CN103593523A - 基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，属直流电场领域。其用有限元分析的方法对直流电流场进行计算，通过计算指定土壤网格的径向电阻，获得其幅向电阻，得到指定方向上的电压和电流分布趋势，确定不同直流落点下的电流场，采用CDEGS软件作为验证手段；其所得到的对应多个方向电流分布曲线，作为后续步骤中采用相对应直流偏磁抑制方案的技术依据。可分别形成针对不同输电系统的偏磁电流计算子模型，拓展了直流偏磁研究和直流偏磁抑制方案的覆盖范围，并大大提高了仿真计算效率。可广泛用于超特高压直流输电线路的设计、运行和管理领域。

Description

基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法

技术领域

本发明属于直流电场领域，尤其涉及一种用于确定直流电场中地上交流电力网络中的电流分布和变化的方法。

背景技术

随着我国电力系统不断发展，超特高压直流输电线路逐渐成为跨地区电力输送的重要走廊。

直流输电工程通常采用双极系统接线方式，正常运行时，直流电流不流经大地（或海水）。但在系统调试、检修或故障时，转为单极大地回线运行方式，大地（或海水）相当于直流输电线路的一根导线，其电流场会使地电位发生变化。对中心点接地的交流系统而言，处于不同直流电位的变电站经输电线路、变压器绕组构成直流回路，使变压器产生直流偏磁现象，严重影响供电质量和供电安全。

直流系统接地极主要有3个，在单极大地回线运行方式下，直流电流从接地极进入大地（或海水），对电网运行产生影响，而且随着电力网架不断建设，这一影响将日趋严重。因此，多直流落点条件下直流偏磁抑制研究和技术优化显得十分重要。

关于直流偏磁的抑制技术研究目前已取得一些成果，例如，申请公布日为2011年4月27日，申请公布号为CN102035082A的中国发明专利申请中，公开了一种“直流接地系统及方法”，其将多个直流接地极之间通过联络线并联，形成接地岛，实现了针对整个电网有效的分散直流入地电流，从而减小直流对周边变压器的影响，以解决地中直流分量对整个交流电网的影响；该技术方案利用现有的高压线路，实现起来简单方便。但是其将直流接地系统简化为多个电阻的简单串、并联，不能真正反映直流接地系统的实际情况。

又例如，华东电力试验研究院顾承昱提出了并联直流接地极法（参见《高压电器》2012年04期P65～P74，“并联直流接地极抑制上海区域直流偏磁的方法研究”,顾承昱、司文荣、郑旭、赵文彬），该方法以近年上海地区电网主要拓扑结构，对直流接地极单独运行、并联运行进行了地表电位和变压器中心点电流分析。其结果表明，在并联运行方式中，各变电站的地表电位和直流电流都得到了有效控制，然而，文中提到的地表电位仅根据土壤分层模型计算得到，并未考虑地表电网结构即变压器的直流电阻和输电线路的直流电阻对电位的影响。

为了弥补这一缺陷，需要计算整个上海地区在不同直流落点下的土壤电阻分布，从而搭建整个上海地区地下和地表的直流电阻网络，进而得到更为合理的地表电位和电网直流电流。

土壤直流电阻计算涉及直流电流场计算，目前已有文献多针对直流换流站接地极电流场开展研究，但均未涉及一个大地区的直流电流场计算。

计算上海地区直流电流场主要面临以下三个问题。

（1）计算模型巨大，涉及整个上海市7000多平方公里面积和周边东海、杭州湾、长江等；

（2）模型剖分细密，为了得到精细的电阻网络，以提高结果准确性和适用性，必须对模型进行细密剖分，这将进一步增大运算量；

（3）由于运算量巨大，常规配置的计算机无法满足要求，需要找到适合解决这一问题的运算平台。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其基于有限元理论对直流电流场进行计算，确定不同直流落点下的电流场，得到对应的多个方向电流分布曲线，并据此来采取相对应的直流偏磁抑制措施，进而使得变电站直流电流得到有效的均衡和抑制。

本发明的技术方案是：提供一种基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，包括对指定区域的土壤电阻进行计算，根据计算结果采用相对应的直流偏磁抑制方案，实现针对整个电网直流入地电流的有效分散，使得变电站直流电流得到有效的均衡和抑制，其特征是对所述指定区域土壤电阻的计算，包括下列步骤：

