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【好文推荐】清华大学乔骥等:如何高效计算交直流同塔输电线路混

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-06-03

  原标题:【好文推荐】清华大学乔骥等:如何高效计算交直流同塔输电线路混合电场与离子流?

  随着国家“西部开发”、“西电东送”战略的实施,位于甘肃省西北部的“河西走廊”已不仅是内地与甘肃西部、新疆经济文化交流的重要通道,也成为新疆、甘肃西部与西北电网、全国电网进行电力能源交换的重要通道。作为新疆与西北电网联网的重要通道、西电东送的重要通道,以及甘肃内部电网能量交换的重要通道,随着哈密南—郑州±800kV直流线路的建设,河西走廊现有±800kV、750kV、330kV、110kV输电线路已使该通道相当紧张,通道内密集分布着铁路、高速公路及“西气东输”油气管线,可利用走廊最窄处只有不到400米。正在开展前期工作的新疆准东送出±1100kV、酒泉送出±800kV直流线kV也将经由此通道,通道走廊的开辟将是工程建设面临的难题。

  在一定距离内采用交直流同塔架设的方式是解决该问题的一种有效手段。然而,直流导线电晕产生的电荷会在空间中发生定向移动,产生空间离子流,该离子流又会使地面电场发生严重畸变。另外,导线的电晕还伴随着无线电干扰与可听噪声。这一系列问题称之为输电线路的电磁环境,是线路设计需要考量的一项重要指标。当交直流线路同塔架设时,交变的电场也会作用于离子流场上,使得离子流问题变得更为复杂。

  目前,交直流同塔架设的方案正处于可行性研究阶段,需要进行大量的数值模拟,分析成百上千中不同塔形结构方案的合理性,从而对线路布置进行优化设计。如果采用时域方法进行离子流的求解,其计算效率将会大大降低,不能满足线路多参数的分析。因此,同塔线路的设计需要一种快速的仿真方法来实现线路参数的扫描与比较。

  基于稳态求解方式,采用区域分解法对整个计算区域分块求解。在导线附近的区域利用二阶三角单元计算以提高电场求解的精度,在远离导线附近的广大区域则采用一阶单元,通过D-N交替法实现各子区域的耦合计算。利用导线电晕的U-I特性曲线,提出一种新的导线表面离子密度更新策略,通过电压而非电场强度修正离子密度,导线表面电场强度直接服从Kaptzov假设。本文方法有效地提高地面混合电场直流分量的计算速度。

  本文针对交直流输电线路的混合场问题,采用稳态计算方案,利用区域分解法实现空间离子流与合成电场的快速、准确计算。由于导线周围电场和离子流变化家较为剧烈,因此采用高阶单元以保证该区域内的计算精度,而在远离导线的广大空气区域,由于电场变化较为缓慢,采用一阶单元即可实现较高精度。这样,利用区域分解法针对不同区域的特点进行分块计算,从而达到计算效率与求解精度的平衡。另外,不同于以往的方法,本文基于导线电晕的U-I特性曲线,提出一种新的导线表面离子密度更新策略,在每一步迭代中,都能保证导线表面电场强度服从Kaptzov假设,该迭代方案具有更高的数值稳定性。

  本文方法与文献测量及计算结果吻合较好,在保证计算精度的同时,有效地提高地面混合电场直流分量的计算速度,计算时间仅为时域方法的1‰,可用于交直流同塔线路多参数组合下混合场的仿真与结构的设计。

  乔骥,邹军,袁建生,等.采用区域分解法与高阶单元的交直流同塔线路混合电场计算[J].电网技术,2017,41(1):335-341.

  清华大学电机系袁建生教授和邹军教授带领的电磁场与电磁兼容实验室隶属于电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,目前主要从事电磁场数值计算、电磁装置中多物理场分析与机辅设计、磁材料与电磁场测量、特高压输电线路电磁环境、接地技术、电磁脉冲瞬态分析等领域的研究工作。先后负责承担国家“863”课题、国家自然科学基金课题、国际合作课题以及各类横向课题等。在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文上百篇,其中近5年在IEEE Transactions 上发表论文20余篇。团队先后开发变电站接地网模拟计算软件、输电线路电磁环境综合计算软件、电力系统短路电流分布计算软件、电力系统对电信系统危险影响计算软件、电磁场有限元数值计算软件等。

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