[發明專利]一種接地網網內電勢差問題計算方法

在審

• 申請號: 201611159931.1
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106814284A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 李謙;陳懷飛;文豹;李純;姚彤;李少東;鄭智慧;倪陽;羅子秋;付萬璋;嚴靖;杜新宇;張益庚;文習山
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司電力科學研究院;武漢大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;G01R31/02
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司42220
• 代理人: 朱必武

1.一種接地網網內電勢差問題計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)分析站內外故障時網內電勢差的組成部分；

站內故障時網內電勢差的分量由三部分組成：散流網內電勢差、回流網內電勢差和分流網內電勢差，回流網內電勢差和分流網內電勢差均為電流從地網一端注入再從另一端流出的情況，故統稱為“導通網內電勢差”，回流/分流網內電勢差數值上等于兩端口間導通阻抗乘以回流/分流電流；

(2)建立散流網內電勢差和導通網內電勢差的理論模型；

定義編號節點m電壓V_m和節點n電壓V_n，由于支路導體足夠稠密，可以近似認為支路p電壓U_p等于m和n電壓的平均值：

U_p＝0.5(V_m+V_n) (1)

式(1)寫成矩陣形式有：

U＝KV (2)

式(2)中，U為支路電壓列向量，V是節點電壓列向量，K是支路-節點關聯矩陣；當支路p與節點q相連時有K(p,q)＝0.5，否則為0；

由接地理論有，支路散流電流I為：

I＝SU(3)

式(3)中，S為支路散流陣；

設r為導體根數，支路散流電流可以等分到與之相連的兩個節點，此時節點q的散流電流J(q)為：

$J\left(q\right)=\underset{i=1}{\overset{r}{\Σ}}K(i,q)I\left(i\right)---\left(4\right)$

式(4)寫成矩陣形式有：

J＝K′I (5)

式(5)中J為節點散流電流列向量，K′是K的轉置；

記F為節點電流向量，運用電網絡分析理論有：

F–J＝YV(6)

式(6)中，Y是節點導納矩陣，綜合(2)～(6)式整理就有：

F＝(K′SK+Y)V(7)

接地網的節點導納矩陣Y的格式如下：

Y＝AZ^–1A′(8)

式(8)中，A是關聯矩陣，A′是A的轉置矩陣，Z是接地網導體的支路阻抗矩陣；

當支路p和節點m關聯且p的方向背離m，則A(m,p)＝1；當支路p和節點m關聯且p的方向指向m，則A(m,p)＝–1；當支路p和節點m不關聯時，A(m,p)＝0；

Z的格式為：

$Z(p,p)=\frac{{\mathrm{j\ω\μ}}_c}{2\mathrm{\π}a\sqrt{{\mathrm{j\ω\μ}}_c{\mathrm{\σ}}_c}}\frac{I_0\left(a\sqrt{{\mathrm{j\ω\μ}}_c{\mathrm{\σ}}_c}\right)}{I_1\left(a\sqrt{{\mathrm{j\ω\μ}}_c{\mathrm{\σ}}_c}\right)}---\left(9\right)$

Z(p,c)＝jωM(p,c),m≠n(10)

其中，j為虛數單位，Z(p,p)是導體p的內阻抗，ω是角頻率，μ_c和σ_c分別是p的磁導率和電導率，a是p的等效半徑，I₀和I₁分別是修正的第一類零階和第一類一階貝賽爾函數，Z(p,c)和M(p,c)分別是導體p和導體c之間的互阻抗和互感；M(p,c)的表達式如下：

式(11)中，μ₀為真空磁導率，θ_pc是導體p和導體c之間的夾角；

由于注入節點電流向量F已知，通過式(7)就可以求出節點電壓向量V，然后相應求出支路電壓向量U和支路散流電流向量I，這樣接地網的等效接地阻抗、跨步電勢、接觸電勢、地表電位分布、散流網內電勢差的問題都可以解決，定義入地電流對應的節點電位復數向量差之模值的最大值為散流網內電勢差D：

D＝max|V_i-V_j|,i,j＝1,…,n,i≠j (12)

取散流網內電勢差D與GPR之比為散流網內電勢差百分數W：

$W=\frac{D}{GPR}\×100\%---\left(13\right)$

(3)利用散流網內電勢差模型計算回流網內電勢差和分流網內電勢差；

導通網內電勢差計算模型同散流網內電勢差的計算模型完全一致，區別在于注入節點電流向量F需要按照分流/回流電流的位置，大小和方向來設定。