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。

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。

特高压直流输电线路合成电场计算方法及其影响因素分析

为更准确地计算特高压直流输电线路合成场强,采用有限元法计算了±800kV特高压直流输电线路标称电场,在有限元法中引入无限元边界,突破了有限元法计算闭域问题的局限,将计算场域有效地扩展到无穷远处,进而总结了美国EPRI提出的经验公式,计算了线路下方合成场强,并结合环境及大气条件对电晕放电的影响,分析了地面合成场强随导线表面状况、湿度、气压和海拔高度变化的规律。结果表明,所提算法合理、可行,且具有较高精度,可为特高压输电线路建设和运行提供参考;直流输电线路合成场强计算不可忽略环境及大气条件的影响。

特高压直流输电线路合成电场强度对人体影响分析

针对特高压直流输电线路所引起的电磁环境问题,使用ANSYS软件建立了接近人体形状的人体模型。利用该模型,以四川向家坝到上海奉贤的±800 kV特高压输电线路为例,仿真了考虑人体对地绝缘和人体接地两种情况下人体内部电场强度分布,并在此基础上,利用APDL语言编写程序计算了人体距离输电线路不同距离,以合成电场强度对人体电场的影响。计算结果表明:人体对地绝缘和人体接地时,最大电场强度值均出现在腋下,分别为27.9 mV/m和13.6 mV/m;随着距输电线中心不同距离的变化,人体内部最大电场强度变化呈抛物线形式变化,最大值出现在距输电线中心的18 m处,为650 mV/m,略高于国际非电离辐射防护委员会(International Commission on Non-ionizing Radiation Protection,ICNIRP)规定的人体在高压输电线路不同曝露情形下的曝露电场强度限值,而在此距离时头部的电场强度为110 mV/m,则处于ICNIRP规定的限值范围内。

山火条件下特高压直流输电线路合成电场研究

特高压直流输电线路在山火中火焰高温、火焰高电导率、固体颗粒物等因素作用下,容易导致输电线路周围电场发生显著升高,从而引发输电线路跳闸。为此,建立了山火条件下特高压直流输电线路合成电场非线性数学模型,该数学模型能够准确计算输电线路走廊发生山火时是否会引发输电线路跳闸,并以云广特高压直流输电线路为例,采用Comsol软件,分析了山火条件、正常运行条件和饱和电晕条件下地面合成电场。算例计算结果表明,山火条件下地面合成电场可达到正常运行情况下的33.6倍以上。

直流输电线路合成电场计算时两种假设的合理性分析

高压直流输电线路合成电场是直流输电工程重要的环境指标,其计算涉及复杂的直流电晕放电过程,往往采用Deutsch假设或Kaptzov假设进行简化,但目前对这两种假设的合理性具体分析不足。对此,分析了应用Deutsch假设需满足的物理条件,实际运用中该假设条件难以满足,计算结果存在一定误差;采用迎风有限元计算模型,针对我国典型±500、±800kV的线路参数进行计算,发现可忽略导线电晕电流变化对导线表面电场强度的影响,满足Kaptzov假设,并与我国±800kV线路地面合成电场的实测结果进行对比,验证了Kaptzov假设比Deutsch假设计算结果更合理。

±800kV特高压直流输电线路合成电场研究

基于Deutecsh假设的解析法,利用MATLAB软件对±800 kV特高压直流输电线路合成电场进行仿真研究.计算了极导线水平布置的±800 kV特高压直流输电线路合成电场的水平,详细讨论了线路结构参数(导线分裂数、子导线截面、导线分裂间距以及极导线对地高度和极导线间距)对合成电场的影响,为工程的设计和建设提供技术参考.

基于气象数据的雾天气条件下高压直流输电线路合成电场计算分析

为了得到雾对高压直流输电线路地面合成场强的影响规律,建立雾天气条件下高压直流输电线路合成电场计算模型,从雾天气条件下基本气象指标能见度出发,计算雾滴的粒径和数密度分布,建立雾滴电荷密度计算模型。模型求解过程中同时考虑了雾天湿度变化对高压直流导线起晕场强和离子迁移率的影响,运用实验模型验证了计算模型的正确性,计算实际线路结构下,不同能见度和不同种类雾天气条件下地面合成电场的分布。计算结果表明:随着雾等级的不断提高和能见度的逐渐降低,高压直流输电线路地面合成电场逐渐增大,浓雾条件下地面合成电场最大值已经超过国家标准限值30kV/m。经分析可知,导线起晕场强的降低和雾滴空间电荷密度的增大是地面合成场强增大的主要原因。

