大学高数论文提纲

论文题目：树木电磁参数测量与其对输电线路电场影响的研究

摘要：密集的高压输电线路压缩了人类生存空间,严重影响自然景观和环境,当今对高压输电线路走廊环境以及占地问题的投诉已成为亟待解决的关键,因此如何尽可能减小输电线路对环境的影响,是我国目前和未来电能输送面临的挑战。树木是有损介质,在电场中会发生极化效应,激发感应电场,减弱原有电场强度,产生屏蔽电场效果,目前树木的极化机制以及极化后对电场的影响效果尚不清楚。本论文以白杨、落叶松、水曲柳和紫丁香四个树种为试验对象,研究树木电磁参数的测量问题,明确树木的极化机制,获得不同树木的电磁参数。采用数据统计理论,分别对东北林业大学帽儿山实验林场中落叶松等树种进行筛选、测绘和计算,建立树木的电场计算数学模型。提出应用改进格林函数的模拟电荷法计算树木邻近输电线路的二维电场,系统研究采用等效激励源有限元法计算树木邻近输电线路的三维电场,实现树木电磁参数、高度、种植位置、疏密程度和季节变化影响下树木对电场屏蔽效果的科学预测。通过提出合理的种植树木方案来削弱输电线路电场对环境的影响,以解决输电走廊占地面积大的问题。本论文主要研究成果如下:（1）在活立木上直接测量电导率,经采样分析介电常数,获取白杨、落叶松、水曲柳和紫丁香四种树种的电磁参数结果,研究不同频率和含水率对树木电磁参数的影响。针对低频高含水率树木介电常数测量值比理论数值高数千倍的异常现象,着重分析树木内部的极化机制,从理论公式推导中找出产生介电常数测量值异常的干扰项,设计适用于高含水率树木介电常数测量的夹具,通过测量已标定介电常数的电介质,验证排除干扰项方案的有效性,并用数据统计理论对试验树种建立结构模型,分区域赋予电磁参数,构建树木电场计算的数学模型。（2）针对电场二维计算时,树木使求解场域不规则造成模拟电荷法难以使用问题,本文提出应用格林函数改进传统模拟电荷法。只在导线上和树木内部设置电荷,进一步考虑水平大地的边界条件,对所有电荷都相对水平大地平面设置镜像电荷。考虑了树木和地形的特点,消除边界上的电位误差,保证大地表面电位恒为零,减少方程未知数,从而计算准确求解速度快。给出改进方法的实施步骤和算法准确性验证,计算输电线路一侧单排树木对电场的影响;在不同角度斜坡情况下,计算森林对输电线路电磁环境的影响。结论表明:输电线下方有树时,树后电场衰减明显,但在地面以上0～1.5m之间,电场变化不突出;输电线路跨越森林时,斜坡角度越大,工频电场、可听噪声和无线电干扰的变化越明显。（3）针对电场三维计算时,由于导线直径与空间求解区域尺寸相差巨大,导致单元网格剖分过密,无法完成计算问题,本文提出等效激励源的有限元法。该方法基于唯一性定理和电场等效原理,用尺寸与场域相匹配的低值等位面代替细导线的作用,去除小尺寸网格,完成场域计算。以我国锡盟-山东1OOOkV特高压交流线路为实例,计算分析结果表明:树木对高压输电线路电场的屏蔽作用明显,种树可以将输电走廊宽度减小49.70%,地面最大电场减小96.22%。树冠和树干的介电常数,树木高度,树木的疏密程度是影响树木对电场屏蔽效果的主要因素,而树木的电导率和季节因素对电场变化影响较弱。经过对试验结果的比较,通过种植树木来削弱输电线路电场要优于目前广泛使用的架设屏蔽线方法。研究不同树种树木的电磁参数,建立树木电场计算的数学模型,开发树木邻近输电线路时电场的计算方法。量化评价各特征参数对输电走廊宽度影响和对电场屏蔽的效果,获得不同条件下树木对电场的屏蔽系数,提出树木的种植建议,对解决高压输电线路走廊环境以及占地问题具有理论指导意义。

