CN109683033B - 一种电磁环境参数影响因素分析的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁环境参数影响因素分析的方法及装置，该方法包括：获取步骤，获取电磁环境参数中的电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素；分析步骤，使用子集选择法和/或压缩估计法对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素进行分析，获得分析结果。采用子集选择法和/或压缩估计法对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素进行分析，分析气象参数及线路结构参数对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响，提出了电晕损耗、可听噪声的影响因素分析公式。本发明还比较了子集选择法以及压缩估计法之间的算法优劣，并通过这种比较选择了更为可信的结果。

Description

一种电磁环境参数影响因素分析的方法及装置

技术领域

本发明涉及电磁环境分析技术领域，特别是一种电磁环境参数影响因素分析的方法及装 置。

背景技术

随着电网建设步伐的不断加快、人们生活水平的不断提高，人们对电网环境保护提出了 更高的要求，电网建设也不断受到环境保护方面问题的困扰。一方面，在全国各地不时发生 因输电线路临近、跨越民房，变电站、换流站噪声扰民等电网环保问题引发投诉和纠纷。近 几年电网环保信访事件数量不断上升，群众阻挠输变电工程施工的事件时有发生，这不仅给 电网的建设带来困难，严重影响了电网的安全运行，也给输变电工程环保监管带来诸多问题 和压力。另一方面，目前市场上已有的电磁测量仪器通常用于现场测量，无法进行长时间监 测和数据存储，需要人工记录数据，操作不方便，且监测受气候条件制约性较大，很难实现 多监测点数据同时监测和数据共享，无法与现有电网环保管理子***形成数据的无缝对接， 致使数据零散。

如何对电磁环境参数的影响因素进行分析还是一个世界难题，现有技术中虽然有一些分 析方法，但是其分析方法或复杂度高，或分析精度低，如何提出一种快速而高精度的电磁环 境参数的影响因素分析方法是一项重要技术课题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种电磁环境参数影响因素分析的方法，该方法包括：

获取步骤，获取电磁环境参数中的电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素；

分析步骤，使用子集选择法和/或压缩估计法对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的 影响因素进行分析，获得分析结果。

更进一步地，所述分析结果为对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响的主要因素。

更进一步地，对电晕损耗的影响因素包括极间距、相对湿度、温度和风速；在不同湿度 下电极电晕放电的电晕伏安特性表示为：

其中，C₀是在标准情况下的系数，H为绝对湿度，Q为湿度系数，d为电极距离，I_d电晕放电电流，V为电路电压；

考虑风速的离子流场模型为：

j₊＝ρ₊v₊＝ρ₊(K₊E+w)

j_-＝-ρ_-v_-＝ρ_-(K_-E-w)

其中，v₊和v_-分别表示正负离子迁移速度；w为水平方向风速；E为空间合成场强；j₊为正离子流密度，j_-为负离子流密度，ρ₊、ρ_-为正负空间电荷密度；K₊、K_-为真负离子迁移 率；R为离子的复合系数；ε₀为真空介电常数；e为基本电子电量；

为空间节点电位。

更进一步地，对可听噪声的影响因素包括风速、风向、温度以及相对湿度；

电晕放电点所释放的能量主要转化为四个部分，对应的功率也有四个部分，P₁为转化为 热能的功率，P₂为声功率，P₃为转化为可见光的功率，P₄为电磁场辐射功率，电晕放电过程 稳定时，认为热能的转化功率恒定，即P₁为定值，而光功率P₃和电磁辐射功率P₄虽然会随 着相对湿度发生变化，但是其变化速率远低于声功率的转化，所以相对湿度的变化主要影响 了P₂，电晕放电功率为：

线路的起晕电压为：

绝对湿度与相对湿度转化关系为：

则声功率P₂为：P₂＝K₁·RH²+K₂·RH+K₃；

其中，

实际测量的可听噪声与相对湿度的关系为：

L_Aeq＝A·lg(K₁·RH²+K₂·RH+K₃)+B；

其中，K₁、K₂、K₃为系数，RH为相对湿度，A为计权等效声压级，P₀为常量系数，m、n 为整数，T为温度值，δ为电量。

更进一步地，对无线电干扰的影响因素包括风速以及相对湿度。

本发明还提出了一种电磁环境参数影响因素分析的装置，该装置包括：

获取单元，获取电磁环境参数中的电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素；

分析单元，使用子集选择法和/或压缩估计法对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的 影响因素进行分析，获得分析结果。

