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专利名称：一种确定变电站直流偏磁电流分布的方法及系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111148347.7

专利申请（专利权）人：宁夏宁电电力设计有限公司,中国电力科学研究院有限公司
权利人地址：宁夏回族自治区银川市金凤区高新技术开发区6号路1号写字楼

专利发明（设计）人：谭波,郭骞,任大江,白汗章,童雪芳,王湘汉,范冕,李晓岚,何慧雯,彭庆华,康文斌,梅刚

专利摘要：本发明公开了一种确定变电站直流偏磁电流分布的方法及系统，属于防雷接地技术领域。本发明方法，包括：对土壤进行剖分，确定多个面元单元，对接地网导体进行剖分，确定多个线元单元；确定所述变电站的原始地电位升；根据原始地电位升建立变电站直流偏磁电流回路的等效模型，并建立输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型；根据拓扑关系建立电网络方程；根据节点电压确定接地极周围变电站直流偏磁电流分布。本发明能够考虑异性导电媒质，对大地实际的土壤电阻率分布结构进行更为准确地模拟，从而可提高直流偏磁评估和预测的准确性，以指导直流接地极的选址，保障电网的安全稳定运行。

主权利要求：
1.一种确定变电站直流偏磁电流分布的方法，所述方法包括：对交流电网中直流接地极周围预设范围内的土壤进行剖分，确定多个面元单元，对所述直流接地极与周围预设范围内变电站的接地网导体进行剖分，确定多个线元单元；
确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升；
根据原始地电位升建立变电站直流偏磁电流回路的等效模型，并建立输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型；
建立所述变电站直流偏磁电流回路的等效模型与输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型的拓扑关系，根据拓扑关系建立电网络方程；
对电网络方程进行求解，确定变电站的节点电压，根据节点电压确定接地极周围变电站直流偏磁电流分布；
所述确定多个面元单元，包括：
将直流接地极周围预设范围内的土壤，根据土壤电阻率的差异，划分成若干个区域，确定不同土壤电阻率区域之间的交界面，对交界面进行剖分，将每个交界面剖分成多个面元单元；所述确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升，包括：根据交流电网中直流接地极的电场边界约束条件，列写矩阵方程组，所述矩阵方程组，如下：[A][ξ']+[B][η']＝[M]
[C][ξ']+[D][η']＝[N]
其中，[A]、[B]、[C]、[D]、[M]和[N]为系数矩阵，系数矩阵[A]的大小为m×n，m为面元单元个数，n为线元单元个数；系数矩阵[B]的大小为m×m；系数矩阵[C]的大小为n×n；系数矩阵[D]的大小为n×m；系数矩阵[M]的大小为m×1，元素全为0；系数矩阵[N]的大小为n×1，元素全为1；η'和ξ'分别为面元单元的电荷密度和线元单元的电荷密度；
对矩阵方程组求解，确定η'及ξ'，针对η'及ξ'根据空间电位的叠加原理，确定变电站产生的原始地电位升；
所述原始地电位升因直流接地极的入地电流产生；
所述变电站直流偏磁电流回路的等效模型，包括：地上部分模型及地下部分模型；
地上部分模型，为变压器绕组直流电阻和变电站母线节点的等效模型，所述变压器绕组直流电阻的等效模型，根据绕组类型分为自耦变压器及普通形式变压器的等效模型，所述自耦变压器的等效模型，由串联绕组连接高压母线和中压母线，中压母线再经公共绕组接中性点，所述普通形式变压器的等效模型，高压母线和中压母线经过各自绕组连接中性点；
地下部分模型，为场参数，所述地下部分模型根据戴维南原理进行等效，变电站的直流接地电阻和感应电位串联，所述直流接地电阻的电阻值近似取为工频接地电阻的测量值，变电站感应电位近似取为变电站产生的原始地电位升；
所述输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型，为输电线路的三相并联直流电阻的等效模型，根据输电线路的线路参数建立，所述线路参数包括：线路长度、截面及导线型号；