A、建立所指定区域的三维土壤电阻网络实体模型；

B、对该直流落点/直流接地极的三维土壤电阻网络实体模型进行网格化，对网格化后得到的各个模型单元进行赋值，所述的赋值包括对各个模型单元的单元定义及材料属性添加；

C、对网格化后的三维土壤电阻网络模型进行模型改进及剖分；

D、确定模型单元的载荷及边界条件；

E、利用有限元分析的方法，采用共轭梯度法对模型进行求解；

F、进行计算结果的后处理，提取划分结构中某一土壤网格中所有剖分单元的电流密度J_k和电位V_k，并求取电流密度总和及平均电位；计算在不同直流落点/直流接地极注入电流时的土壤电位及电流分布；

G、应用利用电力系统接地分析软件计算的土壤电位分布结果，对所述的有限元分析计算结果进行比对/校核；

H、如果有限元分析计算得到的电位分布结果通过了电力系统接地分析软件的校核，进行下一步骤，否则返回第C步骤，重新进行模型的改进及剖分；

J、根据所述F步骤所得到的土壤电位及电流分布情况，计算所述土壤电阻网络的径向电阻R_r和幅向电阻R_θ，并计算出了每一网格的径向电阻和幅向电压，得到某个指定方向上的电压和电流分布趋势；

K、将地上运行电力网络抽象成直流电阻网络，并通过主变接地点与土壤电阻网络耦合，形成直流偏磁仿真计算直流电阻网络，作为后续步骤采用相对应直流偏磁抑制方案的技术依据。

具体的，在所述A步骤中，所述的三维土壤电阻网络实体模型分为上、下两层，所述网络实体模型的上层由土壤、长江、杭州湾、海洋和基岩五部分组成，模型尺寸为500×400×15m³，对应实际尺寸为500×400×15km³；所述网络实体模型的上层厚度为0.35m，对应实际尺寸为0.35km；所述网络实体模型的下层厚度为14.65m，对应实际尺寸为14.65km，全部为基岩。

在所述B步骤中，经过网格化后的三维土壤电阻网络模型为一个以指定的一个直流落点/直流接地极为圆心的、向四周辐射的、大网格形式的土壤电阻网络；所述土壤电阻网络的总辐射半径为150km；将整个圆周12等分，辐射角度取30°，得到由多个内径为r₁，外径为r₂，相对圆心的角度为θ的扇形立体土壤网格；其所述外、内径的差值为75m；对所述的土壤电阻网络在径向上每隔75m提取一次电阻，所述的电阻包括径向电阻和幅向电阻。

进一步的，在所述B步骤中，所述的模型单元为八节点热/电六面体；在所述的材料属性添加中，单元材料属性选取为电阻率。

具体的，在所述的C步骤中，根据“电阻率相同的部分合并为一体”的原则，对模型进行了重新划分，按照“使映射剖分的网格尺寸合理”的要求进行剖分，以保证改进后的模型中所有六面体均满足映射剖分条件。

在所述的D步骤中，所述的载荷为电流载荷，电流大小为4000A；对所述模型四周施加电压为0的边界条件。

在所述F步骤中，应用有限元分析软件ANSYS对指定区域的土壤网格进行有限元分析，并提取划分结构中某一土壤网格中所有剖分单元的电流密度J_k和电位V_k，并求取电流密度总和

和平均电位

在所述G步骤中，所述的电力系统接地分析软件为CDEGS仿真计算软件，所述的CDEGS仿真计算软件仅针对土壤电位分布参数，对所述的有限元分析计算结果和采用进行CDEGS仿真计算软件得到的土壤电位分布计算结果进行比对/校核；当两者的计算结果偏差在10%以内时，认为符合工程要求，予以认可和通过。

