基于合成场强仪的输电工程地面合成电场研究

高压直流(DC)输电线路交叉跨越是我国特高压(UHV)技术发展中出现的问题。由于两回DC线路相互影响,交叉跨越区域内合成电场呈复杂的三维分布,UHV DC输电工程地面合成电场计算较为困难。选取典型±800 kV UHV DC输电工程进行地面合成电场的实测研究。参照GB 39220—2020,采用HDEM-01合成场强仪进行野外现场实测。测量参数为有效期内的场磨传感器上积聚的电荷量。测量结果与运行初期实测数据的对比结果表明:±800 kV换流站周边运行初期合成电场强度略低于后期,且整体水平较低;沿线电磁环境敏感目标运行初期、后期的实测数据中,74%的数值小于5 kV/m。通过此次研究,明确了UHV DC输电工程合成电场不同时期的特性。该研究有助于推进UHV DC输电工程的快速建成,并提高其运行安全性,从而推动电力工程建设的发展。

考虑合成电场影响的换流站直流场巡检机器人路径优化

换流站直流场内智能巡检机器人在场强较大区域中运行时出现过通讯中断、失控偏移等问题。为分析考虑离子流的合成电场对智能巡检机器人的影响,文中首先建立直流场三维模型,对不同运行工况下直流场区域的空间标称电场进行仿真分析;然后对直流场不同区域选取多个测量点进行合成电场实测,结合多点实测数据对仿真结果进行差分修正。最后根据修正后的空间电场数值,优化机器人的巡检路径,避开高场强区域。结果表明,巡检机器人在优化后的巡检路径上巡检,可以避开场强超过阈值的地方,降低了受干扰风险,提高了巡检的可靠性。

基于Stacking算法的特高压直流输电线路合成电场预测方法研究

特高压输电线路是我国电网重要的组成部分,周围电磁环境复杂多变,地面合成电场是特高压输电线路主要电磁环境指标之一,进行准确预测和长期监测对电网安全运行具有重要意义。本文对宁东-浙江±800 kV特高压直流输电工程(灵绍线)进行了合成电场数据采集,将测量得到的合成电场数据进行了异常值分析及处理,通过实际算例表明:局部离群因子(LOF)异常值剔除算法差值平均值小,优于基于密度的有噪声的应用空间聚类(DBSCAN)和孤立森林剔除算法;使用Stacking算法及多种算法基于两组不同数据对合成电场进行预测,预测结果显示Stacking算法预测精度均优于多种同类预测算法;与传统有限元法预测合成电场进行对比,结果显示该预测方法可有效进行特高压直流输电线路地面合成电场预测、有效监测合成电场、及时发现隐患,保证输电线路安全稳定运行。

特高压直流输电线路合成电场的天气影响因素及预测模型

特高压直流输电线路电离周围空气产生的离子和线路电场叠加形成合成电场,并在环境因素的作用下使得地面的合成场强发生变化。研究了天气因素对地面合成场强的影响,并提出了基于天气因素的电场预测模型。利用高压直流电场测量装置测量地面合成电场值及环境监测系统所测的天气参数,分析了风速、湿度、气压、温度、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_(1.0)与场强的相关性。利用基于树形结构Parzen估计器(tree-structured Parzen estimator,TPE)优化的CatBoost建立地面场强在天气因素下的预测模型,并基于所测数据进行模型的训练和预测。结果表明:天气因素对场强的影响权重由高到低为湿度、风速、气压、温度、PM_(1.0)、PM_(2.5)、PM_(10)。通过特征排序选取前5个特征和所有特征预测所得到的均方根误差分别为0.83 kV/m和0.85 kV/m,实现了相对准确的预测。研究结果可为特高压直流输电工程环境评估提供有用的合成电场分析方法。

