:
[0006] 一种实际特高压直流线路无线电干扰的获取方法,所述方法包括如下步骤:
[0007] (1)根据高压直流试验线段上产生无线电干扰的导线数量,测量得到多个位置处的无线电干扰频谱测试曲线;
[0008] (2)假定导线的无线电干扰产生量在各个频率上为恒定的数值,计算得出直流试验线段和无限长线路的无线电干扰频谱曲线,确定试验线段频谱曲线的极小值包络线与无限长实际线路无线电干扰频谱曲线的差值矩阵曲线;
[0009] (3)在所述无线电干扰频谱测试曲线上选取极小值进行曲线拟合,得到频谱测试曲线的极小值包络线,并与所述差值矩阵曲线进行计算,得到与试验线段试验相同激发函数的实际线路无线电干扰频谱曲线。
[0010] 优选的,所述步骤(1)中,所述无线电干扰频谱测试曲线的测试位置的数量大于等于有效产生无线电干扰的导线数量,并且位于地面上与试验线段垂直的一条直线上。
[0011] 优选的,所述步骤(2)包括如下步骤:
[0012] 步骤2-1、考虑单个电晕源在有限长试验线段上的传播和在端部阻抗上的反射,计算单个电晕源产生的无线电干扰;
[0013] 步骤2-2、考虑多个均匀分布的随机电晕源的共同作用效果,假定各导线无线电干扰产生量在各个频率上为恒定的数值,计算试验线段和无限长线路的无线电干扰频谱曲线;
[0014] 步骤2-3、假定任意固定的无线电干扰激发函数,分别计算试验线段和无限长线路的无线电干扰电场,将试验线段频谱计算曲线的极小值或部分极小值进行拟合得出包络线,与无限长线路的无线电干扰频谱计算曲线对比确定差值矩阵曲线。
[0015] 优选的,所述步骤2-1包括如下步骤:
[0016] 步骤2-1-1、假定一个由地面上方n根导线组成的线路,如定义线路走向为x轴,垂直于线路的平方向为y轴,垂直于地面的方向为z轴,单个电晕电流I0从x1点注入时线路端部的电压向量表达式为
[0017]
[0018] 式中,P1和P2为线路两端的反射系数矩阵,U为n×n阶单位矩阵,Γ′是多导线输电线路的传输矩阵,L为线路长度,Zc为线路的特征阻抗矩阵,C为线路单位长度电容,ε0为真空电容率,x1为注入点位置;
[0019] 步骤2-1-2、计算多导线输电线上任意点处的电流向量表达式为:
[0020]
[0021]
[0022] 将式(1)带入(2)、(3),电流向量简记为
[0023] I(x)=G(x1,x)I0   x1<x          (4)
[0024] I(x)=G′(x1,x)I0   x1>x          (5)
[0025] 地面上方固定高度z0、垂直于导线的一条直线上,n个点的坐标记为(x,yi,z0),各个点的无线电干扰电场向量为
[0026]
[0027] 其中,Z0≈377Ω,K中元素的表达式为
[0028]
[0029] 其中,hj是导线j到地面的距离,y0j是导线j中心点的y坐标,j=1,2,…,n,p为磁场穿透深度, ρ0为大地电阻率,μ0为真空磁导率,f为频率;
[0030] [Ex(x,yi)]n表达式简记为
[0031] [Ex(x,yi)]n=Q(x1,x)I0  x1<x        (7)
[0032] [Ex(x,yi)]n=Q′(x1,x)I0  x1>x        (8)
[0033] 优选的,所述步骤2-2包括如下步骤:
[0034] 步骤2-2-1、当线路上均匀注入电晕源时,无线电干扰电场为
[0035]
[0036] 其中,qij是矩阵Q(x1,xi)中的第j个元素,q′ij是矩阵Q′(x1,xi)中的第j个元素,i=1,2,…n,Γi为导线i的无线电干扰激发函数,单位为A/m1/2;
[0037] 步骤2-2-2、当多导线输电线路趋于无限长时,设L尽量大,由式(9)计算得到线路中点的无线电干扰电场;
[0038] 步骤2-2-3、由式(9)计算得出无线电干扰电场[|Ex(x,yi)|]n×1后,将其每个数值转换为分贝值,即
[0039]
[0040] 式中,EV/m是以V/m为单位的电场数值,EdB,μV/m是以μV/m为基准的电场分贝值。
[0041] 优选的,所述步骤2-3包括如下步骤:
[0042] 步骤2-3-1、根据式(9),试验线段和无限长线路中点的无线电干扰电场分别简记为
[0043]
[0044]
[0045] 式中,上标“S”和“L”分别对应试验线段和无限长线路, 和分别代表试验线段和无限长线路的无线电干扰电场向量,FS和FL分别代表试验线段和无限长线路对应的式(9)等式右端矩阵
