一种抑制特高压输电线路电磁散射场的方法

本发明涉及特高压输变电工程电磁兼容，具体涉及一种抑制特高压输电线路电磁散射场的方法。

背景技术：

1、输电线路的金属构件在无线电台站发射的电磁波激励下，其金属表面产生感应电流，进而产生与原入射场同频的散射场，该散射场与原入射场叠加可对无线电台站造成电磁干扰。该干扰可能导致无线电信号严重失真，甚至影响无线电台站的正常运行，成为电磁兼容领域制约特高压输电线路与无线电台站建设的重要因素。因此，针对输电线路无源干扰问题，制定有效的输电线路电磁散射场抑制措施对于电力系统和通讯系统具有重要的科学与工程意义。

2、当前，输电线路的电磁散射场抑制措施可分为被动抑制方法和主动抑制方法。被动抑制方法的核心思想是根据电磁波自然衰减的规律，通过制定输电线路与无线电台站之间的防护距离，以期规避输电线路散射场的影响，从而确保无线电台站的正常运行。然而，这种通过空间避让的方法存在以下两方面的问题：受地理环境，土地资源的影响，在某些防护间距过大的情况下难以实施；无法适用于已建成的输电线路和无线电台站。

3、相比于被动抑制的方法，主动抑制方法主要是通过改变输电线路档距、塔高等输电线路本体结构，从而改变输电线路的电磁散射的谐振特性，以达到减小输电线路散射场的目的。但是，这种通过输电线路改型，从而改变线路整体干扰谐振频率的方法仅适用于特定工作频率的无线电台站。也即，针对某一频率，通过输电线路改型，输电线路的散射场显著下降了，但是在宽频带内的其他频点上有可能还会出现散射场较大的情况。同样地，由于输电线路改型较为困难，上述方法也仅适用与输电线路设计的初期阶段。

4、因此，寻求一种能剖析输电线路电磁散射特性与其结构特征关联关系，且简单易行的方法，从而从源头上抑制输电线路散射场是研究的重点。

技术实现思路

1、本发明提供一种抑制特高压输电线路电磁散射场的方法，能够灵活有效的抑制因输电线路电磁散射对邻近无线电设施造成的无源干扰，为灵活有效地解决输电线路电磁散射带来的干扰问题提供依据。

2、本发明采取的技术方案为：

3、一种抑制特高压输电线路电磁散射场的方法，包括以下步骤：

4、步骤1：独立于外界激励源，构建反映输电线路固有电磁散射特性的广义特征值方程，求解出反映输电线路的固有电流分布形式的特征电流；

5、步骤2：根据步骤1求解输电线路特征电流的加权正交特性，将外界激励下输电线路的散射场分解为特征电场的加权叠加，并分析与特征电场相关的特征参数对输电线路电磁散射特性的影响；

6、步骤3：根据特征电场的源特性，即特征电流的分布，针对性地进行阻抗加载以改变输电线路的特征参数，从而改变输电线路的电磁散射特性，达到抑制输电线路电磁散射场的目的。

7、所述步骤1包括以下步骤：

8、s1.1：对于任意输电线路所构成的电磁散射系统，其对应的散射场esca的表达式为：

9、

10、式(1)中，l为联系场源的线性算子；j(r′)为在外界电磁波激励下，输电线路金属表面产生的感应电流；g(r,r′)为格林函数；r′和r分别表示源点和场点所在的位置；为哈密顿算子；sd表示输电线路金属结构的表面积分域；ω表示角频率；μ0为磁导率；ε0为介电常数。

11、s1.2：根据式(1)定义阻抗算子z[j(r′)]＝l[j(r′)]tan，其中，“tan”表示切向分量，阻抗算子z仅与输电线路的本体结构参数相关。令z的实部和虚部分别为r和x，即：z＝r+jx，则能够构造与输电线路本体结构相关的广义特征值方程：

12、x(jn)＝λnr(jn)            (2)；

13、式(2)中，jn为待求的特征函数，即输电线路的特征电流，n＝1,2,3,…；根据阻抗算子z的定义，x(jn)和r(jn)分别表示散射场esca的虚部和实部的切向分量；λn为特征电流jn对应的特征值；

