一種特高壓輸電線路短波頻段無源干擾諧振頻率的預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一種特高壓輸電線路短波頻段無源干擾諧振頻率的預(yù)測(cè)方法，屬于高壓輸 變電工程電磁兼容領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 無源干擾的產(chǎn)生主要來源于鐵塔與地線等金屬部件在外加電磁波激勵(lì)下產(chǎn)生感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而使感應(yīng)電流產(chǎn)生新的電磁波即二次輻射，這種干擾會(huì)使無線電臺(tái)站接收到 的無線電信號(hào)等信息產(chǎn)生偏差。無源干擾水平在某一頻點(diǎn)突然增大的現(xiàn)象我們稱之為無源 干擾產(chǎn)生諧振。無源干擾產(chǎn)生諧振時(shí)對(duì)無線電臺(tái)站的影響甚大，可直接導(dǎo)致無線電臺(tái)站無 法正常工作。若能預(yù)測(cè)無源干擾諧振頻率，則能避免無線電臺(tái)站在諧振頻率工作，從而保證 無線電臺(tái)站運(yùn)行在正常工作狀態(tài)下。IEEE給出了中波部分頻段（535~1705kHz)的無源干 擾諧振頻率預(yù)測(cè)公式，但對(duì)于短波頻段無源干擾諧振頻率的預(yù)測(cè)方法尚缺乏研究成果。隨 著越來越多的無線電臺(tái)站工作在短波頻段（3~30MHz)，研究短波頻段無源干擾諧振頻率 的預(yù)測(cè)方法顯得尤為重要。
[0003] 針對(duì)無源干擾的研究，我國當(dāng)前的工作集中在制定特高壓輸電線路與弱電系統(tǒng) (包括各類無線電臺(tái)站）之間無源干擾防護(hù)間距的國家標(biāo)準(zhǔn)方面。從目前的研究來看， 特高壓輸電線路與無線電臺(tái)站之間無源干擾防護(hù)距離的制定方法已比較成熟，中國專利 200710168958. 1的《特高壓交流線路與短波無線電測(cè)向臺(tái)間防護(hù)距離確定方法》、中國專 利200710168959. 6的《特高壓交流線路與中波導(dǎo)航臺(tái)間防護(hù)距離確定方法》和中國專利 201110266401. 8的《特高壓直流輸電線路與無線臺(tái)站之間防護(hù)間距的確定方法》。針對(duì)特 高壓交流線路與臨近具體臺(tái)站之間的防護(hù)距離求解方法進(jìn)行了闡述，但是無法解決已有的 線路和臺(tái)站之間的電磁干擾問題。對(duì)于減小無源干擾的研究，中國專利201110275071. 9的 《一種減小特高壓交流線路對(duì)無線電臺(tái)站的無源干擾方法》，通過在架空地線或桿塔上套裝 磁環(huán)來控制無源干擾的大小，減小無源干擾水平。但是這些措施只能在一定程度上減小某 個(gè)頻段的干擾水平，甚至較難在實(shí)際工程中加以實(shí)現(xiàn)。若能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)干擾諧振頻率，則可通 過臺(tái)站避免在該頻點(diǎn)工作的方法，徹底避開干擾極大值產(chǎn)生的可能性，起到根本性的干擾 抑制效果。因此，深入研究輸電線路無源諧振機(jī)理及諧振頻率的預(yù)測(cè)方法是解決無源干擾 問題的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種特高壓輸電線路短波頻段無源干擾諧振頻率的預(yù)測(cè)方 法，該方法基于復(fù)坡印廷定理，從廣域空間下特高壓輸電線路及天線組成的電磁開放系統(tǒng) 的電磁場能量角度出發(fā)，通過尋找電場能量與磁場能量平衡時(shí)的頻點(diǎn)來預(yù)測(cè)特高壓輸電線 路短波頻段的諧振頻率。