交流电网的场路耦合建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力领域，具体地，涉及一种交流电网的场路耦合建模方法。
【背景技术】
[0002] 直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，由于变压器的原边等效阻抗对直流分 量只呈现电阻特性，且电阻很小。因此，很小的直流分量就会在绕组中形成很大的直流激磁 磁势，该直流磁势与交流磁势一起作用于变压器原边，造成变压器铁心的工作磁化曲线发 生偏移，出现关于原点不对称，即变压器偏磁现象。引起变压器直流偏磁的原因各异，主要 包括直流单极运行和地磁感应。
[0003] 大型电力变压器的励磁电流比较小，流过变压器的少量的直流电流就可能导致直 流偏磁，引起铁心饱和，导致电流波形畸变，产生高次谐波，危害变压器和电力系统的安全 运行。高压直流输电单极大地回线运行方式容易导致周围交流变电站变压器出现直流偏磁 现象，换流变压器也多发直流偏磁危害。目前我国特高压直流输电的入地电流比普通的直 流输电工程更大:现在一般±500kV直流输电入地电流为3000A，云广特高压为3125A，向家 坝-上海和溪落渡-浙西特高压为4000A，锦屏-苏南为4500A。大量的入地电流将导致更加严 重的直流偏磁危害，危及交流电网安全运行。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种交流电网的场路耦合建模方法，以实 现准确判断直流偏磁风险的优点。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] -种交流电网的场路耦合建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007] 若交流电网总共有m个变电站，b个母线节点，η个独立中性点，则由节点电压法有：
[0008] YV = J (1)
[0009] 式中：V表示电网节点电压列向量，￥=%;%^]，￥5、％^分别代表变电站节点电 压、独立中性点电压和母线电压列向量；
[0010] Y表示电网节点电导矩阵，Y = HTG+Q;H为变电站节点与所有节点间的关联矩阵，Ητ 为Η的转置矩阵，HmX(m+n+b) = [Em 0mXn 0mXb]，EmSm阶单位阵;G为变电站接地电导阵，GzIT1， 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电导 矩阵；
[0011] J表示电网节点注入电流列向量：
[0012] j=[js;jn;jb] = [gp;0;0]=htgp (2)
[0013 ]式中：Js、JN、JB分别表示变电站节点、独立中性点和母线节点注入电流列向量；
[0014] P表示变电站的感应电位列向量，由接地理论有：
[0015] P=MId+NIa (3)
[0016] 式中：ID表示直流极入地电流，Ια表示注入变电站接地网的直流电流，Μ表示直流极 与变电站间互阻矩阵，N表示变电站间不包括自身作用的互阻矩阵;P表示变电站感应电位， 指中性点与零位点间的入口电位；
[0017] 此时注入变电站接地网的直流电流为：
[0018] Ia=G(Va-P) (4)
[0019] 式中:VA表示变电站节点电压，其定义为：
[0020] Va=HV (5)
[0021] 联立公式1至公式5得出：
[0022] (R-ZN)Ia=ZMId (6)
[0023] 式(6)中，Z = HY^TG- E，册_狀变电站节点电阻矩阵。
[0024] 优选的，若独立中性点与变电站节点短接，则删去该站的独立中性点，仅保留变电 站节点。
[0025] 本发明的技术方案具有以下有益效果：
[0026] 本发明的技术方案，通过对交流电网进行数据建模，从而对交流电网中的参数进 行分析，达到准确判断直流偏磁风险的目的。
[0027] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例所述的双自耦变中压侧母线分段运行的750kV变电站原理框 图；
[0029]图2为本发明实施例所述的变电站的等效直流模型原理框图；
[0030]图3a为自耦变压器绕组类型示意图；
[0031]图3b为除自耦变压器外的其它变压器绕组类型示意图。
[0032]结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
[0033] 1-1号变压器220kV母线;2-2号变压器220kV母线；3-750kV母线;4-1号变压器;5-2 号变压器;6-中性点串联设备;7-变电站接地网；8-线路;9-750kV母线节点；10-750kV绕组； 1 l-220kV母线节点；12-220kV绕组；13-中性点；14-变电站节点；15-接地电阻；16-感应电 位。
【具体实施方式】
[0034] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035] 对直流输电入地电流而言，现代交流电网是一个庞大的直流网络，本技术方案提 出的场路耦合模型需要对线路、变电站及其他电网部分建立相应的仿真模型。
[0036]线路模型：线路模型其实就是连接变电站三相母线的三条电阻支路，其关键参数 有二:直流电阻和接线方式。线路直流电阻的估算公式为：
[0037] (1)
[0038] 式中，Rl是线路一相电阻（Ω )，p是线路材料电阻率系数（Ω · m)，S是一相线路的
[0039] 截面积(m2)。如长lkm的2 X 400_2的铝绞线的直流电阻为：
[0040] 円以有出，ikm线嵴的且侃电阻定很，」、的，二TO线嵴的寺双且侃电阻仅为0.02125 Ω，故低阻线路是直流电流分布的重要影响因素。
[0041]在电力系统元件中，线路的接线方式经常改变，线路会分多个电压等级。在直流电 流分布的计算时仅考虑110kV及其以上电压等级的线路即可。另外，线路的三相直流电阻和 接线方式是一致的，可以按并联方式考虑。
[0042]变电站模型:直流网络模型中，变电站模型最为复杂，可以细分为地上部分和地下 部分。变电站地上部分指图1所示的地面以上不含线路的部分，地下部分指图1所示的地面 以下部分。图1所示变电站的等效直流模型见图2。
[0043 ] (1)变电站地上部分模型:变电站地上部分模型属于纯电路问题，模型主要包括变 电站节点、变压器模型、中性点串联设备模型。变电站节点模型参见图3a和图3b。
[0044] 变压器模型包括变压器绕组类型、绕组直流电阻、变压器母线。
[0045] 直流电流分布计算中，只需要区分变压器是否为自耦变压器即可。变压器绕组类 型不意图参见图3a和图3b。
[0046] 图3a中，自耦变压器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 接中性点或中性点串联设备(如小电抗、中性点抑制直流电流设备），图3b中，其他形式变压 器(如三绕组变压器)则是高压母线和中压母线经过各自绕组接中性点或中性点串联设备。 [0047]变压器母线是线路的端点，如目前500kV变电站内大量使用的降压型自耦变压器， 多为中性点直接接地，现实中往往要采用中压侧母线分段运行限制单相短路电流。如图