复杂地形下高压交流输电线路的工频电场仿真研究

发布时间：2018-06-03 00:48

  本文选题：高压输电线路 + 有限差分法　； 参考：《南京师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：目前我国的电力需求快速增长,电力系统正朝着高电压、大容量、远距离的方向发展。随着电磁环境问题越来越受到人们的关注,精确计算输电线路产生的电磁场并且评估其对环境的影响是否超标便成为一个亟待解决的重要课题。本文以220kV高压输电线路为研究对象,通过仿真计算其周围产生的工频电场并进行研究分析。对于输电线路的工频电场,通常假设大地为平面,采用模拟电荷法结合镜像法进行计算。这对于平原或开阔平坦的地区可以适用,但对于山地、丘陵等不平坦地形则需要根据地形设定地面下的模拟电荷,所以无法使用镜像法。为解决这一问题,本文采用两种方法作研究:模拟电荷法、有限差分法。高压输电线路为多回路高电压系统,周围电场强度分布情况较为复杂,本文引入模拟电荷法,建立了高压输电线路二维电场的数学模型,编制了仿真程序。通过仿真与分析,得出了高压输电线路电场的基本规律。为了进一步模拟实际复杂的问题,充分考虑地形等因素对于高压线电场分布的影响。本文利用有限差分法实现了真实地形下高压线电场分布的仿真工作,并加入边界条件建立了介质地面和森林植被模型,充分体现了三维空间中地形、植被等对于空间电场的影响。主要工作如下:1.根据现有的模拟电荷法编写程序计算并研究了 220kV等级高压线路在不同情况下近场电场分布特性。2.在对现有二维有限差分方程以及五点差分格式了解的基础上,推导了三维不等距有限差分公式,提出了基于三维拉普拉斯方程的7点差分格式并且引入复数电压,实现了有限差分法在三维空间中的应用。3.提出地形模型的阶梯近似处理方法,并与DEM数据相结合,实现了真实地形下高压线路三维空间电场的仿真工作,结合实测结果验证了方法的可靠性。4.依据电场边界条件实现了有导电媒质存在下空间电场的仿真工作,建立了介质地面和植被模型,并计算分析了高压线附近有植被存在情况下的空间电场分布情况。通过典型算例仿真,分析了导线排列方式、导线对地高度、子导线半径、分裂数、分裂间距、不平坦地形、介质地面、植被等不同影响因素或情况下的工频电场分布规律;探讨了减小工频电场分布的措施,得到一些有益的结论,可为高压线路电磁环境的评估以及高压线路走廊的优化设计提供帮助。
[Abstract]:At present, the power demand of our country is increasing rapidly, and the power system is developing towards the direction of high voltage, large capacity and long distance. With more and more attention being paid to the electromagnetic environment problem, it is an important task to calculate the electromagnetic field produced by transmission lines accurately and evaluate whether its impact on the environment exceeds the standard or not. In this paper, the power frequency electric field around 220kV high voltage transmission line is simulated and analyzed. For the power frequency electric field of transmission line, it is usually assumed that the earth is a plane, and the analog charge method combined with the mirror image method is used to calculate the electric field. This can be applied to plain or open flat areas, but for mountainous, hilly and other uneven terrain, it is necessary to set the simulated charge under the ground, so it is not possible to use the mirror image method. In order to solve this problem, two methods are used in this paper: the simulated charge method and the finite difference method. The high-voltage transmission line is a multi-loop high-voltage system, and the distribution of electric field intensity around it is more complicated. In this paper, the mathematical model of two-dimensional electric field of high-voltage transmission line is established and the simulation program is compiled. Through simulation and analysis, the basic law of electric field of HV transmission line is obtained. In order to further simulate the complicated problems in practice, the influence of terrain and other factors on the electric field distribution of high voltage line is considered. In this paper, the finite difference method is used to simulate the electric field distribution of high-voltage lines in real terrain, and the model of medium ground and forest vegetation is established by adding boundary conditions, which fully embodies the terrain in three-dimensional space. The effect of vegetation on space electric field. The main work is as follows: 1. According to the existing simulation charge method, a program is compiled to calculate and study the near field electric field distribution characteristics of 220kV grade high voltage transmission line under different conditions. Based on the existing 2-D finite difference equation and five-point difference scheme, the three-dimensional non-equidistant finite difference formula is derived, and the 7-point difference scheme based on three-dimensional Laplacian equation is proposed and the complex voltage is introduced. The application of finite difference method in three dimensional space. The step approximation method of terrain model is proposed and combined with DEM data, the simulation work of 3D electric field of high voltage transmission line under real terrain is realized. The reliability of the method is verified by the measured results. According to the boundary condition of electric field, the simulation work of space electric field in the presence of conductive medium is realized, the media ground and vegetation models are established, and the spatial electric field distribution in the presence of vegetation near the high voltage line is calculated and analyzed. Through the simulation of typical examples, the distribution law of power frequency electric field under different influence factors, such as conductor arrangement mode, wire height to ground, radius of sub-conductor, splitting number, splitting distance, uneven terrain, medium ground, vegetation and so on, are analyzed. The measures to reduce the distribution of power frequency electric field are discussed, and some useful conclusions are obtained, which can be helpful for the evaluation of electromagnetic environment of high voltage transmission line and the optimization design of high voltage transmission line corridor.
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM75

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本文编号：1970821