本文選題：高壓輸電線路 + 有限差分法��； 參考：《南京師范大學》2017年碩士論文

【摘要】：目前我國的電力需求快速增長,電力系統(tǒng)正朝著高電壓、大容量、遠距離的方向發(fā)展。隨著電磁環(huán)境問題越來越受到人們的關注,精確計算輸電線路產生的電磁場并且評估其對環(huán)境的影響是否超標便成為一個亟待解決的重要課題。本文以220kV高壓輸電線路為研究對象,通過仿真計算其周圍產生的工頻電場并進行研究分析。對于輸電線路的工頻電場,通常假設大地為平面,采用模擬電荷法結合鏡像法進行計算。這對于平原或開闊平坦的地區(qū)可以適用,但對于山地、丘陵等不平坦地形則需要根據地形設定地面下的模擬電荷,所以無法使用鏡像法。為解決這一問題,本文采用兩種方法作研究:模擬電荷法、有限差分法。高壓輸電線路為多回路高電壓系統(tǒng),周圍電場強度分布情況較為復雜,本文引入模擬電荷法,建立了高壓輸電線路二維電場的數學模型,編制了仿真程序。通過仿真與分析,得出了高壓輸電線路電場的基本規(guī)律。為了進一步模擬實際復雜的問題,充分考慮地形等因素對于高壓線電場分布的影響。本文利用有限差分法實現了真實地形下高壓線電場分布的仿真工作,并加入邊界條件建立了介質地面和森林植被模型,充分體現了三維空間中地形、植被等對于空間電場的影響。主要工作如下:1.根據現有的模擬電荷法編寫程序計算并研究了 220kV等級高壓線路在不同情況下近場電場分布特性。2.在對現有二維有限差分方程以及五點差分格式了解的基礎上,推導了三維不等距有限差分公式,提出了基于三維拉普拉斯方程的7點差分格式并且引入復數電壓,實現了有限差分法在三維空間中的應用。3.提出地形模型的階梯近似處理方法,并與DEM數據相結合,實現了真實地形下高壓線路三維空間電場的仿真工作,結合實測結果驗證了方法的可靠性。4.依據電場邊界條件實現了有導電媒質存在下空間電場的仿真工作,建立了介質地面和植被模型,并計算分析了高壓線附近有植被存在情況下的空間電場分布情況。通過典型算例仿真,分析了導線排列方式、導線對地高度、子導線半徑、分裂數、分裂間距、不平坦地形、介質地面、植被等不同影響因素或情況下的工頻電場分布規(guī)律;探討了減小工頻電場分布的措施,得到一些有益的結論,可為高壓線路電磁環(huán)境的評估以及高壓線路走廊的優(yōu)化設計提供幫助。
[Abstract]:At present, the power demand of our country is increasing rapidly, and the power system is developing towards the direction of high voltage, large capacity and long distance. With more and more attention being paid to the electromagnetic environment problem, it is an important task to calculate the electromagnetic field produced by transmission lines accurately and evaluate whether its impact on the environment exceeds the standard or not. In this paper, the power frequency electric field around 220kV high voltage transmission line is simulated and analyzed. For the power frequency electric field of transmission line, it is usually assumed that the earth is a plane, and the analog charge method combined with the mirror image method is used to calculate the electric field. This can be applied to plain or open flat areas, but for mountainous, hilly and other uneven terrain, it is necessary to set the simulated charge under the ground, so it is not possible to use the mirror image method. In order to solve this problem, two methods are used in this paper: the simulated charge method and the finite difference method. The high-voltage transmission line is a multi-loop high-voltage system, and the distribution of electric field intensity around it is more complicated. In this paper, the mathematical model of two-dimensional electric field of high-voltage transmission line is established and the simulation program is compiled. Through simulation and analysis, the basic law of electric field of HV transmission line is obtained. In order to further simulate the complicated problems in practice, the influence of terrain and other factors on the electric field distribution of high voltage line is considered. In this paper, the finite difference method is used to simulate the electric field distribution of high-voltage lines in real terrain, and the model of medium ground and forest vegetation is established by adding boundary conditions, which fully embodies the terrain in three-dimensional space. The effect of vegetation on space electric field. The main work is as follows: 1. According to the existing simulation charge method, a program is compiled to calculate and study the near field electric field distribution characteristics of 220kV grade high voltage transmission line under different conditions. Based on the existing 2-D finite difference equation and five-point difference scheme, the three-dimensional non-equidistant finite difference formula is derived, and the 7-point difference scheme based on three-dimensional Laplacian equation is proposed and the complex voltage is introduced. The application of finite difference method in three dimensional space. The step approximation method of terrain model is proposed and combined with DEM data, the simulation work of 3D electric field of high voltage transmission line under real terrain is realized. The reliability of the method is verified by the measured results. According to the boundary condition of electric field, the simulation work of space electric field in the presence of conductive medium is realized, the media ground and vegetation models are established, and the spatial electric field distribution in the presence of vegetation near the high voltage line is calculated and analyzed. Through the simulation of typical examples, the distribution law of power frequency electric field under different influence factors, such as conductor arrangement mode, wire height to ground, radius of sub-conductor, splitting number, splitting distance, uneven terrain, medium ground, vegetation and so on, are analyzed. The measures to reduce the distribution of power frequency electric field are discussed, and some useful conclusions are obtained, which can be helpful for the evaluation of electromagnetic environment of high voltage transmission line and the optimization design of high voltage transmission line corridor.
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM75

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本文編號：1970821