所述电网络方程的公式如下：
YV＝J
其中，V为交流电网节点电压列向量，V＝[VS；VN；VB]，VS、VN、VB分别为变电站节点电压，独立中性点电压，母线电压列向量；
T
Y为交流电网节点电导矩阵，Y＝HG+Q，H为变电站节点与交流电网中其他节点间的关联T矩阵，H 为H的转置，Hm×(m+n+b)＝[Em0m×n0m×b]，Em为m阶单位阵，m为变电站个数，b为母线节?1点个数，n为独立中性点个数，G为变电站的接地电导阵，G＝R ，R＝diag(RG1,RG2,…,RGm)，RGi为第i个变电站直流接地电阻，Q为交流电网地上网络节点的电导矩阵；
J为交流电网节点注入电流的列向量，公式如下：
T
J＝[JS；JN；JB]＝[GP；0；0]＝HGP
其中，JS、JN、JB分别为变电站节点、独立中性点、母线节点注入电流的列向量；P为变电站的感应电位列向量。
2.一种确定变电站直流偏磁电流分布的系统，所述系统包括：剖分单元，对交流电网中直流接地极周围预设范围内的土壤进行剖分，确定多个面元单元，对所述直流接地极与周围预设范围内变电站的接地网导体进行剖分，确定多个线元单元；
计算单元，确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升；
等效模型建立单元，根据原始地电位升建立变电站直流偏磁电流回路的等效模型，并建立输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型；
电网络方程建立单元，建立所述变电站直流偏磁电流回路的等效模型与输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型的拓扑关系，根据拓扑关系建立电网络方程；
求解单元，对电网络方程进行求解，确定变电站的节点电压，根据节点电压确定接地极周围变电站直流偏磁电流分布；
所述确定多个面元单元，包括：
将直流接地极周围预设范围内的土壤，根据土壤电阻率的差异，划分成若干个区域，确定不同土壤电阻率区域之间的交界面，对交界面进行剖分，将每个交界面剖分成多个面元单元；
所述确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升，包括：根据交流电网中直流接地极的电场边界约束条件，列写矩阵方程组，所述矩阵方程组，如下：[A][ξ']+[B][η']＝[M]
[C][ξ']+[D][η']＝[N]
其中，[A]、[B]、[C]、[D]、[M]和[N]为系数矩阵，系数矩阵[A]的大小为m×n，m为面元单元个数，n为线元单元个数；系数矩阵[B]的大小为m×m；系数矩阵[C]的大小为n×n；系数矩阵[D]的大小为n×m；系数矩阵[M]的大小为m×1，元素全为0；系数矩阵[N]的大小为n×1，元素全为1；η'和ξ'分别为面元单元的电荷密度和线元单元的电荷密度；
对矩阵方程组求解，确定η'及ξ'，针对η'及ξ'根据空间电位的叠加原理，确定变电站产生的原始地电位升；
所述原始地电位升因直流接地极的入地电流产生；
所述变电站直流偏磁电流回路的等效模型，包括：地上部分模型及地下部分模型；
地上部分模型，为变压器绕组直流电阻和变电站母线节点的等效模型，所述变压器绕组直流电阻的等效模型，根据绕组类型分为自耦变压器及普通形式变压器的等效模型，所述自耦变压器的等效模型，由串联绕组连接高压母线和中压母线，中压母线再经公共绕组接中性点，所述普通形式变压器的等效模型，高压母线和中压母线经过各自绕组连接中性点；
地下部分模型，为场参数，所述地下部分模型根据戴维南原理进行等效，变电站的直流接地电阻和感应电位串联，所述直流接地电阻的电阻值近似取为工频接地电阻的测量值，变电站感应电位近似取为变电站产生的原始地电位升；
所述输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型，为输电线路的三相并联直流电阻的等效模型，根据输电线路的线路参数建立，所述线路参数包括：线路长度、截面及导线型号；
所述电网络方程的公式如下：
YV＝J
其中，V为交流电网节点电压列向量，V＝[VS；VN；VB]，VS、VN、VB分别为变电站节点电压，独立中性点电压，母线电压列向量；
T