基于ARIMA和指数平滑法的直流输电线路地面合成电场实测离群值的判别

直流输电线路地面合成电场是公众广泛关注的环境影响因子之一。合成电场极易受环境条件影响,实测结果波动较大,往往出现可疑异常值(离群值)。目前合成电场理论模型尚无法全面考虑环境影响,难以准确判别离群值。对此,从时间序列分析的角度,提出了基于自回归差分移动平均模型(auto regressive integrated moving average, ARIMA)和指数平滑法(exponential smoothing method, ETS)的离群值判别方法。经算例分析表明,该方法预测的均方根误差(root mean square error, RMSE)仅为1 kV/m左右,能全部判别算例中12处离群值,而经典数理统计方法仅能判别3处离群值。该方法可以有效处理相对平稳、具有固定趋势以及缓慢大幅波动等特征的数据序列,尤其是数据序列中有突然增大的非极端值离群值的情况。该方法比经典数理统计方法更适于判别合成电场实测结果的离群值。

基于BPA法计算特高压直流输电线路合成电场

为研究特高压直流输电线路地面附近的离子流场问题,应用BPA法求解双极直流输电线路离子流场,结合逐次镜像法计算的标称电场,进而求得合成电场,并利用该方法计算了±800 kV直流输电线路的离子流场与合成电场问题,分析了导线对地高度、极间距、子导线半径对特高压直流输电线路合成电场的影响。此外,还对比了求解合成电场强度的电场线法。结果表明,BPA法求解离子流场准确有效,且计算效率大大提高;提高导线架设高度和增加分裂子导线半径均可改善地面附近电磁环境,而减小导线极间距能够降低地面附近的合成电场强度,但效果不明显。

直流输电线路三维合成电场计算的有限元方法

详细计算直流输电线路下方人员活动及线下存在建筑物的合成电场分布时,迫切需要进行三维离子流场计算。提出一种可计算双极三维离子流场的数值计算方法——三维上流有限元法。该方法首先应用于同轴圆柱、同心球壳的离子流场算例,计算结果与解析解吻合得很好。然后将其应用于直流输电线下存在建筑物情况下的合成电场计算,模拟实验结果证明了算法的有效性,同时计算过程表明该算法具有良好的收敛性。该方法亦适用于其他领域类似问题的计算。

基于有限元与有限体积法的直流输电线路合成电场计算方法

高压直流输电线路发生电晕放电时,周围空间会充满带电离子,从而使空间电场显著增强。为了准确计算地面合成电场,基于有限元和有限体积法提出一种计算直流输电线路合成电场的混合方法。为了验证该文算法的有效性,在实验室搭建了单极性、双极性导线以及分裂导线的实验模型,并进行了大量合成电场测试。同时,与已有算法的计算结果进行了对比。实验验证和算法间对比均表明,该方法具有较好的精度。采用所提出的方法对±800 kV直流输电线路的地面合成电场进行了预测。

直流线路邻近建筑物时合成电场的计算方法

基于Deutsch假设的计算方法已被广泛应用于直流线路附近不存在建筑物时合成电场的计算。然而由于建筑物的存在会畸变直流线路产生的合成电场,因此有必要研究基于Deutsch假设的计算方法是否仍然适用。在Deutsch假设的基础上,提出了一种直流线路附近存在建筑物时合成电场的计算方法。采用优化模拟电荷法计算直流线路附近存在建筑物时的标称电场,基于Deutsch假设计算建筑物周围的合成电场,针对直流模拟试验线段,对其附近放置房屋模型时的地面及房屋模型顶部的合成电场进行计算和测试。结果表明,采用所提方法获得的地面及房屋模型顶部的合成电场及其分布规律与测量结果基本吻合,表明基于Deutsch假设的计算方法仍然适用。所提计算方法可以用于直流线路附近存在各种建筑物时合成电场的计算。

直流输电线下存在建筑物时合成电场计算的有限元方法

随着中国直流输电工程的快速建设,经济发达地区输电走廊日益紧张,直流输电线路附近存在建筑物时的合成电场问题日益受到关注。对上流有限元法进行改进,使导体表面电场强度计算精度比单元电场插值方法的计算精度提高了近2个数量级,对计算过程中导线表面场强满足起晕场强约束具有重要意义。同时,对迭代过程中的节点电荷更新策略进行改进,使算法更易于实现。依托中国电力科学研究院的实验平台,对线下存在建筑物时的实际境况进行模拟实验,测量结果验证了计算方法的有效性。最后,对线下存在建筑物时的合成电场分布特点进行分析。