[0046] 将试验线段各个频谱计算曲线的极小值或部分极小值进行拟合得出包络线,即对式(11)中的各个系数拟合出极小值包络线,形式为
[0047]
[0048] 式中, 为 的极小值包络线取值,FS,min为矩阵FS的极小值包络线取值矩阵;
[0049] 步骤2-3-2、由式(11)和(13)得出,试验线段无线电干扰电场极小值包络线和无限长线路无线电干扰电场的关系,如下
[0050]
[0051] 对于单根导线的情况,将上式由式(10)转换成dB值,FL(FS,min)-1变为一个数值,表示试验线段无线电干扰电场极小值包络线和无限长线路无线电干扰电场之间的差值;
[0052] 对于多根导线的情况,将系数矩阵FL(FS,min)-1称为差值矩阵,对于每个频率点计算该矩阵,构成一组差值矩阵的频率曲线,称为差值矩阵曲线。
[0053] 优选的,所述步骤(3)包括如下步骤:
[0054] 步骤3-1、所述无线电干扰频谱测试曲线上选出所有极小值或极小值中的一部分进行曲线拟合,得到频谱测试曲线的极小值包络线,拟合曲线采用形式
[0055] Emin=a+b(lg10f)2               (15)
[0056] 其中f为频率,单位MHz,a和b为待定系数,上标“T”表示测试值;
[0057] 步骤3-2、将得到的n条测试曲线包络线在每个频率点上的取值记为与得到的相同频率上的差值矩阵FL(FS,min)-1相乘,得到实际线路在该频率上的无线电干扰电场,即
[0058]
[0059] 在每个频率上进行上述运算,可得到实际线路的无线电干扰电场频谱曲线。
[0060] 与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
[0061] 本发明推导出长、短线无线电干扰频谱曲线的理论值,避免了目前采用极大值极小值包络线的几何平均值估计无限长线路频谱曲线的原理性误差;提出将频谱计算曲线和频谱测试曲线的极小值包络线作为基准,可有效减少外界干扰对结果的影响;采用Emin=a+b(lg10f)2形式拟合频谱测试曲线的极小值包络线,和实际测试曲线极小值实现很好的吻合效果。附图说明
[0062] 图1是本发明提供的一种直流试验线段无线电干扰转换为无限长线路无线电干扰的方法流程图
[0063] 图2是本发明提供的试验线段无线电干扰频谱测试曲线图,
[0064] 图3是本发明提供的试验线段和无限长线路正极导线正下方的无线电干扰频谱曲线图,
[0065] 图4是本发明提供的通过试验线段频谱计算曲线和测试曲线对比选择极小值的曲线图,
[0066] 图5是本发明提供的试验线段无线电干扰频谱极小值包络线与无限长线路频谱计算结果的差值曲线图,
[0067] 图6是本发明提供的试验线段无线电干扰频谱曲线极小值的拟合效果曲线图,[0068] 图7是本发明提供的转换后的实际直流线路的无线电干扰频谱曲线图。

具体实施方式

[0069] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0070] 下面以国家电网公司位于北京的直流试验线段的无线电干扰试验结果为例,来说明本发明的效果。
[0071] 如图1所示,一种直流试验线段无线电干扰转换为无限长线路无线电干扰的方法,包括如下步骤:
[0072] 1)给出满足要求的试验线段无线电干扰频谱测试曲线
[0073] 直流线路的无线电干扰主要由正极导线产生,因此在以下分析中忽略负极导线产生的无线电干扰,选择在正极导线侧测试。产生无线电干扰的导线数量为1,测试位置的数量也为1。实际的无线电干扰频谱测试曲线如图2所示。
[0074] 2)计算试验线段无线电干扰频谱曲线极小值包络线与无限长线路频谱曲线的差值曲线
[0075] (a)首先考虑单个电晕源在有限长试验线段上的传播和在端部阻抗上的反射,计算单个电晕源产生的无线电干扰。
[0076] 对于一个由地面上方n根导线组成的线路,如定义线路走向为x轴,垂直于线路的水平方向为y轴,垂直于地面的方向为z轴,单个电晕电流I0从x1点注入时线路端部的电压向量表达式为
[0077]
[0078] 其中,P1和P2为线路两端的反射系数矩阵,U为n×n阶单位矩阵,Γ′是多导线输电线路的传输矩阵,L为线路长度,Zc为线路的特征阻抗矩阵,C为线路单位长度电容。
[0079] 多导线输电线上任意点处的电流向量表达式为
[0080]
[0081]