在所述的J步骤中，根据所得到的土壤电位及电流分布情况，根据电流密度和电流值的关系可求取通过某一土壤网格的电流值I_i：

$I_i=\∫J_i\mathrm{ds}$

其中的J_i为该土壤网格的电流密度值；

对于同一柱面上的电流I，满足下列关系式：

$I=\underset{i=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i$

则该土壤网格的径向电阻R_ri可以通过下式得到：

$R_{\mathrm{ri}}=\frac{V_i}{I_i}.$

进一步的，在所述的J步骤中，在获得某个指定土壤网格的径向电阻R_ri后，该指定土壤网格的幅向电阻R_θi，通过下式确定：

$R_{\mathrm{\θ}}=\frac{2\mathrm{\π\θ}{R}_r{r}_1}{(r_2-r_1)*\ln \frac{r_2}{r_1}}$

其中，R_r为径向电阻，r₁为指定土壤网格的内径，r₂为指定土壤网格的外径，θ为指定土壤网格相对圆心的角度。

更进一步的，在所述的K步骤中，根据目前电力网络的运行方式和设备参数，提取电力网络的直流电阻网络，并通过每个变电站的地理坐标，通过主变接地点，与土壤电阻网络进行耦合，形成完整的直流偏磁仿真计算电阻网络模型。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本技术方案基于有限元理论，确定不同接地极注入电流时的土壤电位及电流分布，根据不同直流落点下的电流场，得到对应的多个方向电流分布曲线，并据此作为后续步骤采用相对应直流偏磁抑制方案的技术依据；

2.通过计算指定土壤网格的径向电阻，获得其视在电阻率，结合该土壤网格的几何参数，可以获得其幅向电阻；

3.选择JCG算法进行有限元分析，降低了整个运算过程对计算机硬件的要求；

4.当计算涉及多个直流输电系统时，可分别形成针对不同输电系统的偏磁电流计算子模型（其中大地网格划分可不同），再利用电源叠加原理，形成整体模型，在子模型整合过程中，只需重点关注电网支路网格编号的一致性，大地电阻网络的编号可相对简单；

5.直流偏磁仿真计算电阻网络模型解决了电力系统接地分析软件的容量拓展难题和计算时间漫长的缺点，拓展了直流偏磁研究和直流偏磁抑制方案的覆盖范围，并大大提高了仿真计算效率。

附图说明

图1是本发明大地土壤电阻网格的平面结构示意图；

图2是指定电阻网格的立体结构示意图；

图3是某两个径向间土壤电阻网络示意图；

图4是本发明技术方案的流程方框图；

图5是简化的电流场计算三维模型；

图6是本发明改进后的模型俯视图；

图7是改进后的模型俯视图平面结构示意图；

图8是CDEGS软件和ANSYS软件计算地电位结果的对比结果；

图9是幅向电阻计算示意图；

图10是网格指定方向上的电压和电流分布趋势示意图；

图11是网格的径向电阻和幅向电阻连接网络示意图；

图12是网格的指定方向上径向电阻情况示意图；

图13是网格的指定方向上夹角幅向电阻情况示意图。

图中1为土壤，2为长江，3为杭州湾，4为海洋，5为基岩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，土壤电阻网络不是简单的几个电阻的串并联，而是根据需要所形成的电阻网络，其电阻元件数量一般不少于10000个。根据已有研究成果，将土壤电阻网络总辐射深度（即辐射半径）取为150km，辐射角度取30°，径向每75m提取一次电阻，包括径向电阻和幅向电阻，电阻元件数量达到48000个。由此得到土壤电阻网格俯视示意图如图1所示。

图2为图1中某一网格的立体图，其中的每一个网格均包含径向电阻R_r和幅向电阻R_θ。

图2中任意两径向间电阻网络示意图如图3所示。

对于均匀土壤，土壤网格的径向电阻R_r和幅向电阻R_θ可通过公式（1）、（2）进行计算，计算公式如下：

$R_r=\mathrm{\ρ}{\∫}_{r_1}^{r_2}\frac{\mathrm{dr}}{\mathrm{Dr\θ}}=\frac{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{D\θ}}\ln \frac{r_2}{r_1}---\left(1\right)$

$R_{\mathrm{\θ}}=\mathrm{\ρ}\frac{1}{{\∫}_{r_1}^{r_2}\frac{\mathrm{Ddr}}{\mathrm{r\θ}}}=\frac{\mathrm{\ρ\θ}}{D1n\frac{r_2}{r_1}}---\left(2\right)$

考虑到上海地区土壤结构复杂，上述计算公式计算结果误差较大，因此本发明的技术方案中，采用有限元方法来对土壤网格电阻进行计算。

图4中给出了本发明技术方案的流程方框图。

在本技术方案中，提供了一种基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，包括对指定区域的土壤电阻进行计算，根据计算结果采用相对应的直流偏磁抑制方案，实现针对整个电网直流入地电流的有效分散，使得变电站直流电流得到有效的均衡和抑制，其特征是对所述指定区域土壤电阻的计算，包括下列步骤：