Y为交流电网节点电导矩阵，Y＝HG+Q，H为变电站节点与交流电网中其他节点间的关联T矩阵，H 为H的转置，Hm×(m+n+b)＝[Em0m×n0m×b]，Em为m阶单位阵，m为变电站个数，b为母线节?1点个数，n为独立中性点个数，G为变电站的接地电导阵，G＝R ，R＝diag(RG1,RG2,…,RGm)，RGi为第i个变电站直流接地电阻，Q为交流电网地上网络节点的电导矩阵；
J为交流电网节点注入电流的列向量，公式如下：
T
J＝[JS；JN；JB]＝[GP；0；0]＝HGP
其中，JS、JN、JB分别为变电站节点、独立中性点、母线节点注入电流的列向量；P为变电站的感应电位列向量。 说明书 : 一种确定变电站直流偏磁电流分布的方法及系统技术领域[0001] 本发明涉及防雷接地技术领域，并且更具体地，涉及一种确定变电站直流偏磁电流分布的方法及系统。背景技术[0002] 高压直流输电系统采用单极大地方式运行时，将通过直流接地极向大地注入强大的直流电流，在周围的土壤中形成一个恒定的直流电流场。由于直流接地极周围分布有变电站、输电线路等交流电网，注入大地的直流电流将通过直流接地极与周围变电站之间土壤的阻性耦合，一部分流进变电站的变压器绕组中，对其变压器造成直流偏磁等不利影响，影响变压器的安全运行。[0003] 在高压直流输电直流接地极的选址过程中，需要对直流接地极建成后流入周围各变电站的直流偏磁电流进行计算评估和预测。其中，土壤模型是直流偏磁计算时最为关键的输入参数之一，其选取的合理程度直接决定了计算结果的可信度。目前，交流电网直流偏磁电流分布的计算方法只能将大地近似等效为一个理想的水平层状的土壤结构进行模拟，即认为直流接地极周围各个方向的土壤电阻率是相同的。而实际上，直流接地极在其周围某个方向可能分布有高山、湖泊、河流、海洋等各种不同的导电媒质，不同方向的地质结构有时差异很大。采用传统各向同性的水平分层土壤结构往往造成直流偏磁的计算结果与实际测量值之间的误差极大。发明内容[0004] 针对上述问题，本发明提出了一种确定变电站直流偏磁电流分布的方法，包括：[0005] 对交流电网中直流接地极周围预设范围内的土壤进行剖分，确定多个面元单元，对所述直流接地极与周围预设范围内变电站的接地网导体进行剖分，确定多个线元单元；[0006] 确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升；[0007] 根据原始地电位升建立变电站直流偏磁电流回路的等效模型，并建立输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型；[0008] 建立所述变电站直流偏磁电流回路的等效模型与输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型的拓扑关系，根据拓扑关系建立电网络方程；[0009] 对电网络方程进行求解，确定变电站的节点电压，根据节点电压确定接地极周围变电站直流偏磁电流分布。[0010] 可选的，确定多个面元单元，包括：[0011] 将直流接地极周围预设范围内的土壤，根据土壤电阻率的差异，划分成若干个区域，确定不同土壤电阻率区域之间的交界面，对交界面进行剖分，将每个交界面剖分成多个面元单元。[0012] 可选的，确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升，包括：[0013] 根据交流电网中直流接地极的电场边界约束条件，列写矩阵方程组，所述矩阵方程组，如下：[0014] [A][ξ']+[B][η']＝[M][0015] [C][ξ']+[D][η']＝[N][0016] 其中，[A]、[B]、[C]、[D]、[M]和[N]为系数矩阵，系数矩阵[A]的大小为m×n，m为面元单元个数，n为线元单元个数；系数矩阵[B]的大小为m×m；系数矩阵[C]的大小为n×n；系数矩阵[D]的大小为n×m；系数矩阵[M]的大小为m×1，元素全为0；系数矩阵[N]的大小为n×1，元素全为1；η′l为线元单元的电荷密度；ξ′j为线元单元的电荷密度；[0017] 对矩阵方程组求解，确定η′l及ξ′j，针对η′l及ξ′j根据空间电位的叠加原理，确定变电站产生的原始地电位升；[0018] 所述原始地电位升因直流接地极的入地电流产生。