[發明專利]一種交流輸電線路交叉跨越區域電磁場強度預測方法

在審

• 申請號: 202211541902.7
• 申請日: 2022-12-03
• 公開（公告）號: CN115825588A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 趙孟皕;陳晨;張茜茹;李猛;閻曉峰
• 申請（專利權）人: 國網遼寧省電力有限公司錦州供電公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G06F30/27;G06N3/0464;G06F111/10
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所(普通合伙) 21225
• 代理人: 王佳佳

1.一種交流輸電線路交叉跨越區域電磁場強度預測方法，其特征是：

具體步驟如下：

步驟1、取導線在地面的投影為x軸，沿地面垂直于x軸并通過檔距中央為y軸；垂直于地面并通過x軸和y軸交點為z軸，建立交叉跨越輸電線路三維工頻電磁場計算模型，利用懸列線方程修正z軸坐標；

步驟2、基于模擬電荷法，畢奧—薩瓦定律和坐標變換法通過數值計算方法計算殘差神經網絡預測所需的原始疊加電磁場數據；

步驟3、通過歸一化公式對原始電磁場數據進行預處理；

步驟4、使用XGBoost算法優化模型結構，篩選并構造輸入特征向量集；

步驟5、構建基于殘差神經網絡的電磁場預測模型，包括輸入層，輸出層及殘差模塊。

2.根據權利要求1所述的交流輸電線路交叉跨越區域電磁場強度預測方法，其特征是：步驟1建立交叉跨越輸電線路三維工頻電磁場計算模型包括：

步驟1.1、建立坐標系

令兩導線互相垂直且在中間位置交叉，以交叉跨越點在地面的投影為原點；取被跨越導線L₂的一個檔距，當導線兩頭的對地高度相同時，取導線在地面的投影為x軸，沿地面垂直于x軸并通過檔距中央為y軸；垂直于地面并通過x軸和y軸交點為z軸；

步驟1.2、當輸電線懸掛兩端點等高、離地高度均為H時，架空導線的最大弧垂出現在檔距中央；根據架空輸電線的周期性懸鏈線方程考慮導線弧垂，可將z軸坐標表示為：

式中：為水平張力系數，其中G為導線單位長度重量；σ為導線水平張力；L為檔距；x為計算點x軸坐標；C為整數，并且對于多根輸電導線，認定其具有相同的弧垂變化規律。

3.根據權利要求1所述的交流輸電線路交叉跨越區域電磁場強度預測方法，其特征是：所述步驟2預測的原始電磁場數據包括以下步驟：

步驟2.1、采用有限長模擬線電荷法計算交叉跨越輸電導線周圍的三維電場；首先，將輸電線路導體劃分為多個線單元，在每段導體內設置n個線電荷，每一單元內線電荷呈線性分布；

步驟2.2、在已知電位的導體單元表面，設置數量與模擬電荷數量相同的n個匹配點Mi,i＝1,2,3,…,n，模擬電荷按垂直于導線表面布置，各匹配點的電位為電位大小等于已知導線表面電位；

步驟2.3、根據疊加定理，對于每個匹配點M_i，逐一列出由設定的模擬電荷所建立的電位方程表達式為：

式中，P_mn表示第n個單位模擬電荷在第m個匹配點上產生的電位，稱為電位系數；Q_n為待求模擬電荷量離散解；

上式方程組的矩陣形式為：

步驟2.4、解方程組，得到模擬電荷離散解[Q]；

步驟2.5、根據最終求得的模擬電荷離散解[Q]，依據疊加原理計算空間三個方向上的電場強度E_x,E_y,E_z；

則空間任意點P的電場強度有效值E為：

式中：分別為的共軛復數；

步驟2.6、根據畢奧—薩瓦定律、疊加定理，并結合架空輸電線的懸鏈線方程，可計算3相導線，每相檔距長度K＝1在交叉點p(x，y，z)所產生的磁感應強度

式中：

μ₀為真空磁導率；i_n為第n相輸電線負載電流；e_x,e_y,e_z分別為x、y、z方向的單位矢量；其中，x_n,y_n,H_n，分別表示第n相導線在x、y方向的坐標位置，以及在桿塔處的懸掛高度；

步驟2.7、可采用數值方法計算出P點磁感應強度有效值B為：

式中：分別為的共軛復數；

步驟2.8、在計算場域中建立一個新的坐標系X₁Y₁Z₁O₁，稱為電場局部坐標系；使OX₁與線電荷重合，O₁點坐標為(x_m,y_m,z_m),線電荷與XOY平面的夾角為α,線電荷向XOY平面的鉛直投影l_m'與OX軸的夾角為β；可得XYZO坐標系與X₁Y₁Z₁O₁坐標系變換關系為：

變換矩陣為：

步驟2.9、在XYZO坐標系中計算出線路l₁在p點產生的電場強度E_x’,E_y’,E_z’；

步驟2.10、將XYZO系中的點P變換到模擬電荷所在的X₁Y₁Z₁O₁系中的點P’,計算出線路l₂在P’的三個場強分量E_x1,E_y1,E_z1；

步驟2.11、利用坐標反變換將E_x1,E_y1,E_z1變換到XYZO系中進行迭加，即可計算得到交叉跨越輸電線疊加后P點的電場強度為：

步驟2.12、在計算場域中建立一個新的坐標系uvw0'，稱為磁場局部坐標系；將線路l₁置于XYZO坐標系內，線路l₁的軸向設為x軸；將線路l₂置于UVW0'坐標系內，線路l₂的軸向設為u軸；x-y平面和u-v平面均為地面，z軸與w軸同向，x軸與u軸正向的夾角為交叉角θ；兩個坐標系的坐標原點0和0'分別置于線路最接近的兩個檔距弧垂最低點在地面的投影處；

步驟2.13、在XYZO坐標系中計算出線路l₁在p點所產生的磁場B_x1,B_y1,B_z1；

步驟2.14、將UVW0'坐標系的坐標原點0’轉換為XYZO坐標系中對應的點：

將XYZO坐標系中的場點p(x,y,z)映射到UVW0'坐標系中變為點P’(u,v,w)：

其中，d_x和d_u，分別表示x軸與u軸交匯點的x坐標和u坐標；

步驟2.15、在UVW0'坐標系中直接計算出線路l₂所產生的磁場B_u2,B_v2,B_w2，將B_u2,B_v2,B_w2變換為XYZO坐標系下的B_x2,B_y2,B_z2；

步驟2.16、最終將兩回線路所形成的磁場在XYZO坐標系中疊加并顯示，計算出交叉跨越輸電線疊加后磁場強度；

步驟2.17、采用數值計算方法計算電磁場數據，并將輸出計算點電磁場數據作為神經網絡的訓練原始數據。