关键词：树木;电磁参数;电磁环境;输电线路;屏蔽

学科专业：林业工程自动化

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 树木减小高压输电走廊占地面积的设想

1.4 国内外研究现状

1.4.1 树木电磁参数研究现状

1.4.2 树木对电磁波影响研究现状

1.4.3 树木对工频电场影响研究现状

1.5 研究目标和研究内容

1.6 论文组织结构

2 树木电磁参数测量

2.1 树木电磁参数

2.1.1 树木介电常数

2.1.2 树木电导率

2.2 材料与方法

2.2.1 树木介电常数测量

2.2.2 树木电导率测量

2.3 测量中遇到的问题及解决方案

2.3.1 样本夹具问题

2.3.2 树木介电常数异常问题

2.4 结果与分析

2.4.1 数据处理

2.4.2 频率对树木介电常数的影响

2.4.3 频率对树木电导率的影响

2.4.4 含水率对树木介电常数的影响

2.4.5 含水率对树木电导率的影响

2.5 本章小结

3 树木邻近输电线路时二维电场计算

3.1 树木屏蔽电场的原理与理论计算

3.2 模拟电荷法计算电场

3.2.1 模拟电荷方程

3.2.2 模拟电荷法解分域均匀介质中的电场

3.3 改进格林函数的模拟电荷法计算有树木时电场

3.3.1 改进格林函数的模拟电荷法理论解释

3.3.2 改进方法的实施步骤

3.3.3 改进方法的验证

3.3.4 分裂导线的等效半径计算

3.3.5 改进方法结合叠加原理计算电场

3.3.6 解析方法和模拟电荷法的结果比较

3.4 单排树木对电场影响的算例

3.4.1 输电线路的数学模型

3.4.2 观察面距地面1.5m、1m和Om的电场计算

3.5 森林对电磁环境影响的算例

3.5.1 电磁环境的计算方法

3.5.2 线路参数

3.5.3 5°角斜坡的电磁环境影响

3.5.4 30°角斜坡的电磁环境影响

3.5.5 45°角斜坡的电磁环境影响

3.5.6 60°角斜坡的电磁环境影响

3.6 本章小结

4 树木邻近输电线路时三维电场计算

4.1 建立输电线路三维电场计算模型

4.1.1 建立输电线的悬链线模型

4.1.2 建立典型杆塔与任意型杆塔模型

4.2 建立树木电场计算模型

4.2.1 树木形状模型分析

4.2.2 树木形状参数的测量

4.2.3 建立树木形状模型

4.2.4 建立树木电场计算模型

4.3 等效输电线计算模型研究

4.3.1 输电线等效模型的理论解释

4.3.2 输电线等效模型的应用步骤

4.3.3 输电线等效模型的准确性验证

4.4 等效树木计算模型研究

4.4.1 树木圆球等效模型的应用步骤

4.4.2 树木圆球等效模型的准确性验证

4.5 有限元法计算树木对三维电场的影响

4.6 树木和屏蔽线对电场的屏蔽效果比较

4.6.1 有屏蔽线的输电线路模型

4.6.2 有屏蔽线的电场仿真结果

4.6.3 有树木时输电线路模型

4.6.4 树木和屏蔽线的屏蔽效果比较

4.7 树木不同特征参数对电场的影响

4.7.1 树木电导率对电场的影响

4.7.2 树冠介电常数对电场的影响

4.7.3 树干介电常数对电场的影响

4.7.4 树木生长高度对电场的影响

4.7.5 季节变化对电场的影响

4.7.6 树木种植的疏密程度对电场的影响

4.8 本章小结

5 树木对电场屏蔽影响的实验验证

5.1 实际输电线路的测量

5.1.1 测量方法

5.1.2 电场测量

5.1.3 线路参数测量

5.2 测量结果

5.2.1 输电线路和树木位置参数测量结果

5.2.2 树木电导率测量结果

5.2.3 树木介电常数测量结果

5.3 树木屏蔽的电场数值仿真结果

5.4 树木屏蔽的电场测量结果与仿真结果对比

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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