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0006] -種特高壓輸電線路短波頻段無源干擾諧振頻率的預(yù)測(cè)方法，將廣域空間下特高 壓輸電線路陣列鐵塔及激勵(lì)天線組成的系統(tǒng)等效為電磁開放系統(tǒng)；基于復(fù)坡印廷定理，計(jì) 算特高壓輸電線路電大尺寸電磁開放系統(tǒng)的電場能量和磁場能量，得到電磁開放系統(tǒng)電場 能量和磁場能量的數(shù)學(xué)表征；基于電磁開放系統(tǒng)天線饋電端口的電壓和電流，得到電磁開 放系統(tǒng)總的電磁場能量和等效阻抗矩陣的數(shù)學(xué)表征；根據(jù)電磁開放系統(tǒng)諧振產(chǎn)生的條件， 得到電場能量與磁場能量平衡時(shí)的頻點(diǎn)，即預(yù)測(cè)的諧振頻率。
[0007] -種特高壓輸電線路短波頻段無源干擾諧振頻率的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一：把廣域空間下特高壓輸電線路陣列鐵塔及激勵(lì)天線組成的系統(tǒng)等效為一 個(gè)電磁開放系統(tǒng)，此電磁開放系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)廣義上的封閉系統(tǒng)，即將無窮遠(yuǎn)處視為封 閉曲面，從而引入封閉系統(tǒng)的電磁場理論來研究電磁開放系統(tǒng)；
[0009] 步驟二：基于電磁場的復(fù)坡印廷定理，求解特高壓輸電線路電大尺寸電磁開放系 統(tǒng)電場儲(chǔ)存的能量和輻射的能量，以及磁場儲(chǔ)存的能量和輻射的能量，從而進(jìn)一步得到電 磁開放系統(tǒng)中電場能量和磁場能量的數(shù)學(xué)表征；
[0010] 步驟三：通過激勵(lì)天線饋電端口的電壓和電流電特性，得到電磁開放系統(tǒng)總的電 磁場能量和等效阻抗矩陣的數(shù)學(xué)表征；
[0011] 步驟四：類比于封閉系統(tǒng)諧振產(chǎn)生的條件，即系統(tǒng)中的電場能量與磁場能量平衡， 求解此時(shí)電場能量與磁場能量相等時(shí)的頻點(diǎn)，此頻點(diǎn)值即為預(yù)測(cè)的諧振頻率。
[0012] 步驟二中，基于復(fù)坡印廷定理，引入特高壓輸電線路電大尺寸電磁開放系統(tǒng)的電 場能量和磁場能量平衡，求解諧振頻率。
[0013] 本發(fā)明一種特高壓輸電線路短波頻段無源干擾諧振頻率的預(yù)測(cè)方法，能從特高壓 輸電線路電磁開放系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化的本質(zhì)上出發(fā)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)諧振頻率的發(fā)生，可應(yīng)用于今后 特高壓輸電線路短波頻段無源干擾諧振頻率的預(yù)測(cè)。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明基于復(fù)坡印廷定理包含源區(qū)的廣義封閉系統(tǒng)示意圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明輸電線路陣列鐵塔及N組天線組成的電磁開放系統(tǒng)的示意圖。
[0016] 圖3為本發(fā)明驗(yàn)證IEEE用于預(yù)測(cè)中波諧振頻率的模型。
[0017] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場布置圖。
[0018] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中無源干擾實(shí)測(cè)值與GRF預(yù)測(cè)值的對(duì)比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] -種特高壓輸電線路短波頻段無源干擾諧振頻率的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0020] 1)、特高壓輸電線路電磁開放系統(tǒng)中電磁能的求解：