[0082] 将式(1)带入(2)、(3),电流向量可简记为
[0083] I(x)=G(x1,x)I0   x1<x        (4)
[0084] I(x)=G′(x1,x)I0   x1>x        (5)
[0085] 地面上方固定高度z0、垂直于导线的一条直线上,n个点的坐标可记为(x,yi,z0),各个点的无线电干扰电场向量为
[0086]
[0087] 其中,Z0≈377Ω,K中元素的表达式为
[0088]
[0089] 其中,hj是导线j到地面的距离,y0j是导线j中心点的y坐标,j=1,2,…,n,p为磁场穿透深度, ρ0为大地电阻率,μ0为真空磁导率,f为频率。[Ex(x,yi)]n表达式可简记为
[0090] [Ex(x,yi)]n=Q(x1,x)I0  x1<x          (7)
[0091] [Ex(x,yi)]n=Q′(x1,x)I0  x1>x       (8)
[0092] (b)考虑多个均匀分布的随机电晕源的共同作用效果,假定各导线无线电干扰产生量(即激发函数)在各个频率上为恒定的数值,计算试验线段和无限长线路的无线电干扰频谱曲线。
[0093] 当线路上均匀注入电晕源时,无线电干扰电场为
[0094]
[0095] 其中,qij是矩阵Q(x1,xi)中的第j个元素,q′ij是矩阵Q′(x1,xi)中的第j个元素,i=1,2,…n,Γi为导线i的无线电干扰激发函数,单位为A/m1/2。
[0096] 当多导线输电线路趋于无限长时,可设L尽量大,由式(9)计算得到线路中点的无线电干扰电场。
[0097] 由式(9)计算得出无线电干扰电场[|Ex(x,yi)|]n×1后,可将其每个数值转换为分贝值,即
[0098]
[0099] 式中,EV/m是以V/m为单位的电场数值,EdB,μV/m是以μV/m为基准的电场分贝值。
[0100] (c)假定任意固定的无线电干扰激发函数,分别计算试验线段和无限长线路的无线电干扰电场,将试验线段频谱计算曲线的极小值或部分极小值进行拟合得出包络线,与无限长线路的无线电干扰频谱计算曲线对比确定差值矩阵曲线。
[0101] 根据式(9),试验线段和无限长线路中点的无线电干扰电场可分别简记为[0102]
[0103]
[0104] 将试验线段各个频谱计算曲线的极小值或部分极小值进行拟合得出包络线,即对式(11)中的各个系数拟合出极小值包络线,形式为
[0105]
[0106] 由式(11)和(13)得出,试验线段无线电干扰电场极小值包络线和无限长线路无线电干扰电场的关系,如下
[0107]
[0108] 对于单根导线的情况,将上式由式(10)转换成dB值,FL(FS,min)-1变为一个数值,表示试验线段无线电干扰电场极小值包络线和无限长线路无线电干扰电场之间的差值。对于多根导线的情况,将系数矩阵FL(FS,min)-1称为差值矩阵。对于每个频率点计算该矩阵,构成一组差值矩阵的频率曲线,称为差值矩阵曲线。
[0109] 试验线段首端安装阻波器,末端开路。对于一端连接阻波器、一端开路的试验线段,可近似认为两端开路,此时线路上波动的电压和电流在线路两端发生全反射,即反射系数矩阵P1和P2满足
[0110] P1=P2=U               (17)
[0111] 假定真型试验线段正极导线的无线电干扰激发函数在所有频率上均为10-6μA/m1/2,将式(17)代入式(1)-(9),计算得出试验线段和无限长线路正极导线正下方的无线电干扰频谱曲线,如图3所示。
[0112] 根据试验线段频谱计算曲线和测试曲线的对比,分别确定计算曲线和测试曲线上用于拟合包络线的极小值,如图4所示。根据计算曲线的极小值包络线和无限长线路的无线电干扰频谱曲线,得出试验线段无线电干扰频谱曲线极小值包络线与无限长线路频谱曲线的差值曲线,如图5所示。
[0113] 3)获得实际直流线路的无线电干扰频谱曲线
[0114] 采用以下形式对图4中标出的测试曲线极小值进行拟合
[0115] Emin=a+b(lg10f)2
[0116] 拟合曲线如图6所示,可看出拟合效果较好。
[0117] 将图6中的拟合曲线与图5中的差值曲线相加,可得到实际直流线路的无线电干扰频谱曲线,如图7所示。
[0118] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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