同塔双回高压直流线路地面合成电场的计算方法

我国计划在实际工程中采用同塔双回高压直流线路,由于该类线路在世界上无工程应用先例,需要研究其地面合成电场的有效计算方法,以满足工程设计和环境保护需求。考虑极导线对地距离不同和极导线布置方案对每一极导线起晕电压的影响及正负极导线起晕场强的差别等因素,提出一种计算同塔双回高压直流线路地面合成电场的方法。利用同塔双回直流模拟试验线段,对极导线按不同方案布置时的地面合成电场进行测试,并采用该文方法对地面合成电场进行计算。结果表明,采用该文方法计算极导线按不同方案布置时同塔双回直流线路的地面合成电场,其分布规律与实测结果基本吻合;地面最大合成电场计算值与实测结果基本一致。

极导线垂直排列直流线路地面合成电场的一种计算方法

极导线垂直排列直流线路在我国已用于实际工程,有必要研究有效方法计算该类线路的合成电场,以满足工程设计和环境保护需求。根据极导线垂直排列直流线路几何结构的特点,在Deutsch假设的基础上,提出了一种计算极导线垂直排列直流线路地面合成电场的方法。该方法还适用于极导线水平排列直流线路。通过试验和计算结果对比,对该方法进行了验证。使用该法对极导线垂直和水平排列±500kV直流线路的地面合成电场进行了计算分析。结果表明:在极导线高度和极间距分别相同的情况下,权导线垂直排列直流线路下的最大地面合成电场比极导线水平排列直流线路的略大,但极导线垂直排列直流线路的地面合成电场横向衰减较快;极导线垂直排列直流线路的走廊宽度约为极导线水平排列线路的50%。

±800kV云广特高压直流线路合成电场仿真计算与测试分析

为研究实际运行特高压直流输电线路复杂环境的合成电场特性及环境影响,开展±800 kV云广直流线路合成电场测量与分析。建立了特高压直流输电线路合成电场计算模型及算法流程,阐述了特高压直流输电线路合成电场的测量仪器、环境、位置、数据记录和处理方法。不同运行方式下的测试结果表明:正极半压和负极全压下测量值与理论值的误差小于负极全压运行下的误差,但大于双极全压运行下测量值与理论值的误差;因测试点的海拔高度、导线对地高度、温/湿度、风速、风向等因素影响,负极半压、正极半压和负极全压、负极全压运行的合成电场值上下浮动于不同月份的双极全压测量值;不同测试点的合成电场的80%值和95%值对应的测量位置基本相同,同时所有测量结果满足合成电场环境限值且有足够的裕度。云广直流工程的电磁环境设计合理性得到了验证。

直流输电线路下地面合成电场的无线同步测量系统研究

受电晕放电及环境气候的影响,直流输电线路下的地面合成电场大小会在一定范围内随机变化,研制方便、有效的地面合成电场同步测量系统对直流线路电磁环境研究和评价具有重要意义。研制了基于ZigBee的地面合成电场分布式无线测量系统。分析了无线测量网络的节点构成和组网过程,重点分析了基于同步广播报文的节点时间同步方法和基于改进时分多址接入(time division multiple access,TDMA)机制的数据传输协议,其以很小的算法开销和能量开销实现了电场数据的同步采集与可靠传输。现场测量试验证明:该电场测量系统操作方便,测量结果能准确反映地面合成电场的实际分布情况。

基于Deutsch假设法和有限元法的高压直流线路地面合成电场对比分析

高压直流线路在我国实际工程中得到广泛应用,基于Deutsch假设的方法和有限元法常用来计算其地面合成电场。为此,对比分析了2种计算方法的区别及可能造成计算误差的原因,讨论了采取不同的方法计算同一水平排列或垂直排列高压直流线路地面合成电场时带来的计算结果差异。结果表明：对于水平排列直流线路,采用基于Deutsch假设的方法得到的地面合成电场最大值与等效导线有限元法的相对差别不到4%,而与分裂导线有限元法的相对差别通常在10%以上;对于垂直排列直流线路,采用基于Deutsch假设的方法得到的地面合成电场最大值与等效导线有限元法的相对差别在5%~15%之间,而与分裂导线有限元法的相对差别通常在30%以上。