[0021 ] 在封閉系統(tǒng)中基于電磁場理論的復(fù)坡印廷定理的微分表達(dá)示為
[0023] 式中，
％為封閉系統(tǒng)磁場能量密度的表征；
為封閉 系統(tǒng)電場能量密度的表征；如圖1所示，V。為散射源所在的區(qū)域，區(qū)域V。被封閉球面S。包 圍，區(qū)域V包含散射源區(qū)域V。并被封閉球面S包圍對(duì)區(qū)域V進(jìn)行體積分，基于散度定理可得
[0025] 若此時(shí)將球面的半徑r延伸到無窮遠(yuǎn)處，即r - ，s - s"，r - 時(shí)代表系統(tǒng) 的遠(yuǎn)場區(qū)?？梢钥闯鰪?fù)坡印廷在無窮遠(yuǎn)處是一個(gè)實(shí)矢量且復(fù)坡印廷在S面上積分的虛部 為：
[0027] 從上式可得近區(qū)表面S的選取直接影響復(fù)坡印廷在S面上積分虛部的取值。同理 可得復(fù)坡印廷在S面上積分的實(shí)部，稱之為輻射功率；
[0029] 從上式可得近區(qū)表面S的選取不影響復(fù)坡印廷在S面上積分虛部的取值，即電磁 輻射功率與近區(qū)表面S的選取無關(guān)。由式（3)和式（4)聯(lián)立可得電磁開放系統(tǒng)中基于電磁 場理論的復(fù)坡印廷定理的積分表達(dá)示為：
[0031] 式中，系統(tǒng)中總的磁場能量密度的表征，w 6為系統(tǒng)中總的電場能量密度的表 征。我們把系統(tǒng)中磁場能量密度從磁場的儲(chǔ)存能量密度和磁場的輻射能量密度2方面來考 慮，并分別用wh'、whMd來表示磁場的儲(chǔ)存能量密度和磁場的輻射能量密度即
把系統(tǒng)中電場能量密度從電場的儲(chǔ)存能量密度和電場的輻射能量密度2方面來考慮，并分 另IJ用w/、w/ad來表示電場的儲(chǔ)存能量密度和電場的輻射能量密度即

[0032] 由于無窮遠(yuǎn)處的輻射場的電磁場輻射存在的關(guān)系如下 此時(shí) i·
從上式可得在空間的任一位置電場的輻射 能量密度與磁場的輻射能量密度是等值的，同理可得在v"-v。的區(qū)域中即封閉1面與封閉 S。面所包圍的廣義封閉區(qū)域的電磁場能量密度滿足：
[0034] 式中，c為光速的表征，輻射功率
< 由上式（6)和（7) 聯(lián)立可得在V" -V。的區(qū)域中即封閉S "面與封閉S。面所包圍的電磁開放系統(tǒng)（封閉區(qū)域） 中儲(chǔ)存的電場能量和磁場能量分別為
[0037] 電磁開放系統(tǒng)（封閉區(qū)域）中電磁場能量的儲(chǔ)存能量和輻射能量的表征為研究特 高壓輸電線路諧振的條件奠定了一定的基礎(chǔ)。
[0038] 2)、特高壓輸電線路電磁開放系統(tǒng)電磁諧振因子（GRF)的求解：
[0039] 由特高壓輸電線路和N組天線組成的電磁開放系統(tǒng)如圖2所示，由于天線向無窮 遠(yuǎn)空間的輻射和輸電線路上傳導(dǎo)電流的熱損耗均會(huì)引起功率損耗，因此圖2所示為有耗電 磁開放系統(tǒng)。每一組天線系統(tǒng)等效為一個(gè)單端口網(wǎng)絡(luò)，由封閉球面S包圍的區(qū)域V中包含 特高壓輸電線路和N組天線。每組天線分別處于區(qū)域1中，特高壓輸電線路處于區(qū)域V'若 將封閉球面S擴(kuò)大到無窮遠(yuǎn)處，基于無源區(qū)域的復(fù)坡印亭定理可得，在
的無源區(qū) 域中
[0041] 將處于入射電磁波激勵(lì)下的特高壓輸電線路，天線及其大地鏡像構(gòu)成的電磁開放 系統(tǒng)視為復(fù)雜多端口網(wǎng)絡(luò)。其中Si為第i組天線的表面，S'為特高壓輸電線路的表面，若 特高壓輸電線路和天線均為理想導(dǎo)體，則除了天線的饋電端口參考面外，位于SJP S'面上 其余點(diǎn)的電場的切向分量均為〇,即滿足：