[0019] 可选的，变电站直流偏磁电流回路的等效模型，包括：地上部分模型及地下部分模型；[0020] 地上部分模型，为变压器绕组直流电阻和变电站母线节点的等效模型，所述变压器绕组直流电阻的等效模型，根据绕组类型分为自耦变压器及普通形式变压器的等效模型，所述自耦变压器的等效模型，由串联绕组连接高压母线和中压母线，中压母线再经公共绕组接中性点，所述普通形式变压器的等效模型，高压母线和中压母线经过各自绕组连接中性点；[0021] 地下部分模型，为场参数，所述地下部分模型根据戴维南原理进行等效，变电站的直流接地电阻和感应电位串联，所述直流接地电阻的电阻值近似取为工频接地电阻的测量值，变电站感应电位近似取为变电站产生的原始地电位升。[0022] 可选的，输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型，为输电线路的三相并联直流电阻的等效模型，根据输电线路的线路参数建立，所述线路参数包括：线路长度、截面及导线型号。[0023] 可选的，电网络方程的公式如下：[0024] YV＝J[0025] 其中，V为交流电网节点电压列向量，V＝[VS；VN；VB]，VS、VN、VB分别为变电站节点电压，独立中性点电压，母线电压列向量；[0026] Y为交流电网节点电导矩阵，Y＝HTG+Q，H为变电站节点与交流电网中其他节点间T的关联矩阵，H为H的转置，Hm×(m+n+b)＝[Em0m×n0m×b]，Em为m阶单位阵，m为变电站个数，b为?1母线节点个数，n为独立中性点个数，G为变电站的接地电导阵，G＝R ，R＝diag(RG1,RG2,…,RGm)，RGi为第i个变电站直流接地电阻，Q为交流电网地上网络节点的电导矩阵；[0027] J为交流电网节点注入电流的列向量，公式如下：[0028] J＝[JS；JN；JB]＝[GP；0；0]＝HTGP[0029] 其中，JS、JN、JB分别为变电站节点、独立中性点、母线节点注入电流的列向量；P为变电站的感应电位列向量。[0030] 本发明还提出了一种确定变电站直流偏磁电流分布的系统，包括：[0031] 剖分单元，对交流电网中直流接地极周围预设范围内的土壤进行剖分，确定多个面元单元，对所述直流接地极与周围预设范围内变电站的接地网导体进行剖分，确定多个线元单元；[0032] 计算单元，确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升；[0033] 等效模型建立单元，根据原始地电位升建立变电站直流偏磁电流回路的等效模型，并建立输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型；[0034] 电网络方程建立单元，建立所述变电站直流偏磁电流回路的等效模型与输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型的拓扑关系，根据拓扑关系建立电网络方程；[0035] 求解单元，对电网络方程进行求解，确定变电站的节点电压，根据节点电压确定接地极周围变电站直流偏磁电流分布。[0036] 可选的，确定多个面元单元，包括：[0037] 将直流接地极周围预设范围内的土壤，根据土壤电阻率的差异，划分成若干个区域，确定不同土壤电阻率区域之间的交界面，对交界面进行剖分，将每个交界面剖分成多个面元单元。[0038] 可选的，确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升，包括：[0039] 根据交流电网中直流接地极的电场边界约束条件，列写矩阵方程组，所述矩阵方程组，如下：[0040] [A][ξ']+[B][η']＝[M][0041] [C][ξ']+[D][η']＝[N][0042] 其中，[A]、[B]、[C]、[D]、[M]和[N]为系数矩阵，系数矩阵[A]的大小为m×n，m为面元单元个数，n为线元单元个数；系数矩阵[B]的大小为m×m；系数矩阵[C]的大小为n×n；系数矩阵[D]的大小为n×m；系数矩阵[M]的大小为m×1，元素全为0；系数矩阵[N]的大小为n×1，元素全为1；η′l为线元单元的电荷密度；ξ′j为线元单元的电荷密度；[0043] 对矩阵方程组求解，确定η′l及ξ′j，针对η′l及ξ′j根据空间电位的叠加原理，确定变电站产生的原始地电位升；[0044] 所述原始地电位升因直流接地极的入地电流产生。