更进一步地，所述分析结果为对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响的主要因素。

更进一步地，对电晕损耗的影响因素包括极间距、相对湿度、温度和风速；在不同湿度 下电极电晕放电的电晕伏安特性表示为：

其中，C₀是在标准情况下的系数，H为绝对湿度，Q为湿度系数，d为电极距离，I_d电晕放电电流，V为电路电压；

考虑风速的离子流场模型为：

j₊＝ρ₊v₊＝ρ₊(K₊E+w)

j_-＝-ρ_-v_-＝ρ_-(K_-E-w)

其中，v₊和v_-分别表示正负离子迁移速度；w为水平方向风速；E为空间合成场强；j₊为正离子流密度，j_-为负离子流密度，ρ₊、ρ_-为正负空间电荷密度；K₊、K_-为真负离子迁移 率；R为离子的复合系数；ε₀为真空介电常数；e为基本电子电量；

为空间节点电位。

更进一步地，对可听噪声的影响因素包括风速、风向、温度以及相对湿度；

电晕放电点所释放的能量主要转化为四个部分，对应的功率也有四个部分，P₁为转化为 热能的功率，P₂为声功率，P₃为转化为可见光的功率，P₄为电磁场辐射功率，电晕放电过程 稳定时，认为热能的转化功率恒定，即P₁为定值，而光功率P₃和电磁辐射功率P₄虽然会随 着相对湿度发生变化，但是其变化速率远低于声功率的转化，所以相对湿度的变化主要影响 了P₂，电晕放电功率为：

线路的起晕电压为：

绝对湿度与相对湿度转化关系为：

则声功率P₂为：P₂＝K₁·RH²+K₂·RH+K₃；

其中，

实际测量的可听噪声与相对湿度的关系为：

L_Aeq＝A·lg(K₁·RH²+K₂·RH+K₃)+B；

其中，K₁、K₂、K₃为系数，RH为相对湿度，A为计权等效声压级，P₀为常量系数，m、n 为整数，T为温度值，δ为电量。

更进一步地，对无线电干扰的影响因素包括风速以及相对湿度。

本发明的技术效果为：采用子集选择法和/或压缩估计法对电晕损耗、可听噪声以及无 线电干扰的影响因素进行分析，分析气象参数及线路结构参数对电晕损耗、可听噪声以及无 线电干扰的影响，提出了电晕损耗、可听噪声的影响因素分析公式。本发明还比较了子集选 择法以及压缩估计法之间的算法优劣，并通过这种比较选择了更为可信的结果。

附图说明

图1是本发明的一种电磁环境参数影响因素分析的方法的流程图。

图2是本发明的一种电磁环境参数影响因素分析的装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图1-2进行具体说明。

图1示出了本发明的一种电磁环境参数影响因素分析的方法，该方法包括：

获取步骤S1，获取电磁环境参数中的电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素；

分析步骤S2，使用子集选择法和/或压缩估计法对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰 的影响因素进行分析，获得分析结果。

传统的变量选择方法一般为“子集选择法”。该方法评估模型中自变量的某种可能子集 的集合中每一个子集的拟合效果，从中选择最优子集作为拟合回归模型。根据集合变化的顺 序不同，具体有“最优子集法”、“逐步选择法”。其中“最优子集法”直接对预测变量的所 有可能子集分别使用最小二乘拟合，最后在所有可能模型中选取一个最优模型。

在面对高维数据时，子集选择法显然有着不容忽视的缺点，因此有研究学者提出了压缩 估计的方法。这种方法可以通过压缩系数的估计值，从而减少估计量方差。其主要参数估计 的表达式为(3-1)。

式中既有最小二乘法中的平方误差项，同时还包括了系数的惩罚项，不同的惩罚项对应不同 的系数压缩结果。当惩罚项为系数的2-范数时，系数通常只会被压缩但同时保持非零值。而 惩罚项为系数的1-范数时，***可以被压缩至零值。如前文一样，同样考虑到电磁环境中变 量选择的目的，选择系数可以被压缩至零的方法，可以从另一方面反映出不同自变量被剔除 出模型的先后顺序，进而得到不同自变量的重要程度。

压缩估计方法中1-范数对应的参数估计表达式为(3-2)。

分析步骤S2的分析结果为对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响的主要因素， 可以使用子集选择法及压缩估计法中使用交叉验证评估测试误差的结果，进行影响因素的选 择。分析步骤S2的具体如何对各种影响因素进行分析，以下进行了详细的描述，这是本发 明的重要发明点，其实现了本发明的技术效果。

