一种电网直流近区偏磁电流获取方法和装置与流程

本发明涉及近区电网偏磁电流计算，具体来说涉及一种电网直流近区偏磁电流获取方法和装置。

背景技术：

1、目前，区域电网外送直流功率最大已近5000万千瓦，多条特高压直流在大负荷期间均满功率运行。特高压直流换流站近区电网处于送端电网腹地，站点布置密集，运行方式多变，交直流耦合程度高，直流送端电网的某些参数发生突变或时域漂移，如近区电网网架或是运行方式变化，偏磁电流经变压器中性点入侵电力系统后，线路ct将发生一定程度的饱和，影响二次系统的测量，控制等环节，严重时会诱发系统继电保护的误拒动，导致直流功率回降或是闭锁，给电网的安全运行和新能源消纳带来巨大危害。因此，研究得到特高压直流输电系统近区电网偏磁电流分布迫切需要更合理和高效的解决办法。

2、现有大地回线运行方式下的偏磁电流计算主要有如下方法：

3、(1)忽略交流系统耦合的分步计算法。方法通过将模型简化为地上和地下无耦合关系的两部分，并展开研究。第一步，建立土壤模型，采用镜像法计算单极大地回线运行方式时地电场分布。第二步，结合各变电站的地电位值及直流等效模型的网络拓扑结构求解交流电网中偏磁电流的分布情况。该方法在计算地表电位时忽略交流变电站对地电位的影响，将接地极引起的地电位畸变和网络模型分离开，由地电位分布得到偏磁电流的计算结果。

4、(2)等效网络法，通过对直流接地极与各变电站之间的自电阻和互电阻分别建模，将接地极引起的复杂电流场简化为直流电路的计算问题，并用简单的网络关系表征交流电站与直流站接地极的耦合关系。该方法是对忽略交流系统耦合的补充，即以具体数值的方式表示交直流系统的耦合关系

5、然而，现有的偏磁电流计算目前仍然存在缺乏对接地网和网架支路的电流分布及影响的进一步计算，缺乏直流近区的整体电网拓扑模型，缺乏近区电网偏磁电流分布规律预估，未考虑温度变化对土壤、架空线的影响，未考虑多注流极对近区网架电磁参数的影响，未考虑杆塔-避雷线因素对电流的影响，对断层土壤情况下的电流计算还有待完善。

技术实现思路

1、为了进一步得到近区电网的偏磁电流分布，通过确立电网拓扑模型结构，搭建大地土壤模型，建立近区输电系统直流模型计算得到网架支路偏磁电流并探讨其分布规律。本发明所述的一种直流近区偏磁电流获取方法，计算偏磁电流时，通过如下步骤实现：

2、步骤1，建立交流电网直流模型，包括：

3、步骤1.1：获取近区电网参数。

4、a:确立变压器电路，获取电网中自耦变和非自耦变参数，建立变压器并列运行t型或者π型等效电路，变压器并列运行等效电阻并联，根据电路原理，变压器单相模型阻值为三相模型的3倍；

5、b:确立接地网电路，获取电网中等间距或者不等间距接地网参数，利用所述接地网面积确立地网等效电阻电路，若土壤是均匀土壤，则任意形状边缘闭合接地网的接地电阻计算公式为:

6、（1）

7、式中，为接地网总面积，为等面积、等水平接地极总长度方形接地网接地电阻，为接地网的外缘边线总长度；

8、c:确立架空线电路，对于直流偏磁电流架空线表现为电阻特性。因此可以用电阻表示输电线路的直流模型。其架空线阻抗实部的计算公式为

9、（2）

10、其中，为架空线的电阻率（ω/m）;为架空线长度（m）；为单根架空线的截面积（m2）；为架空线分裂数；为架空线并联数量。

11、电力系统线路接线方式复杂，线路电压多个等级，在直流分布的计算仅考虑至少110kv电压等级线路，同时，线路的三相直流电阻和接线方式一致，电阻按照并联处理。由于输电系统三相导线参数对称，故搭建模型只需考虑单相；输电系统存在双回或多回情况，等效电阻为线路并联电阻；高压输电常采用分裂导线，线路电抗与分裂根数成负相关，故模型搭建忽略电抗因素，只考虑导线直流电阻；

12、步骤1.2：设置注流极。

13、换流站接地电流经注流极注入大地，注流极为圆柱形或者圆锥形，在注流极离大地预设距离处设置有注流环，所述注流环为圆环形，该圆环形注流环的外径与该注流环接触的注流极处的外径之比大于1.05小于1.2；