[0045] 可选的，变电站直流偏磁电流回路的等效模型，包括：地上部分模型及地下部分模型；[0046] 地上部分模型，为变压器绕组直流电阻和变电站母线节点的等效模型，所述变压器绕组直流电阻的等效模型，根据绕组类型分为自耦变压器及普通形式变压器的等效模型，所述自耦变压器的等效模型，由串联绕组连接高压母线和中压母线，中压母线再经公共绕组接中性点，所述普通形式变压器的等效模型，高压母线和中压母线经过各自绕组连接中性点；[0047] 地下部分模型，为场参数，所述地下部分模型根据戴维南原理进行等效，变电站的直流接地电阻和感应电位串联，所述直流接地电阻的电阻值近似取为工频接地电阻的测量值，变电站感应电位近似取为变电站产生的原始地电位升。[0048] 可选的，输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型，为输电线路的三相并联直流电阻的等效模型，根据输电线路的线路参数建立，所述线路参数包括：线路长度、截面及导线型号。[0049] 可选的，电网络方程的公式如下：[0050] YV＝J[0051] 其中，V为交流电网节点电压列向量，V＝[VS；VN；VB]，VS、VN、VB分别为变电站节点电压，独立中性点电压，母线电压列向量；[0052] Y为交流电网节点电导矩阵，Y＝HTG+Q，H为变电站节点与交流电网中其他节点间T的关联矩阵，H为H的转置，Hm×(m+n+b)＝[Em0m×n0m×b]，Em为m阶单位阵，m为变电站个数，b为?1母线节点个数，n为独立中性点个数，G为变电站的接地电导阵，G＝R ，R＝diag(RG1,RG2,…,RGm)，RGi为第i个变电站直流接地电阻，Q为交流电网地上网络节点的电导矩阵；[0053] J为交流电网节点注入电流的列向量，公式如下：[0054] J＝[JS；JN；JB]＝[GP；0；0]＝HTGP[0055] 其中，JS、JN、JB分别为变电站节点、独立中性点、母线节点注入电流的列向量；P为变电站的感应电位列向量。[0056] 本发明能够考虑直流接地极周围存在高山、湖泊、河流、海洋等异性导电媒质，对大地实际的土壤电阻率分布结构进行更为准确地模拟，从而可提高直流偏磁评估和预测的准确性，以指导直流接地极的选址，保障电网的安全稳定运行。附图说明[0057] 图1为本发明方法的流程图；[0058] 图2为本发明实施例中异性土壤媒质分区示意图；[0059] 图3a为本发明实施例中变电站直流偏磁电流回路的普通变压器等效模型图；[0060] 图3b为本发明实施例中变电站直流偏磁电流回路的自耦变压器等效模型图；[0061] 图4为本发明系统的结构图。具体实施方式[0062] 现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。[0063] 除非另有说明，此处使用的术语(包括开云优惠体育网页版入口术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。[0064] 本发明提出了一种确定变电站直流偏磁电流分布的方法，如图1所示，包括：[0065] 对交流电网中直流接地极周围预设范围内的土壤进行剖分，确定多个面元单元，对所述直流接地极与周围预设范围内变电站的接地网导体进行剖分，确定多个线元单元；[0066] 确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升；[0067] 根据原始地电位升建立变电站直流偏磁电流回路的等效模型，并建立输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型；[0068] 建立所述变电站直流偏磁电流回路的等效模型与输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型的拓扑关系，根据拓扑关系建立电网络方程；[0069] 对电网络方程进行求解，确定变电站的节点电压，根据节点电压确定接地极周围变电站直流偏磁电流分布。[0070] 下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：[0071] (1)将直流接地极周围的土壤按其土壤电阻率的差异划分成若干个区域，确定不同土壤电阻率区域之间的交界面，并对交界面进行剖分，将每个交界面剖分成若干个面元单元。[0072] 图2为异性土壤媒质分区示意图，如图2所示，土壤由Ω1和Ω2两个部分组成，Γ为Ω1和Ω2的交界面，Ω1区域土壤电阻率为ρ1，Ω2区域土壤电阻率为ρ2，接地极埋设于Ω1区域内。[0073] (2)对直流接地极和周围变电站的接地网导体进行剖分，将其剖分成若干个线元单元，为节省计算机存储量，提高计算效率，直流接地极和每个变电站的地网均可简化成单根接地导体线元。