对电晕损耗的影响因素包括极间距、相对湿度、温度和风速；在不同湿度下电极电晕放 电的电晕伏安特性表示为：

其中，C₀是在标准情况下的系数，H为绝对湿度，Q为湿度系数，d为电极距离，I_d电晕放电电流，V为电路电压。

由电晕伏安特性可知，在某一电压等级下如果认为电晕起晕电压基本不变，那么电晕电 流与电极距离的平方成反比，与绝对湿度成线性关系。在试验线路的电磁环境测量情况下， 可以认为电晕损耗与极间距同样具有二次方反比的关系，而绝对湿度可以由相对湿度与温度 关系曲线得到，因此可以同时得到电晕损耗与相对湿度及温度的关系。

考虑风速的离子流场模型为：

j₊＝ρ₊v₊＝ρ₊(K₊E+w)

j_-＝-ρ_-v_-＝ρ_-(K_-E-w)

其中，v₊和v_-分别表示正负离子迁移速度；w为水平方向风速；E为空间合成场强；j₊为正离子流密度，j_-为负离子流密度，ρ₊、ρ_-为正负空间电荷密度；K₊、K_-为真负离子迁移 率；R为离子的复合系数；ε₀为真空介电常数；e为基本电子电量；

为空间节点电位。

由于正负离子流的形成了电晕电流，因此在正负离子流密度均与风速成线性关系的情况 下，电晕电流也应当与风速成线性关系。在实际计算中，可以考虑利用风向和风速得到垂直 线路方向的等效风速。

通过实验计算可知，等效风速小于2.5m/s时，基本对电晕电流无影响；等效风速在2.5m/s以上的部分，其对电晕电流影响线性增加。

对可听噪声的影响因素包括风速、风向、温度以及相对湿度；经过仿真计算可以，随着 风速的增大，背景噪声及可听噪声都逐渐增大，同时在不同的风速区间上，二者关系有明显 差别。当风速小于2m/s时背景噪声较小，可听噪声可以不加修正作为真实值。而风速在 2m/s～7m/s时，背景噪声也具有一定规模，因此可听噪声应当有一定程度的修正。当风速大 于7m/s时，这时候可听噪声测量值与背景噪声值基本相同，实际上这时由于风速较大因此 背景噪声基本与线路电晕发出的声音相同，因此测量值基本趋于饱和。另外值得注意的一点 是当风速小于2m/s时，可听噪声的分散性明显大于风速较大时。

当风速小于2m/s时，可听噪声在一定的温度范围内可听噪声仅在极小的范围内波动， 所以可以认为温度对可听噪声的影响较小。对可听噪声真正的影响变量应当是相对湿度。

电晕放电点所释放的能量主要转化为四个部分，对应的功率也有四个部分，P₁为转化为 热能的功率，P₂为声功率，P₃为转化为可见光的功率，P₄为电磁场辐射功率，电晕放电过程 稳定时，认为热能的转化功率恒定，即P₁为定值，而光功率P₃和电磁辐射功率P₄虽然会随 着相对湿度发生变化，但是其变化速率远低于声功率的转化，所以相对湿度的变化主要影响 了P₂，电晕放电功率为：

线路的起晕电压为：

绝对湿度与相对湿度转化关系为：

则声功率P₂为：P₂＝K₁·RH²+K₂·RH+K₃；

其中，

实际测量的可听噪声与相对湿度的关系为：

L_Aeq＝A·lg(K₁·RH²+K₂·RH+K₃)+B；

其中，K₁、K₂、K₃为系数，RH为相对湿度，A为计权等效声压级，P₀为常量系数，m、n 为整数，T为温度值，δ为电量。

对无线电干扰的影响因素包括风速以及相对湿度，类似电晕损耗影响因素的分析，只考 虑风速以及同时考虑风速与风向对无线电干扰的影响，利用等效风速代替风速与风向两个物 理量，通过计算，无线电干扰与风速的相关系数为0.32，与等效风速的相关系数为0.55。 因此可以利用无线电干扰与等效风速的线性关系来衡量风对无线电干扰的影响。线路结构参 数是极间距22m，导线最小对地高度18m，***间距45cm。经过分析，无无线电干扰随相对 湿度的增大而减小，速率大概每10％下降1.6dB·μV/m。

图2示出了一种电磁环境参数影响因素分析的装置，该装置包括：

获取单元21，获取电磁环境参数中的电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素；

分析单元22，使用子集选择法和/或压缩估计法对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰 的影响因素进行分析，获得分析结果。分析单元22的具体操作是本发明的重要发明点，其 实现了本发明的技术效果。