14、步骤2：获取大地土壤电位。

15、大地土壤带电体微元段电位密度u满足：

16、（3）

17、式中，,、分别为第i源点到第j源点的向量坐标，为源点间向量坐标，为第i源点镜像到第j源点的向量坐标,为源点镜像间向量坐标，为带电体微元段长度，为微元土壤电阻率，分别为带电体微元段轴向和径向方向，大地土壤电位为：

18、（4）

19、式中，为带电体剖分长度。

20、通过土壤模块对土壤边界进行剖分，能够计算较为精确的地电位值。采用水平-多层的土壤类型定义空气、土壤顶层、土壤底层、土壤中间层k(k为中间层数)取值。其中，变电站的接地电阻 r 与土壤参数s、接地网参数 g 存在函数关系，设r=f(s，g)。约定 500kv 变电站接地电阻为 0.378，220kv 变电站接地电阻为0.522，110kv 变电站接地电阻为0.723。

21、步骤3，计算电网直流近区偏磁电流。

22、交流电网导纳矩阵满足：

23、（5）

24、式中，v为网络节点电压列向量，w为节点导纳实部矩阵，

25、（6）

26、h为变电站节点与所有节点间的连接矩阵，ht是h的转置，g为变电站接地导纳实部矩阵，q为网架结构节点导纳实部矩阵；f为网络节点注入电流向量，节点注入电流向量表示为：

27、（7）

28、式中，p为中性点电位感应列向量，

29、（8）

30、其中，id为换流站注入极电流；ia为注入接地网的直流电流；m为注流极与变电站间互阻矩阵；n为近区网架互阻矩阵；变电站节点电压为：

31、（9）

32、偏磁电流id列向量为

33、（10）

34、其中t为绕组支路与接地支路间连接矩阵；

35、步骤4：根据近区电网实地测量偏磁电流im校正模型计算数据，

36、若（11）

37、其中，为误差阈值，偏磁电流id计算结束；

38、若，调整不同变电站所在站点微元土壤电阻率为：

39、（12）

40、其中为土壤电阻率调整参数，利用更新大地土壤带电体微元段电位密度u，并调整带电体微元段长度为:

41、（13）

42、其中，为长度调节系数。利用步骤3计算新的偏磁电流id，采用步骤4进行偏磁电流id误差判断。

43、在整个系统埋地导体网络的互阻耦合情况下，近区交流电网直流得以按一定规律分布，交流电网的电网络拓扑为接地极直流提供了大地外的流通线道。特高压输电系统模型通过建立交流电网的直流网络拓扑，依据地上地下电网络结构和土壤边界模型，计算出偏磁电流大小，并通过cdegs的malz模块计算验证。

44、本发明的目的是提供一种电网直流近区偏磁电流获取方法，通过搭建输电线路模型，可得到多注流极、温度、断层、避雷线影响下近区动态网架偏磁电流分布，提出了一种新的获取方法来研究近区直流电网的偏磁电流分布规律。

45、电网直流近区偏磁电流获取装置，包括：处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的控制程序，所述控制程序执行时实现电网直流近区偏磁电流获取方法。

46、在上述技术方案中，本发明提供的一种直流近区偏磁电流获取方法，具有以下有益效果：

47、1、该发明，成功搭建了近区电网输电系统包括变压器、接地网、架空线直流模型，通过设置模型参数，考虑温度变化对架空线路直流模型的影响有效得到了电网动态网架模型，为分析近区电网提供了模型支持和建模基础。

48、2、该发明，建立了近区电网系统和换流站注流极模型，通过耦合算法计算模块得到了直流近区电网的偏磁电流分布，进一步得到了偏磁电流在近区网架的分布规律。

49、3、该发明，建立了准确的土壤边界模型，采用了水平多层和垂直-两层土壤分层，有效模拟了近区电网的土壤分布情况，探究了温度变化和大地断层对偏磁电流计算的影响，减小了土壤模型电流计算产生的误差。

50、4、该发明，通过建立等效注流极，设置换流站注流极的数量参数，探究了多个注流极存在时对近区动态网架的偏磁电流影响，进而准确得到了换流站数量和位置与偏磁电流的对应关系，提高了偏磁电流的计算精度和可靠性。

51、5、该发明，通过建立架空地线模型，探究了杆塔-避雷线系统存在时对近区动态网架的偏磁电流影响，进而得到了避雷线对偏磁电流的影响关系，为电流计算简化提高理论基础。