本发明涉及输变电技术领域，更具体地，涉及一种基于灵敏度分析的区域地区直流波动源定位方法。
背景技术：
大地是不良导体，一般情况下是没有大幅电流流过的，但最近多项研究发现，如地磁暴、高空核弹爆炸、城市轨道交通的杂散电流、直流输电系统大地返回运行等情况下均会引起高幅值的电流从地中流过，引发大范围地表电位的明显波动，在电力系统接地运行的变压器中性点上产生直流电流或者是近似于直流电流的甚低频电流这个电流不仅危及交流电网的安全运行，也会对地下金属管道和工业用电设备产生众多不利影响，还会干扰地震监测台网的正常工作。这些影响不仅会造成大地电位波动源附近地区的电力、埋地金属设备损坏，地震监测台网误报，还会产生一系列连锁反应，造成重大经济损失，给现代社会带来巨大的负面影响。
因此，有必要分析研究不同波动干扰源的类型，确定其位置和强度，排除交流电网中的隐患，从而对电力系统和地下管网进行必要修缮，确保电力系统和管网系统的安全稳定运行。目前在我国的多个地区，多个接地运行的电力变压器在排除了直流接地极以及轨道交通的影响后仍然检测出了噪声异常的情况。经变压器中性点电流监测的直流分量测试分析发现，主变噪声是随直流分量幅值的变化高低起伏，即主变出现直流偏磁导致噪声异常，因此可推测出其它直流干扰源的影响。
输电网络由于其广阔的地理分布和低阻网络特性，地电位波动能够在电力系统内产生特征电流分布，所以输电网络是一个能够很好地发现地电位波动的监测网络。对变压器中性点电流进行有效监测，利用检测值反演地电位波动源的强度和位置十分重要。
技术实现要素：
本发明提供一种基于灵敏度分析的区域地区直流波动源定位方法，该方法为干扰源的排查与抑制地电位波动造成的不利影响实施提供依据。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种基于灵敏度分析的区域地区直流波动源定位方法，包括以下步骤：
s1：获取区域中变电站变压器中性点直流电流ini和线波动源的经度x、维度y及电流i；
s2：利用s1中的参数来建立的线波动源模型；
s3：计算区域电网中所有中性点接地的变电站对所有线直流波动源的灵敏度系数，并形成区域交流电网变电站直流信号灵敏度列表；
s4：根据灵敏度列表确定选择监测站点的选择方法，并对其进行蒙特卡洛仿真；
s5：通过建立的线波动源模型对区域直流波动源进行定位。
进一步地，所述步骤s2的过程是：
令变压器t1的中性点直流电流为in1，当考虑背景噪声时，t1的中性点直流电流与线波动源电流的关系满足：
in1＝m1(x,y)i+jn1
为求取经度x，纬度y和电流i这三个未知数，结合三个不同位置变压器的中性点电流测量值，形成如式方程：
互电阻函数m1、m2和m3是非线性函数，jn1、jn2、jn3是噪声信号，由于交流系统的参数是确定的，变化的只是x，y和i，波动源定位视为最小二乘优化问题，即：
使用迭代形式的优化方法就可以求解上式的目标函数最优解，通过更多的监测点来实现波动源定位，上式变成：
式中，k为监测变压器的数目。
进一步地，所述步骤s3的过程是：
式中，η为灵敏度系数，m和n分别为变电站和波动源的编号，in为变压器中性点电流，i为波动源电流。
进一步地，所述步骤s4的具体过程是：
1)、设置i为非零值，令抽样样本数目为n；
2)、在交流电网区域内按均匀分布的形式产生n个随机的x和y；
3)、在完成蒙特卡洛随机仿真的n个样本后，对所有站点的m值进行加权平均：
式中，ki为加权系数，如(xi，yi)落入重点监控区域，加权系数应适当增加，对于一般情况有ki＝1。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过获取区域中变电站变压器中性点直流电流ini和线波动源的经度x、维度y及电流i；利用获取的参数来建立的线波动源模型；再计算区域电网中所有中性点接地的变电站对所有线直流波动源的灵敏度系数，并形成区域交流电网变电站直流信号灵敏度列表；然后根据灵敏度列表确定选择监测站点的选择方法，并对其进行蒙特卡洛仿真；最后通过建立的线波动源模型对区域直流波动源进行定位。本发明方法从逆向思维来考虑波动源与电力系统内特征电流分布响应的问题，进一步完善了直流分布计算。通过公式的推导，在理论上证明了测量数据反演地电位波动源的可行性；充分利用变压器中性点监测值，构建电位波动测量网络，为干扰源的排查与抑制地电位波动造成的不利影响实施提供依据；模型简洁，结合蒙特卡洛算法，可达到较高的计算精度。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种基于灵敏度分析的区域地区直流波动源定位方法，包括以下步骤：
s1：获取区域中变电站变压器中性点直流电流ini和线波动源的经度x、维度y及电流i；
s2：利用s1中的参数来建立的线波动源模型；
