一種變電站工頻電場計算方法技術

本發明專利技術提出了一種變電站工頻電場計算方法，包括如下步驟：S1：將所要分析的變電站工頻電場的連續場域分割為若干個單元體；S2：確定每個單元體的計算公式，對每個單元體進行計算；S3：將每個單元體的計算結果進行總和，得到用整體矩陣表達的整個區域的解，本發明專利技術能夠計算快速、準確、提高其適應性，并且具有較高的實際應用價值，降低工頻電場計算的難度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于交流輸電
，特別涉及一種變電站工頻電場計算方法。
技術介紹
交流輸電線路在工作時，導線上的電荷將在空間產生工頻電場，導線內的電流將在空間產生工頻電場。電場一般用電場強度描述。工頻電場能在人和物體上感應出電壓，在強電場中，對地絕緣的人接觸接地物體，處于地電位的人接觸對地絕緣的物體，可能會有感覺到的電流渡過人體或者不愉快的火花放電。這是工頻電場的短期效應，關于工頻電場的另外一個問題是，工頻電場是否會產生長期的生態影響。隨著電壓等級的提高，尤其發展到特高壓階段，輸電工程的工頻電場和磁場的長期生態影響如何，已經成為人們關注的焦點，而且，選擇輸電線路走廊，除了考慮電氣強度因素外，輸電線路下方的電場強度也是一個重要因素。由于變電站帶電位置復雜而且多種多樣，除了有高低壓引線，還有變壓器、高壓并聯電抗器、接地開關、電容式電壓互感器和GIS等其它設備，因此變電站內電磁設備的工頻磁場是一個復雜的三維場分布，國內外關于變電站電磁環境的研究方法有現場實測、模擬實驗和數值計算，包括模擬輸電線路走廊電場，計算設備空間電磁分布，以及簡化模型提高計算效率等。但是，傳統的方法過于單一，計算量相當龐大，并且耦合生成的系數矩陣對稱性和正定性很難滿足，當設備結構比較復雜時，尤其是設備導磁媒質由多種材料構成的情況下，用此類方法計算磁場會產生很大的誤差，理想模型不能真正模擬現場的復雜設備，通用性不高，未來的研究需要在滿足工程精度要求的前提下降低計算的難度。因此，現在亟需一種變電站工頻電場計算方法，能夠計算快速、準確、提高其適應性，并且具有較高的實際應用價值，降低工頻電場計算的難度。
技術實現思路
本專利技術提出一種變電站工頻電場計算方法，解決了現有技術中計算磁場會產生很大的誤差，理想模型不能真正模擬現場的復雜設備，通用性不高的問題。本專利技術的技術方案是這樣實現的：變電站工頻電場計算方法，包括如下步驟：S1：將所要分析的變電站工頻電場的連續場域分割為若干個單元體；S2：確定每個單元體的計算公式，對每個單元體進行計算；S3：將每個單元體的計算結果進行總和，得到用整體矩陣表達的整個區域的解。優選的，所述步驟S1采用將電磁場的連續場域剖分為有限個互不重疊的三角形單元，且任一三角形單元的頂點均作為相信三角形單元的頂點。優選的，步驟S2包括對三角形單元的三個頂點進行節點編號并按逆時針順序建立局部編碼序，標記為i,j,m，并在各個三角形單元內，給定對于x、y呈線性變化的插值函數，表示為：式中的待定系數a1，a2,a3，由該三角形單元的節點上的待定函數值以及節點坐標決定，按上式對三個節點i,j,m列出待定函數值與其坐標之間的三個關系式，然后聯立求得。優選的，聯立后的關系式表示為：ai＝xjym-xmyj,bi＝yj-ym,ci＝xm-xj,而aj,bj,cj,……，cm各系數可按i,j,m指標順序指環而得為三角形單元的面積。優選的，三角形單元的線性插值函數為：式中，Nes(x.y)稱為三角形單元上的線性插值的基函數，取決于單元的形狀以及相應節點的配置，記為：得到相關的三角形單元的公共邊以及公共節點上的函數值相同，將三角形單元上構造的函數拼合起來，得到整個場域上的分片線性插值函數。優選的，在完成線性插值計后，進行變分問題離散化，包括如下步驟：S21：單元分析，根據三角形單元的部分結果，將二次泛函表達為遍及所有三角形單元的能量積分的總和；S22：總體合成，對能量積分的總和進行擴充改寫，即將二次泛函進行離散化表達，離散成為多元二次函數的極值問題，表示為矩陣形式后，獲得多元線性代數方程組。優選的，步驟S21中所述的二次泛函表達的遍及所有三角形單元的能量積分的總和表示為：式中，Je[φ]表示三角形單元所對應的能量積分，表示為：經變換成三階方陣作為單元電場勇氣離散矩陣，表示為：其元素的一般表達式為：然后再進行總體合成，并進行擴充表達，改寫為：得到總體的能量積分。優選的，二次泛函離散化為：式中[K]可稱為總電場能系數矩陣，由于，根據矩陣的運算，得到總電場能系數矩陣的元素：凡下標相同的單元電場能系數矩陣的元素都予以相加，形成總電場能系數矩陣中同一下標的元素。優選的，變分問題被離散化為多元二次函數的極值問題：根據函數極值理論，最終獲得所要求解的多元線性代數方程組。優選的，根據所述多元線性代數方程組確定任意點的電場。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術的流程示意圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦＠夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。如圖1所示，本變電站工頻電場計算方法，包括如下步驟：S1：將所要分析的變電站工頻電場的連續場域分割為若干個單元體；S2：確定每個單元體的計算公式，對每個單元體進行計算；S3：將每個單元體的計算結果進行總和，得到用整體矩陣表達的整個區域的解。所述步驟S1采用將電磁場的連續場域剖分為有限個互不重疊的三角形單元，且任一三角形單元的頂點均作為相信三角形單元的頂點。步驟S2包括對三角形單元的三個頂點進行節點編號并按逆時針順序建立局部編碼序，標記為i,j,m，并在各個三角形單元內，給定對于x、y呈線性變化的插值函數，表示為：式中的待定系數a1，a2,a3，由該三角形單元的節點上的待定函數值以及節點坐標決定，按上式對三個節點i,j,m列出待定函數值與其坐標之間的三個關系式，然后聯立求得。聯立后的關系式表示為：式中，ai＝xjym-xmyj,bi＝yj-ym,ci＝xm-xj,而aj,bj,cj,……，cm各系數可按i,j,m指標順序指環而得；為三角形單元的面積。三角形單元的線性插值函數為：式中，Nes(x.y)稱為三角形單元上的線性插值的基函數，取決于單元的形狀以及相應節點的配置，記為：得到相關的三角形單元的公共邊以及公共節點上的函數值相同，將三角形單元上構造的函數拼合起來，得到整個場域上的分片線性插值函數。在完成線性插值計后，進行變分問題離散化，包括如下步驟：S21：單元分析，根據三角形單元的部分結果，將二次泛函表達為遍及所有三角形單元的能量積分的總和；S22：總體合成，對能量積分的總和進行擴充改寫，即將二次泛函進行離散化表達，離散成為多元二次函數的極值問題，表示為矩陣形式后，獲得多元線性代數方程組。步驟S21中所述的二次泛函表達的遍及所有三角形單元的能量積分的總和表示為：式中，Je[φ]表示三角形單元所對應的能量積分，表示為：經變換成三階方陣作為單元電場勇氣離散矩陣，表示為：其元素的一般表達式為：然后再進行總體合成，并進行擴充表達，改寫為：得到總體的能量積分。二次泛函離散化為：式中[K]可稱為總電場能系數矩陣，由于，根據矩陣的運算，得到總電場能系數矩陣的元素：凡下標相同的單元電場能系數矩陣的元素都予以相本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種變電站工頻電場計算方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：將所要分析的變電站工頻電場的連續場域分割為若干個單元體；S2：確定每個單元體的計算公式，對每個單元體進行計算；S3：將每個單元體的計算結果進行總和，得到用整體矩陣表達的整個區域的解。