图2所示出的装置是与图1的方法对应一致的，与之前相同的内容不再赘述。

分析单元22的分析结果为对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响的主要因素， 可以使用子集选择法及压缩估计法中使用交叉验证评估测试误差的结果，进行影响因素的选 择。

对电晕损耗的影响因素包括极间距、相对湿度、温度和风速；在不同湿度下电极电晕放 电的电晕伏安特性表示为：

其中，C₀是在标准情况下的系数，H为绝对湿度，Q为湿度系数，d为电极距离，I_d电晕放电电流，V为电路电压。

由电晕伏安特性可知，在某一电压等级下如果认为电晕起晕电压基本不变，那么电晕电 流与电极距离的平方成反比，与绝对湿度成线性关系。在试验线路的电磁环境测量情况下， 可以认为电晕损耗与极间距同样具有二次方反比的关系，而绝对湿度可以由相对湿度与温度 关系曲线得到，因此可以同时得到电晕损耗与相对湿度及温度的关系。

考虑风速的离子流场模型为：

j₊＝ρ₊v₊＝ρ₊(K₊E+w)

j_-＝-ρ_-v_-＝ρ_-(K_-E-w)

其中，v₊和v_-分别表示正负离子迁移速度；w为水平方向风速；E为空间合成场强；j₊为正离子流密度，j_-为负离子流密度，ρ₊、ρ_-为正负空间电荷密度；K₊、K_-为真负离子迁移 率；R为离子的复合系数；ε₀为真空介电常数；e为基本电子电量；

为空间节点电位。

由于正负离子流的形成了电晕电流，因此在正负离子流密度均与风速成线性关系的情况 下，电晕电流也应当与风速成线性关系。在实际计算中，可以考虑利用风向和风速得到垂直 线路方向的等效风速。

通过实验计算可知，等效风速小于2.5m/s时，基本对电晕电流无影响；等效风速在2.5m/s以上的部分，其对电晕电流影响线性增加。

对可听噪声的影响因素包括风速、风向、温度以及相对湿度；经过仿真计算可以，随着 风速的增大，背景噪声及可听噪声都逐渐增大，同时在不同的风速区间上，二者关系有明显 差别。当风速小于2m/s时背景噪声较小，可听噪声可以不加修正作为真实值。而风速在 2m/s～7m/s时，背景噪声也具有一定规模，因此可听噪声应当有一定程度的修正。当风速大 于7m/s时，这时候可听噪声测量值与背景噪声值基本相同，实际上这时由于风速较大因此 背景噪声基本与线路电晕发出的声音相同，因此测量值基本趋于饱和。另外值得注意的一点 是当风速小于2m/s时，可听噪声的分散性明显大于风速较大时。

当风速小于2m/s时，可听噪声在一定的温度范围内可听噪声仅在极小的范围内波动， 所以可以认为温度对可听噪声的影响较小。对可听噪声真正的影响变量应当是相对湿度。

电晕放电点所释放的能量主要转化为四个部分，对应的功率也有四个部分，P₁为转化为 热能的功率，P₂为声功率，P₃为转化为可见光的功率，P₄为电磁场辐射功率，电晕放电过程 稳定时，认为热能的转化功率恒定，即P₁为定值，而光功率P₃和电磁辐射功率P₄虽然会随 着相对湿度发生变化，但是其变化速率远低于声功率的转化，所以相对湿度的变化主要影响 了P₂，电晕放电功率为：

线路的起晕电压为：

绝对湿度与相对湿度转化关系为：

则声功率P₂为：P₂＝K₁·RH²+K₂·RH+K₃；

其中，

实际测量的可听噪声与相对湿度的关系为：

L_Aeq＝A·lg(K₁·RH²+K₂·RH+K₃)+B；

其中，K₁、K₂、K₃为系数，RH为相对湿度，A为计权等效声压级，P₀为常量系数，m、 n为整数，T为温度值，δ为电量。

本发明图1所述的方法，可以通过计算机程序实现，也可以将计算机程序存储在存储介 质上，处理器从存储介质上读取计算机程序，并执行相应的方法。

最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实 施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修 改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发 明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种电磁环境参数影响因素分析的方法，其特征在于，该方法包括：

获取步骤，获取电磁环境参数中的电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素；

分析步骤，使用子集选择法和/或压缩估计法对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素进行分析，获得分析结果；

