论文部分内容阅读
高压直流输电技术是西电东送工程安全稳定、经济的工程技术,解决我国经济的高速发展与环境污染、资源分布不平衡间的矛盾。然而,高压直流输电线路环境效应越来越受到大众的关注,其合成电场及无线电干扰分布影响着直流工程的建设成本。目前大量研究工作依靠试验线段或电晕笼分析合成电场及无线电干扰特性。但缺乏实际线路合成电场及无线电干扰分布的特性分析,同时现有的EPRI等经验公式无法计算给定温度、湿度等环境参数的合成电场及无线电干扰分布。针对考虑温湿度及海拔高度影响下高压直流合成电场及无线电干扰分布理论计算及实验手段存在的技术瓶颈,开展了实际线路的现场测试,从合成电场及无线电干扰分布计算的正、逆问题及预测方法方面,深入研究了合成电场及无线电干扰分布计算的理论模型和方法,研究内容覆盖了合成电场及无线电干扰的现场分布特性、正逆问题计算的数学模型、迭代算法及实例应用效果等方面,研究重点及取得的成果主要体现在以下几个方面:(1)开展了云广特高压直流线路负极半压、负极全压、正极半压和负极全压、不同月份双极全压下的合成电场及无线电干扰分布的现场测量,克服了试验线路或电晕笼分析合成电场及无线电干扰时地形、温湿度等环境因素过于理想化的问题。深入研究了不同运行方式下的分布特性,获得了合成电场及无线电干扰的现场分布规律。对比分析了现场测量值与规程推荐方法仿真值的误差,揭示了误差产生的原因是规程推荐方法忽略地形、温湿度等环境因素的影响,并为合成电场及无线电干扰分布正逆问题及预测方法的模型分析提供测试数据的基础。(2)针对现有解析法、有限元等数值方法求解直流输电线路合成电场分布时忽略导线电晕层及温湿度等环境因素的影响,结合电场泊松方程、离子流扩散方程及电流连续方程,详细推导了直流输电线路合成电场正问题电晕区和非电晕区的分域控制方程及边界条件,实现了计算新模型兼顾电晕层及温湿度等环境因素的影响。首次提出了电晕层方程求解的无网格通量校正运移的小波变换算法,通过实例仿真计算与对比分析,验证无网格通量校正运移的小波变换算法求解直流输电线路合成电场正问题具有良好的收敛性,解决了有限元法网格畸变引起的迭代发散问题,提高了计算精度且降低了计算存储量。(3)基于直流导线电晕模型提出了导线电晕电流计算的积分方法,实现了给定了温湿度、海拔高度下电晕电流的计算,克服了因电晕笼尺寸、环境参数等因素影响下测量激发函数计算电晕电流受限问题。首次提出了两相电源测量输电线路开路阻抗和短路阻抗计算直流双极模型的高频率参数形成导纳和阻抗矩阵的方法,解决了因大地电导率、集肤效应等因素影响下高频参数理论计算精度较低的问题。结合电晕电流、高频参数、相模变换和叠加原理,提出了给定环境参数下的无线电干扰的计算方法。搭建了等效直流输电线路1000km的模型验证了直流线路高频分布参数计算方法的有效性;通过对比分析负极全压、双极全压下无线电干扰仿真值与测量值的误差验证了计算方法精度的可靠性。(4)基于最小二乘原理首次建立了模拟电荷在现场测量值、导线表面电位及大地表面的电位误差优化函数,建立了高压直流输电线路合成电场及无线电干扰逆问题模型。提出了高压直流输电线路合成电场及无线电干扰逆问题求解的信赖域正则化方法和遗传算法,克服了求解步长大引起的计算误差增加的问题,优化了模拟电荷的空间位置,实现了求解步长的限制及方向的动态调整。通过负极全压、正极半压与负极全压、双极全压下的算例分析,验证了合成电场及无线电干扰逆问题求解算法具有良好的收敛性、稳定性及计算精度。(5)建立了模糊聚类算法选择待预测点环境相近样本的数学模型,首次提出了基于相近样本的最小二乘支持向量机的合成电场和无线电干扰分布预测方法,建立了粒子群算法优化最小二乘支持向量机的惩罚系数和尺度因子的方法,提高了合成电场和无线电干扰分布计算的效率。并通过对比分析了不同运行方式、海拔高度下合成电场及无线电干扰的计算结果,验证了该方法提高了计算精度。