环境对特高压直流输电线路合成电场的影响

随着我国人民生活水平和社会生产力的不断提高,为保障国民经济的迅速发展,国家对电力建设的要求也越来越高。远距离的特高压直流输电技术拥有经济性好、容量大以及电能损耗小等优点,大力发展特高压直流输电技术有益于更好地解决我国电力资源分配不均的问题,但远距离的特高压直流输电线路运行环境恶劣,多变的环境因素会造成线路合成电场分布复杂,因此开展环境因素对线路合成电场影响的研究对特高压直流输电技术的发展具有重要意义和价值。

±500kV直流输电线路合成电场强度模式计算与实地监测数值的差异研究

针对直流输电线路在运行一段时间以后,线路下方合成电场强度的实地监测值与模式计算值经常存在一定差异的问题,通过对工程广泛应用的±500 kV直流输电线路进行模式计算和实地监测,对直流输电线路下方空间合成电场强度变化情况及规律进行分析和总结,对比模式计算结果和现场实地监测结果,分析并给出合成电场存在差异的可能原因。研究发现:合成电场强度的理论计算结果一般高于实地监测结果,可能引起差异的原因包括模型简化、气象因素、实际线高等,但二者的变化规律高度一致。

交直流输电线路混合电场的人体感受试验及设计控制值研究

交直流输电线路同走廊和同塔架设是随着我国电网技术发展而出现的新输电方式,国内外尚无相应的交直流混合电场设计控制值标准。因此,设计同走廊和同塔架设的交直流输电线路时,导线对地高度和走廊宽度的选取面临无据可依的难题。该文提出确定交直流混合电场设计控制值的原则;开展不同交流(工频)电场和直流电场组合下的人体直接感受和暂态电击感受试验;通过对试验结果的统计分析,获得不同概率下人体不出现明显感受时的交流(工频)电场和直流电场关系曲线;在此基础上,得出确定交直流输电线路混合电场设计控制值的公式。该研究可为同走廊和同塔架设交直流输电线路设计中交直流混合电场的控制提供一定技术支撑。

基于风速的不同架构下混压双回直流线路合成电场研究

直流输电线路的合成电场在自然环境中易受自然风干扰,因此在多风区域建设直流输电线路需选择合适的杆塔型式以及导线布置方式以减少自然风对合成电场的干扰。鉴于此,基于动态风速,采用Kapt zov假设的有限元解法对不同架构下合成电场的变化趋势和峰值变化进行了研究,选择具有优异抗风性和稳定性的架构方式,减弱直流输电线路的电磁环境影响。

800kV特高压直流输电线路带电作业等电位转移及强电场安全作业方法研究

本研究旨在探讨800kV特高压直流输电线路带电作业的进出等电位方法及安全防护措施,介绍了从导线下方吊入、塔身与横担连接处水平进入及从横梁向下吊入等电位等三种进出方法,并分析了进出过程中的注意事项。同时,研究了电磁场数值计算、带电作业工具的安全防护等方面。分析表明,合理的进出电场方法和严密的安全防护措施对于保障带电作业安全至关重要,为特高压直流输电线路的安全运行提供了有力支持。

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。

特高压交直流输电线路带电作业安全防护及碳减排效应分析

特高压(ultra high voltage,UHV)交流与直流线路同廊道运行时带电作业区域电压高、场强大,交直流混合电场比单一电场更为复杂。为确保作业人员安全,结合实际±1100 kV直流和1000 kV交流线路,建立了包含输电导线、杆塔及带电作业人员的三维计算模型,通过分析开展带电作业时人员的体表混合场强、电位转移电流及暂态能量,对作业人员安全防护进行研究。结果表明:随着作业人员不断接近直流线路,体表场强受交流线路影响越明显,最高可使作业人员体表场强增大约9%,达到1920 kV/m;交流线路的存在将导致电位转移电流增长约7%,但对暂态能量影响较小。通过对特高压线路不停电检修所减少的碳排放量进行进一步计算,验证了特高压带电作业对减少碳排放具有促进作用。

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。