特高压输电线路无源干扰谐振机理及其分析模型研究

Reducing of the reradiation interference on radio station from adjacent UHV power lines is one of the key issues urged to be solved in UHV power project constructions. IEEE did not provide the resonance mechanism of reradiation interference above frequency of 1.7MHz based on researches of electric field. Therefore, the resonance phenomenon is ignored in the establishing National Standards of protecting distance between UHV power lines and radio stations, which would result in an excessive redundancy of protecting distance. In order to further reduce the distance between UHV power lines and radio stations, and especially to solve the interference trouble between the existing UHV power lines and stations, we propose a research on the resonance mechanism of reradiation interference. Instead of the electric-field-based method adopted by IEEE, we introduce the generalized resonance theory to establish integral equations of electric field and develop an accordingly fast computing method, which could be applied to obtain the resonance coefficient of reradiation interference in a complex multi-port network. Then the resonance mechanism of reradiation interference could be studied based on the resonance quality factor of the complex multi-port network. The works are mainly focusing on three aspects: 1) establishing and solving the electric field integral equations of complex multi-port network to obtain resonance coefficient of reradiation interference; 2) analysis of the relativity between resonance quality factor and peak reradiation interference, and sensitivity analysis of the main influencing factors; 3) experimental measurement and analysis of induced current in scale-model before/after detuning method. Results of this research are expected to theoratically develop the electromagnetic compatibility theory for power grid and its external systems in large space, which could be applied to actively detune the systems and reduce interference by changing power line parameters.

减小特高压输电线路对邻近无线电台站的无源干扰是特高压工程建设中迫切需要解决的关键问题之一。IEEE基于场强研究，无法给出1.7MHz以上频率无源干扰谐振机理，因此我国无源干扰防护间距国家标准制定时忽略了谐振现象，从而造成避让距离过度冗余。为进一步缩短线路与台站间距，特别是解决已有线路与台站干扰问题，本课题改变IEEE场强分析方法，引用广义谐振理论，建立复杂多端口网络无源干扰谐振因子求解的电场积分方程，并寻求快速算法，从而通过多端口网络谐振品质因数研究无源干扰谐振机理，揭示品质因数与空间场强之间的关系。主要研究：1）分析无源干扰谐振因子的多端口网络电场积分方程的建立与求解；2）谐振品质因数与干扰极大值相关性及主要影响因子灵敏度分析；3）解谐前后缩比模型感应电流实验测量及分析。其成果在理论上可完善广域空间下电网与外系统间的电磁兼容理论，在实践中提供改变线路参量使系统失谐从而主动减小干扰的方法。

随着科学技术的迅猛发展，各种对周边电磁环境要求越来越高的电子产品和弱电系统大量涌现，特高压输电线路对这些临近无线电子设施的无源干扰影响也越显突出。IEEE基于传统的场强研究方法，给出了中波部分频段（535~1705kHz）的无源干扰谐振频率预测公式，但对于1.7MHz以上频段无源干扰谐振频率的预测方法尚缺乏研究成果。随着越来越多的无线电台站工作频段超过1.7MHz，研究1.7MHz以上频段输电线路无源干扰谐振频率的预测方法显得尤为重要。. 西安电子科技大学的学者在研究开放空间下的阵列天线时，从电磁场能量的角度出发，提出了广义谐振理论，并较好地预测出多天线系统在近场区的谐振频率。因此，可考虑将广域空间下的输电线路视为同样的电磁开放系统，将广义谐振理论引入输电线路这类电大尺寸的无源干扰研究领域。本课题即采用广义谐振理论，构建广域空间下特高压输电线路及N组天线所组成的电磁开放系统，从而基于复坡印廷定理，通过寻找电场能量和磁场能量平衡时的频点对谐振频率进行预测。这种方法由于从电磁场能量出发，避开了传统研究受制于铁塔等效为线天线的电尺寸极限问题，可以阐述超过1.7MHz以上的谐振现象。. 本课题主要成果及创新点如下：. （1）本课题改变传统的输电线路电磁散射特性频域求解思想，提出了一种利用矩量法求得若干采样点的散射场信息，将基于模型的参数估计技术应用于类似于输电线路这类电大尺寸散射体频率响应内插求解的方法，从而实现了特高压输电线路无源干扰问题的宽频段快速求解。. （2）本课题基于广义谐振理论，构建了两种系统电磁能量的对应函数关系，进而从复电磁能量平衡的角度将有耗输电线路电磁散射开放系统等效为广义电磁封闭系统，从而解决了广义谐振理论应用于广域空间下电大尺寸电磁散射求解的理论障碍。. （3）本课题从信号与系统理论出发，采用基于模型的参数估计技术在复频域中构建直接联系散射场的插值函数，即构建能够对观测点处冲击响应进行快速插值的广义系统函数H(s)，以广义系统函数H(s)为统一的分析方法，将电磁开放系统中错综复杂的广义谐振行为抽绎成广义系统函数的复零值点及其留数特性。