[發明專利]基于統一回路構建的高壓直流輸電直流偏磁水平計算方法

有效

• 申請號: 202110085647.9
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112784516B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 余年;李睿恒;蔡志坤;孫知博;高磊;吳夏蘭
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G06F113/04
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發明公開基于統一回路構建的高壓直流輸電直流偏磁水平計算方法，步驟包括：1)獲取高壓直流輸電輻射區域的土壤模型；2)將土壤模型剖分為若干六面體單元網格；3)計算每個單元網格的軸向電阻值；4)構建三維電阻網絡；5)建立系統矩陣方程；6)得到地表電位分布；7)基于地表電位分布，建立包含土壤模型和交流線路的地下?地上統一回路模型；8)得到中性點電流I_ij。本發明可廣泛應用于直流輸電規劃前期變電站直流偏磁水平的仿真計算工作，對評估變電站中性點電流大小是否符合安全規定，以及直流偏磁效應的預防與提前治理具有良好的實用價值和應用前景。

技術領域

本發明涉及電氣工程直流電場計算領域，具體是基于地下-地上統一回路模型構建技術的高壓直流輸電直流偏磁水平仿真計算方法。

背景技術

近年來，我國的特高壓直流輸電技術取得了蓬勃的發展，已成為世界上建設和運行直流輸電工程最多的國家。隨著±800kV直流輸電工程的標準化規模化應用，±1100kV直流工程的開工建設，我國在直流輸電技術領域進入了新的關鍵時期。直流輸電處于單極大地或雙極不平衡運行時，部分直流電流會經接地極附近中性點接地的變壓器流入交流系統，引發變壓器直流偏磁，振動、噪音、溫升、諧波等問題接踵而來。在直流系統單極大地回線運行方式下，直流電流通過接地極流入大地時，會在接地極址附近土壤形成恒定直流電流場，其附近變壓器中性點接地的變電站及地下金屬管道等構件可能給地電流提供比大地土壤更為良好的導電通道，從而給這些設備設施以及地上交流系統帶來不良影響。目前，直流輸電工程入地電流對交流系統的影響研究可分為兩個階段：一是重點研究直流輸電工程地下電流場的分布特性和影響因素，計算接地極附近地表電位分布和相應的電氣參數；二是建立了包括完整的地上交流電網和地下接地網的直流電流分布計算模型，并利用地表電位求解變壓器中直流電流。

中性點電流是反映高壓直流輸電輻射區域電力設施安全運行的重要指標。變壓器中性點電流過大，引起直流偏磁效應，會對變壓器等電力設備的安全穩定運行產生嚴重影響。因此對于變壓器中性點電流的仿真計算成為了在直流工程規劃時評估交流電網直流偏磁水平，以及提前采取抑制措施的必不可少的工作，計算方法主要為首先建立地上交流電網的直流模型，再與變電站接地點的地表電位進行耦合，建立地下-地上場路耦合模型，形成有源回路，最終計算出地上交流電網的直流分布。該過程雖能充分考慮地下電流場的分布特性以及地上網絡的復雜性，但是計算過程過于繁瑣，效率較低，且該地下-地上場路耦合模型在計算地表電位分布時沒有考慮變電站或交流網絡也會對其有所影響，雖為“耦合”，實為“組合”。也有一些研究利用有限元分析軟件等建立土壤結構的三維模型，通過簡化地上變電站間的聯系來計算電網直流分布。該方法顧及到了變電站或交流網絡對地表電位的影響，但是由于地上電網的尺寸與土壤的尺寸相差懸殊，有限元對其進行網格剖分時勢必會產生低質量網格，因此電網直流分布結果的準確性難以保障。

發明內容

本發明的目的是提供基于地下-地上統一回路模型構建技術的高壓直流輸電直流偏磁水平仿真計算方法，包括以下步驟：

1)獲取高壓直流輸電輻射區域的土壤模型。

2)將所述高壓直流輸電輻射區域的土壤模型剖分為若干六面體單元網格。單元網格的中心點記為對應網格的電阻率代表點。單元網格中心點的電阻率表征整個單元網格的電阻率。

3)計算每個單元網格的軸向電阻值。

單元網格的軸向電阻值分別如下所示：

式中，ρ_i為第i個單元的電阻率。dx，dy和dz分別為單元網格在x、y、z方向上的長度。Rx，Ry和Rz分別為單元網格在x、y、z軸的正或負方向上的軸向電阻值。

4)連接相鄰的單元網格中心點，并對相鄰單元的軸向電阻線性組合，從而構建三維電阻網絡。

5)建立三維電阻網絡的節點導納矩陣A。基于所述節點導納矩陣和源點信息，建立系統矩陣方程。