14、s1.3：求解式(2)，可得到满足如下正交关系的特征电流：

15、

16、式(3)中，m＝1,2,3,…；jm表示第m阶特征电流，表示第m阶特征电流的共轭；

17、z(jn)为散射场esca阻抗形式的切向分量；

18、

19、

20、j为虚数单位；δmn是kronecker delta函数，当m＝n时,δmn＝1，当m≠n,δmn＝0。

21、所述步骤2中，对于任意输电线路所构成电磁散射系统，在外界激励下，输电线路金属表面的感应电流可分解为特征电流的加权叠加：

22、

23、式(4)中，αn为j(r′)以特征电流jn展开的加权系数，与外界激励相关，表示特征电流jn对感应电流j(r′)的贡献；n表示特征电流的总阶数；n表示第n阶特征电流。

24、将式(4)代入到式(1)中，能够将输电线路的散射场分解为各特征电场的叠加：

25、

26、式(5)中，en＝-l(jn)，表示第n阶特征电流jn产生的特征电场。

27、根据理想金属导体表面切向电场为0的边界条件，有：

28、

29、式(6)中，einc为入射电场，即外界激励源；einc(r′)表示入射电场einc在源点r′处产生的电场。

30、利用式(3)特征电流的加权正交性，当m＝n时，可将αn表示为：

31、

32、其中，表示的特征电流jn与einc(r′)的耦合程度。

33、基于式(7)，为输电线路定义特征参数，即：

34、

35、特征显著性系数msig_n仅与λn相关，表示输电线路在频段内特征电场对总散射场的潜在贡献能力；αn越大，对应的特征电场对输电线路散射场的贡献越大。

36、所述步骤3中，通过阻抗加载的方式改变式(1)所述的广义特征值方程，从而减小频段内msig_n的值，进而减小加权系数αn，达到减小特征电场en潜在贡献的目的，实现输电线路的电磁散射场抑制。

37、具体如下：

38、在输电线路铁塔或架空地线任意位置处加载阻抗xload，输电线路的广义特征值方程将变为：

39、(x+xload)(jn)＝μnr(jn) (9)；

40、

41、其中：μn为经阻抗加载后第n阶特征电流对应的特征值；f为外界激励源的频率；lload是加载的电感；cload是加载的电容；x表示未进行阻抗加载前的阻抗算子z的虚部；xload表示在频率f的lload或cload所对应的电抗。

42、式(9)两边同时左乘特征电流jm的共轭可得：

43、

44、根据式(3)特征电流的加权正交关系，当且仅当m＝n时，可将式(11)简化为：

45、

46、由于特征电流jn为输电线路感应电路的固有分布形式，在固定频率时，jn可视为常量，由此，式(12)可写为

47、显然，那么，在输电线路结构固定时，新特征值μn与原特征值λn的大小关系完全取决于的xload电抗特性。

48、具体地：

49、当xload为感性负载时，特征值μn将增大；

50、当xload为容性负载时，特征值μn将减小。

51、根据式(7)和式(8)，这两种情况都将使αn减小，从而使对应的特征电场en对总散射场的贡献减小，最终实现电磁散射场抑制。

52、同时，为了更有效地减小αn，阻抗xload应加载在特征电流jn分布较大的位置处；阻抗xload的阻容特性应根据具体频段内msig_n的值确定，其大小应根据输电线路塔型、档距等具体设定。

53、本发明一种抑制特高压输电线路电磁散射场的方法，优点在于：

54、1)本发明步骤1通过构建关于输电线路感应电流的广义特征值方程，可以不依赖于激励电磁波获取输电线路结构的固有电流分布特征，即特征电流。该特征电流仅与输电线路的本体结构相关、具有加权正交的特性，从而可为输电线路散射场的特征分解提供依据。

55、2)本发明步骤2通过计算具体外界激励作用下，与输电线路特征电流、特征电场相关的特征参数，对输电线路的散射场进行分解，可以获取影响输电线路电磁散射的主要特征电场，即输电线路在频段内的固有散射特性。

56、3)本发明步骤3通过对输电线路进行阻抗加载，分析阻抗加载对各特征参数的影响规律，可以针对性地设计频段内阻抗加载的位置及阻容特性，从而抑制输电线路的电磁散射。

57、4)本发明从反映特高压输电线路本体结构电磁散射特性的广义特征值方程出发，能够分析输电线路在频段内电磁散射的主要原因，进而针对性地进行阻抗加载以改变其散射特性，可灵活有效的抑制因输电线路电磁散射对邻近无线电设施造成的无源干扰。