A、建立所指定区域的三维土壤电阻网络实体模型；

B、对该直流落点/直流接地极的三维土壤电阻网络实体模型进行网格化，对网格化后得到的各个模型单元进行赋值，所述的赋值包括对各个模型单元的单元定义及材料属性添加；

C、对网格化后的三维土壤电阻网络模型进行模型改进及剖分；

D、确定模型单元的载荷及边界条件；

E、利用有限元分析的方法，采用共轭梯度法对模型进行求解；

F、进行计算结果的后处理，提取划分结构中某一土壤网格中所有剖分单元的电流密度J_k和电位V_k，并求取电流密度总和及平均电位；计算在不同直流落点/直流接地极注入电流时的土壤电位及电流分布；

G、应用利用电力系统接地分析软件计算的土壤电位分布结果，对所述的有限元分析计算结果进行比对/校核；

H、如果有限元分析计算得到的电位分布结果通过了电力系统接地分析软件的校核，进行下一步骤，否则返回第C步骤，重新进行模型的改进及剖分；

J、根据所述F步骤所得到的土壤电位及电流分布情况，计算所述土壤电阻网络的径向电阻R_r和幅向电阻R_θ，并计算出了每一网格的径向电阻和幅向电压，得到某个指定方向上的电压和电流分布趋势；

K、将地上运行电力网络抽象成直流电阻网络，并通过主变接地点与土壤电阻网络耦合，形成直流偏磁仿真计算直流电阻网络，作为后续步骤采用相对应直流偏磁抑制方案的技术依据。

在所述B步骤中，经过网格化后的三维土壤电阻网络模型为一个以指定的一个直流落点/直流接地极为圆心的、向四周辐射的、大网格形式的土壤电阻网络；所述土壤电阻网络的总辐射半径为150km；将整个圆周12等分，辐射角度取30°，得到由多个内径为r₁，外径为r₂，相对圆心的角度为θ的扇形立体土壤网格；其所述外、内径的差值为75m；对所述的土壤电阻网络在径向上每隔75m提取一次电阻，所述的电阻包括径向电阻和幅向电阻。

进一步的，在所述B步骤中，所述的模型单元为八节点六面体；在所述的材料属性添加中，单元材料属性选取为电阻率。

具体的，在所述的C步骤中，根据“电阻率相同的部分合并为一体”的原则，对模型进行了重新划分，按照“使映射剖分的网格尺寸合理”的要求进行剖分，以保证改进后的模型中所有六面体均满足映射剖分条件。

在所述的D步骤中，所述的载荷为电流载荷，电流大小为4000A；对所述模型四周施加电压为0的边界条件。

在所述F步骤中，应用有限元分析软件ANSYS对指定区域的土壤网格进行有限元分析，并提取划分结构中某一土壤网格中所有剖分单元的电流密度J_k和电位V_k，并求取电流密度总和

和平均电位

在所述G步骤中，所述的电力系统接地分析软件为CDEGS仿真计算软件，所述的CDEGS仿真计算软件仅针对土壤电位分布参数，对所述的有限元分析计算结果和采用进行CDEGS仿真计算软件得到的土壤电位分布计算结果进行比对/校核；当两者的计算结果偏差在10%以内时，认为符合工程要求，予以认可和通过。

在所述的J步骤中，根据所得到的土壤电位及电流分布情况，根据电流密度和电流值的关系可求取通过某一土壤网格的电流值I_i：

$I_i=\∫J_i\mathrm{ds}$

其中的J_i为该土壤网格的电流密度值；

对于同一柱面上的电流I，满足下列关系式：

$I=\underset{i=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i$

则该土壤网格的径向电阻R_ri可以通过下式得到：

$R_{\mathrm{ri}}=\frac{V_i}{I_i}.$

进一步的，在所述的J步骤中，在获得某个指定土壤网格的径向电阻R_ri后，该指定土壤网格的幅向电阻R_θi，通过下式确定：

$R_{\mathrm{\θ}}=\frac{2\mathrm{\π\θ}{R}_r{r}_1}{(r_2-r_1)*\ln \frac{r_2}{r_1}}$

其中，R_r为径向电阻，r₁为指定土壤网格的内径，r₂为指定土壤网格的外径，θ为指定土壤网格相对圆心的角度。

更进一步的，在所述的K步骤中，根据目前电力网络的运行方式和设备参数，提取电力网络的直流电阻网络，并通过每个变电站的地理坐标，通过主变接地点，与土壤电阻网络进行耦合，形成完整的直流偏磁仿真计算电阻网络模型。