s3：计算区域电网中所有中性点接地的变电站对所有线直流波动源的灵敏度系数，并形成区域交流电网变电站直流信号灵敏度列表；
s4：根据灵敏度列表确定选择监测站点的选择方法，并对其进行蒙特卡洛仿真；
s5：通过建立的线波动源模型对区域直流波动源进行定位。
a、建立线波动源模型：地电位波动源的几何形态可分为单点、直线、曲线、面波动源、及其他形式的点线形式组合。线形态的地电位波动源主要由城市轨道交通引起，我国目前多个城市内变电站内变压器受轨道交通杂散电流的影响。gic和hemp会形成面形态的地电位波动源，需确定经度和纬度方向上的地下电场强度。线波动源待求解的参数包括：(1)电流；(2)位置，即经度和纬度。
b、波动源参数推导变压器中性点特征电流响应：
由直流电流分布原理，对于所有变压器中性点电流列向量in，有
in＝mi(1)
m＝sgγ1γ2φdc(2)
γ1＝[s-γ2φgggag]-1(3)
上式中，m为比例系数矩阵，m的元素为非线性函数，与大地电阻率参数，变压器位置，电网拓扑/电网网络参数，变电站接地电阻等因素相关；s和sg分别为交流电网节点电导矩阵和变压器母线–中性点的电导矩阵，由系统参数决定；φg和φdc分别是变电站–变电站和干扰源–变电站之间的互阻矩阵，与干扰源位置和变电站位置相关，其表达式是位置的非线性函数，与大地电阻率有关；gg是变电站的接地电导矩阵；ag是变电站节点的关联矩阵，与系统的拓扑结构有关，；e是单位矩阵；γ1和γ2均为中间矩阵。
c、根据监测系统获取直流电流参数。利用线定位原理对区域直流波动源进行定位。
假设：(1)线的波动源由经度x，纬度y和电流i三个未知因素共同确定确定。(2)电力系统中某些变电站的变压器中性点直流电流ini已知。
假设变压器t1的中性点直流电流为in1，当考虑背景噪声时，t1的中性点直流电流与线波动源电流的关系满足
in1＝m1(x,y)i+jn1(5)
为求取经度x，纬度y和电流i这三个未知数，结合三个不同位置变压器的中性点电流测量值，形成如式方程：
虽然互电阻函数m1、m2和m3是非线性函数，但由于交流系统的参数是确定的，变化的只是x，y和i，所以波动源定位可视为最小二乘优化问题，即：
使用迭代形式的优化方法就可以求解如(7)所示的目标函数最优解。若通过更多的监测点来实现波动源定位，式(7)变成
式(8)中，k为监测变压器的数目。
in与多种因素有关：(1)波动源i越大，in越大；(2)距离波动源越近，in越大；(3)大地电阻率越高，in越大；(4)in和电网络参数有关。若有效信号in被噪声jn湮没，则式(8)求解的结果和真实值会存在较大的误差，但在实际情况中，信噪比(20log(in/jn))难以提高，因此一般选择3～5个受影响较明显的监测点进行波动源定位，在这种情况下，即使存在一定的噪声和干扰也可取得较良好的效果。
d、监测点选点方法，在灵敏度列表中选取变电站构建区域交流电网变电站接地中心点直流监测系统。针对干扰源引起大地电位波动进行监测的选点方法，制定选点原则：
(1)优先安装于出线少和变压器少的站点；
(2)优先监测对波动源反应灵敏的站点，灵敏度由计算确定，也可由线路走向简单地确定，如多个出线大致沿一个方向的站点和地理位置上靠近边沿的站点可优先进行监测；
(3)配合想装的仿真计算软件完成监测网络对波动源的灵敏度仿真；
(4)满足逐步增加原则，先按东南西北中五个方位选定监测站点(或者相似的五点原则)，然后再根据需要补充其他位置的监测站点。
e、计算区域电网中所有中性点接地的变电站对所有线直流波动源的灵敏度系数，并形成区域交流电网变电站直流信号灵敏度列表。灵敏度的表达式为：
式中，η为灵敏度系数，m和n分别为变电站和波动源的编号，i为变压器中性点电流，j为波动源电流。
f、蒙特卡洛仿真方法又称统计实验方法，是一种采用统计抽样理论近似求解数学、物理及工学问题的方法。其解决问题的基本思想是，首先建立与描述该问题相似的概率模型，然后对模型进行随机模拟或统计抽样，在利用所得到的结果求出特征的统计估计值作为原问题的近似解，并对解的精度做出某些估计。线形态地电位波动源监测的选点方法的蒙特卡洛随机仿真步骤为：
(1)设置i为非零值，令抽样样本数目为n，如n＝10000；
(2)在交流电网区域内按均匀分布的形式产生n个随机的x和y；
(3)在完成蒙特卡洛随机仿真的n个样本后，对所有站点的m值进行加权平均，即
式中，ki为加权系数，如(xi，yi)落入重点监控区域，加权系数应适当增加，对于一般情况有ki＝1。
g、根据监测系统获取直流电流参数，对区域直流波动源进行定位，即按灵敏度进行查表，依据公式(8)计算，得到波动源位置、波动源的电流大小和方向。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。