对电晕损耗的影响因素包括极间距、相对湿度、温度和风速；在不同湿度下电极电晕放电的电晕伏安特性表示为：

其中，C₀是在标准情况下的系数，H为绝对湿度，Q为湿度系数，d为电极距离，I_d电晕放电电流，V为电路电压，V₀为线路的起晕电压；

考虑风速的离子流场模型为：

j₊＝ρ₊v₊＝ρ₊(K₊E+w)

j_-＝-ρ_-v_-＝ρ_-(K_-E-w)

其中，v₊和v_-分别表示正负离子迁移速度；w为水平方向风速；E为空间合成场强；j₊为正离子流密度，j_-为负离子流密度，ρ₊、ρ_-为正负空间电荷密度；K₊、K_-为真负离子迁移率；R为离子的复合系数；ε₀为真空介电常数；e为基本电子电量；

为空间节点电位。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述分析结果为对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响的主要因素。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，对可听噪声的影响因素包括风速、风向、温度以及相对湿度；

电晕放电点所释放的能量主要转化为四个部分，对应的功率也有四个部分，P₁为转化为热能的功率，P₂为声功率，P₃为转化为可见光的功率，P₄为电磁场辐射功率，电晕放电过程稳定时，认为热能的转化功率恒定，即P₁为定值，而光功率P₃和电磁辐射功率P₄虽然会随着相对湿度发生变化，但是其变化速率远低于声功率的转化，所以相对湿度的变化主要影响了P₂，电晕放电功率为：

线路的起晕电压为：

绝对湿度与相对湿度转化关系为：

则声功率P₂为：P₂＝K₁·RH²+K₂·RH+K₃；

其中，

实际测量的可听噪声与相对湿度的关系为：

L_Aeq＝A·lg(K₁·RH²+K₂·RH+K₃)+B；

其中，k₁、k₂、k₃为系数，RH为相对湿度，A为计权等效声压级，p₀为常量系数，m、n为整数，T为温度值，δ为电量。

4.根据权利要求2的方法，其特征在于，对无线电干扰的影响因素包括风速以及相对湿度。

5.一种电磁环境参数影响因素分析的装置，其特征在于，该装置包括：

获取单元，获取电磁环境参数中的电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素；

分析单元，使用子集选择法和/或压缩估计法对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响因素进行分析，获得分析结果；

对电晕损耗的影响因素包括极间距、相对湿度、温度和风速；在不同湿度下电极电晕放电的电晕伏安特性表示为：

其中，C₀是在标准情况下的系数，H为绝对湿度，Q为湿度系数，d为电极距离，I_d电晕放电电流，V为电路电压，V₀为线路的起晕电压；

考虑风速的离子流场模型为：

j₊＝ρ₊v₊＝ρ₊(K₊E+w)

j_-＝-ρ_-v_-＝ρ_-(K_-E-w)

其中，v₊和v_-分别表示正负离子迁移速度；w为水平方向风速；E为空间合成场强；j₊为正离子流密度，j_-为负离子流密度，ρ₊、ρ_-为正负空间电荷密度；K₊、K_-为真负离子迁移率；R为离子的复合系数；ε₀为真空介电常数；e为基本电子电量；

为空间节点电位。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述分析结果为对电晕损耗、可听噪声以及无线电干扰的影响的主要因素。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于，对可听噪声的影响因素包括风速、风向、温度以及相对湿度；

电晕放电点所释放的能量主要转化为四个部分，对应的功率也有四个部分，P₁为转化为热能的功率，P₂为声功率，P₃为转化为可见光的功率，P₄为电磁场辐射功率，电晕放电过程稳定时，认为热能的转化功率恒定，即P₁为定值，而光功率P₃和电磁辐射功率P₄虽然会随着相对湿度发生变化，但是其变化速率远低于声功率的转化，所以相对湿度的变化主要影响了P₂，电晕放电功率为：

线路的起晕电压为：

绝对湿度与相对湿度转化关系为：

则声功率P₂为：P₂＝K₁·RH²+K₂·RH+K₃；

其中，

实际测量的可听噪声与相对湿度的关系为：

L_Aeq＝A·lg(K₁·RH²+K₂·RH+K₃)+B；

其中，k₁、k₂、k₃为系数，RH为相对湿度，A为计权等效声压级，p₀为常量系数，m、n为整数，T为温度值，δ为电量。

8.根据权利要求6的装置，其特征在于，对无线电干扰的影响因素包括风速以及相对湿度。

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