[0074] (3)若交界面总共被剖分为m个面元，所有接地导体总共被剖分为n个线元，以各交界面的面元的面电荷密度η′l、直流接地极和各变电站的接地导体线元的线电荷密度ξ′j为待求量，根据电场的边界约束条件，列写矩阵方程组。[0075][0076] 式(1)中：系数矩阵[A]大小为m×n，代表导体段对交界面上面元的影响；系数矩阵[B]大小为m×m，代表交界面上面元相互之间的影响；系数矩阵[C]大小为n×n，代表导体段相互之间的影响；系数矩阵[D]大小为n×m，代表交界面上面元对导体段的影响；系数矩阵[M]大小为m×1，元素全为0；系数矩阵[N]大小为n×1，元素全为1。[0077] (4)对步骤(3)中建立的矩阵方程组进行求解，获得各面元和线元的电荷密度，进一步再根据空间电位的叠加原理，求取直流接地极周围各变电站因直流接地极的入地电流而产生的原始地电位升UGi。[0078] (5)建立变电站的直流偏磁电流回路等效模型，该模型主要包括地上和地下两个部分。[0079] 地上部分模型为变压器绕组直流电阻和变电站母线节点，其中变压器绕组直流电阻按变压器绕组类型分为两种，如图3a和3b所示，一种为自耦变压器，由串联绕组连接高压母线和中压母线，中压母线再经公共绕组接中性点，另一种为普通形式变压器，其高压母线和中压母线经过各自绕组接中性点。[0080] 地下部分模型是场参数，模型按照戴维南原理进行等效，由变电站的直流接地电阻和感应电位串联而成。其中直流接地电阻可近似取为工频接地电阻的测量值，变电站感应电位可近似取为步骤(4)中计算得到的各变电站原始地电位升UGi。[0081] (6)建立输电线路的直流偏磁电流回路等效模型，该模型为输电线路的三相并联直流电阻，可根据各条线路的长度、截面、导线型号等线路参数进行计算得到。[0082] (7)假设直流接地极周围的交流电网中总共有m个变电站，b个母线节点，n个独立中性点，根据各变电站和输电线路之间连接拓扑关系，建立电网络方程：[0083] YV＝J(2)[0084] 式(2)中：[0085] V为电网节点电压列向量，V＝[VS；VN；VB]，VS、VN、VB分别为变电站节点电压(V)，独立中性点电压(V)，母线电压列向量(V)。[0086] Y为电网节点电导矩阵，Y＝HTG+Q。H为变电站节点与所有节点间的关联矩阵，HT为H?1的转置，Hm×(m+n+b)＝[Em0m×n0m×b]，Em为m阶单位阵；G为变电站接地电导阵，G＝R ，R＝diag(RG1,RG2,…,RGm)，RGi为第i个变电站直流接地电阻(Ω)。Q为交流电网地上网络节点电导矩阵。[0087] J为电网节点注入电流列向量：[0088] J＝[JS；JN；JB]＝[GP；0；0]＝HTGP(3)[0089] 式(3)中：[0090] JS、JN、JB分别为变电站节点、独立中性点、母线节点注入电流列向量(A)；P为变电站的感应电位列向量(V)。[0091] (8)对步骤(7)中建立的电网络方程进行求解，获得各变电站的节点电压。进而根据欧姆定律，便可求取各变电站的直流偏磁电流。[0092] 本发明还提出了一种确定变电站直流偏磁电流分布的系统200，如图4所示，包括：[0093] 剖分单元201，对交流电网中直流接地极周围预设范围内的土壤进行剖分，确定多个面元单元，对所述直流接地极与周围预设范围内变电站的接地网导体进行剖分，确定多个线元单元；[0094] 计算单元202，确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升；[0095] 等效模型建立单元203，根据原始地电位升建立变电站直流偏磁电流回路的等效模型，并建立输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型；[0096] 电网络方程建立单元204，建立所述变电站直流偏磁电流回路的等效模型与输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型的拓扑关系，根据拓扑关系建立电网络方程；[0097] 求解单元205，对电网络方程进行求解，确定变电站的节点电压，根据节点电压确定接地极周围变电站直流偏磁电流分布。[0098] 其中，确定多个面元单元，包括：[0099] 将直流接地极周围预设范围内的土壤，根据土壤电阻率的差异，划分成若干个区域，确定不同土壤电阻率区域之间的交界面，对交界面进行剖分，将每个交界面剖分成多个面元单元。