复杂环境下地面合成电场测量系统的研究

地面合成电场是评价特高压直流输电线路下电磁环境的重要参数之一,因而受到人们广泛关注。研究了一种基于Zigbee技术的特高压直流输电线路下地面合成电场测量系统,并且重点研究了复杂环境下该系统的网络拓扑和性能。实验结果表明,该系统能在复杂环境下正常工作,且操作简单、稳定性好。

同走廊两回±800kV直流线路地面合成电场研究(英文)

同走廊两回±800 kV直流线路不久将在中国出现,需要对该种线路的地面合成电场进行研究,为工程设计和环境保护提供技术依据。对同走廊两回直流线路极导线按不同方式布置时的地面合成电场进行模拟试验,获得了其横向分布规律。给出一种同走廊两回直流线路地面合成电场的计算方法,该方法考虑了影响此种线路地面合成电场的多种重要因素,模拟试验验证了所提计算方法的有效性。采用该方法分析了同走廊两回±800 kV直流线路地面合成电场的分布特点。结果表明:不同的极导线布置方案不会显著影响同走廊两回直流线路地面最大合成电场的大小,但会影响其分布位置;同走廊两回直流线路地面最大合成电场的绝对值与单回直流线路运行时差别不大;两回±800 kV直流线路同走廊临近架设与相距较远距离架设相比,能大幅减少线路走廊宽度和工程拆迁费用。

直流输电线路合成电场控制指标问题分析

合成电场是高压直流输电线路的特有现象,也是直流输电线路重要的环境控制指标之一。在直流输电线路建设中,需要将其控制在合理范围内,以满足环境保护要求。为此,结合我国目前直流输电工程合成电场的环境影响评价需求以及相关标准,借鉴国际相关的研究成果,针对我国在处理交、直流线路平行架设或共用走廊时地面电场控制方法进行分析,并通过研究直流合成电场的特性,最终可以得到:静电场对人体健康不存在实质性的影响;交直流输电线路平行架设或共用走廊时,合成电场与工频电场不能加权考核。我国直流输电线路产生的直流合成电场的暂行控制指标是可行和有效的;目前针对直流输电线路并行或共用走廊时产生的工频电场和直流合成电场应分别测量评价。

特高压直流输电线下合成电场分布的影响因素

为在设计特高压直流输电线路时考虑地面合成电场和离子流密度分布两个相互关联的电磁环境指标,采用上流有限元法对双极直流线路下合成场强和离子流密度分布进行数值计算。在验证其有效性之后,以云广±800kV特高压直流输电线路为算例,分析了一些线路参数对合成场强和离子流密度分布的影响规律。结果表明,提高导线高度能明显减小地面电场,极间距的小范围变化对地面电场影响不大,控制地面的电场效应须注意导线表面的状况,正负极性也会引起地面电场效应的不同变化。最后根据我国电力行业标准中对合成场强和离子流密度分布的限值给出了线路的走廊宽度建议。

基于无线传感器网络的特高压直流输电线路合成电场智能监测系统研究

特高压直流输电线路的地面合成电场是评价电磁环境的重要参数,因其受环境气候等因素影响而随机变化,在对其研究和评价时需进行长时间测量。为此利用无线传感器网络灵活度高、移动性强的优势,结合多智能体技术研制了合成电场智能监测系统。系统中各节点智能体根据监测电场强弱和剩余能量控制自身状态的转换,同时与系统中其他节点智能体交互信息来动态成簇,自组织地通过协作共同完成监测任务。针对系统中基于多智能体的自组织机制进行了能耗分析。最后将合成电场智能监测系统应用于工程实测,验证了该智能系统的可行性和自组织机制在节能方面的有效性。