【技術特征摘要】
1.一種變電站工頻電場計算方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：將所要分析的變電站工頻電場的連續場域分割為若干個單元體；S2：確定每個單元體的計算公式，對每個單元體進行計算；S3：將每個單元體的計算結果進行總和，得到用整體矩陣表達的整個區域的解。2.根據權利要求1所述的變電站工頻電場計算方法，其特征在于，所述步驟S1采用將電磁場的連續場域剖分為有限個互不重疊的三角形單元，且任一三角形單元的頂點均作為相信三角形單元的頂點。3.根據權利要求2所述的變電站工頻電場計算方法，其特征在于，步驟S2包括對三角形單元的三個頂點進行節點編號并按逆時針順序建立局部編碼序，標記為i,j,m，并在各個三角形單元內，給定對于x、y呈線性變化的插值函數，表示為：式中的待定系數a1，a2,a3，由該三角形單元的節點上的待定函數值以及節點坐標決定，按上式對三個節點i,j,m列出待定函數值與其坐標之間的三個關系式，然后聯立求得。4.根據權利要求3所述的變電站工頻電場計算方法，其特征在于，聯立后的關系式表示為：ai＝xjym-xmyj,bi＝yj-ym,ci＝xm-xj,而aj,bj,cj,……，cm各系數可按i,j,m指標順序指環而得；Δ=12(bicj-bjci)]]>為三角形單元的面積。5.根據權利要求4所述的變電站工頻電場計算方法，其特征在于，三角形單元的線性插值函數為：式中，Nes(x.y)稱為三角形單元上的線性插值的基函數，取決于單元的形狀以及相應節點的配置，記為：Nse(x,y)=12Δ(as+bsx+csy),(s=i,j,m)]]>得到相關的三角形單元的公共邊以及公共節點上的函數值相同，將三角形單元上構造的函數拼合起來，得到整個場域上的分片線性插值函數。6.根據權利要求5所述的變電站工頻電場計算方法，其特征在于，在完成線性插值計后，進行...

【專利技術屬性】
技術研發人員：聶朝林，
申請(專利權)人：合肥華義電氣科技有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽;34