[0100] 其中，确定面元单元及线元单元的电荷密度，根据所述电荷密度，确定所述变电站的原始地电位升，包括：[0101] 根据交流电网中直流接地极的电场边界约束条件，列写矩阵方程组，所述矩阵方程组，如下：[0102] [A][ξ']+[B][η']＝[M][0103] [C][ξ']+[D][η']＝[N][0104] 其中，[A]、[B]、[C]、[D]、[M]和[N]为系数矩阵，系数矩阵[A]的大小为m×n，m为面元单元个数，n为线元单元个数；系数矩阵[B]的大小为m×m；系数矩阵[C]的大小为n×n；系数矩阵[D]的大小为n×m；系数矩阵[M]的大小为m×1，元素全为0；系数矩阵[N]的大小为n×1，元素全为1；η′l为线元单元的电荷密度；ξ′j为线元单元的电荷密度；[0105] 对矩阵方程组求解，确定η′l及ξ′j，针对η′l及ξ′j根据空间电位的叠加原理，确定变电站产生的原始地电位升；[0106] 所述原始地电位升因直流接地极的入地电流产生。[0107] 其中，变电站直流偏磁电流回路的等效模型，包括：地上部分模型及地下部分模型；[0108] 地上部分模型，为变压器绕组直流电阻和变电站母线节点的等效模型，所述变压器绕组直流电阻的等效模型，根据绕组类型分为自耦变压器及普通形式变压器的等效模型，所述自耦变压器的等效模型，由串联绕组连接高压母线和中压母线，中压母线再经公共绕组接中性点，所述普通形式变压器的等效模型，高压母线和中压母线经过各自绕组连接中性点；[0109] 地下部分模型，为场参数，所述地下部分模型根据戴维南原理进行等效，变电站的直流接地电阻和感应电位串联，所述直流接地电阻的电阻值近似取为工频接地电阻的测量值，变电站感应电位近似取为变电站产生的原始地电位升。[0110] 其中，输电回路的直流偏磁电流回路的等效模型，为输电线路的三相并联直流电阻的等效模型，根据输电线路的线路参数建立，所述线路参数包括：线路长度、截面及导线型号。[0111] 其中，电网络方程的公式如下：[0112] YV＝J[0113] 其中，V为交流电网节点电压列向量，V＝[VS；VN；VB]，VS、VN、VB分别为变电站节点电压，独立中性点电压，母线电压列向量；[0114] Y为交流电网节点电导矩阵，Y＝HTG+Q，H为变电站节点与交流电网中其他节点间T的关联矩阵，H为H的转置，Hm×(m+n+b)＝[Em0m×n0m×b]，Em为m阶单位阵，m为变电站个数，b为?1母线节点个数，n为独立中性点个数，G为变电站的接地电导阵，G＝R ，R＝diag(RG1,RG2,…,RGm)，RGi为第i个变电站直流接地电阻，Q为交流电网地上网络节点的电导矩阵；[0115] J为交流电网节点注入电流的列向量，公式如下：[0116] J＝[JS；JN；JB]＝[GP；0；0]＝HTGP[0117] 其中，JS、JN、JB分别为变电站节点、独立中性点、母线节点注入电流的列向量；P为变电站的感应电位列向量。[0118] 本发明能够考虑直流接地极周围存在高山、湖泊、河流、海洋等异性导电媒质，对大地实际的土壤电阻率分布结构进行更为准确地模拟，从而可提高直流偏磁评估和预测的准确性，以指导直流接地极的选址，保障电网的安全稳定运行。[0119] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD?ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。[0120] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。[0121] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。[0122] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。[0123] 尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。[0124] 显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

专利地区：宁夏

专利申请日期：2021-09-24

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114879788B