依据上海市及周边地形建立简化的电流场计算三维模型（简称为3-D模型，下同）如图5，图6所示。

图5所示为模型俯视图，图6为模型侧视图，整个模型分为上下两层，由土壤1、长江4、杭州湾2、海洋3和基岩5（余下体结构视同为基岩）五部分组成，模型尺寸为500×400×15m³，对应实际尺寸500×400×15km³。

模型的上层厚度0.35m，对应实际尺寸0.35km，由上述5部分组成，模型的下层厚度14.65m，对应实际尺寸14.65km，全部为基岩。

在采用有限元分析软件ANSYS进行稳态传导电流分析的过程中，可选择若干单元类型进行计算，为了控制运算量，减少自由度，选取八节点六面体SOLID69作为模型单元。

ANSYS中稳态电流场分析只需要添加电阻率属性，因此添加单元材料属性如表1所示。

表1单元材料属性

考虑到模型中长江与大陆、杭州湾与海洋的电阻率相同，分别将长江和大陆、杭州湾和海洋合并为一个整体。同时，为了尽量使映射剖分的网格尺寸合理，对模型进行重新划分，如图7所示。

图7所示模型的土壤层和基层相同，使得改进后的所有模型六面体均满足映射剖分条件。

由于网格剖分越细密，计算结果越精确。为此，在XY平面（俯视平面）上控制网格大小约为1m×1m，在Z轴方向上，土壤层0.35m分为10份，基层14.65m分为20份。模型单元数为8061300，节点数为8362188。

由于模型自由度达到百万级，而计算平台的内存和磁盘大小有一定限制，因此有必要分析各种算法对硬件的要求，以便选择合适的算法。

由于本模型计算问题为电流场单场领域，计算平台内存120G，磁盘空间200G，综合所有因素，选择共轭梯度法（JCG算法）进行计算。

应用有限元分析软件ANSYS对上海地区土壤进行有限元分析，在所述的计算结果后处理过程中，提取划分结构中某一土壤网格中所有剖分单元的电流密度J_k和电位V_k，并求取电流密度总和

和平均电位

采用电力系统接地分析软件CDEGS进行点位分布校核，由于CDEGS软件只能取某方向上的电位，因此，仅针对土壤电位分布，对二者计算结果进行对比。

上述的CDEGS软件是加拿大SES公司的软件产品，CDEGS是电流分布（Current Distribution）、电磁场（Electromagnetic Fields）、接地（Grounding）和土壤结构分析（Soil Structure Analysis）英文首字母的缩写。

图8是应用电力系统接地分析软件CDEGS和有限元分析软件ANSYS分别就奉贤接地极注入4000A电流时，以奉贤接地极为圆心，0～150km范围内0°径向沿线的电位分布计算结果。

从图中可以看出，CDEGS和有限元ANSYS软件计算的土壤电位分布处在接地极2km范围内相差比较大，其余地方计算结果偏差均不大，偏差在10%以内，符合工程要求。

如果有限元分析计算得到的电位分布结果通过了电力系统接地分析软件的校核，进行下一步骤，否则返回前述的第C步骤，重新进行模型的改进及剖分。

对土壤电阻网络的计算：

根据电流密度和电流值的关系可求取通过该编号为i的土壤网格的电流值I_i。

$I_i=\∫J_i\mathrm{ds}---\left(3\right)$

以上各土壤网格的电流又同时满足环流定律，则对于同一柱面上的电流I，满足下式：

$I=\underset{i=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i---\left(4\right)$

则该土壤网格的径向电阻R_ri

$R_{\mathrm{ri}}=\frac{V_i}{I_i}---\left(5\right)$

上述公式中的I_i为第i个编号土壤网格的电流值，同一柱面是指图1所示的圆柱状土壤电阻网格，其在圆周上被分为了12等分，R_ri为第i个编号土壤网格的径向电阻。

考虑到径向电流与径向电压差均较小，如直接由两者相除得到幅向电阻，可能引入较大的计算误差（如考虑均匀介质的极端情况，幅向电压差与幅向电流均为0，无法得到幅向电阻），因此幅向电阻的计算须采用新的方法。

本发明的技术方案中，通过径向电阻获得视在电阻率，结合几何参数，计算径向电阻，如图9和式（6）所示。

图9中的阴影部分为计算对象，已知径向电阻R_r，r₁为内径，r₂为外径，θ为相对圆心角度，则有：

$R_{\mathrm{\θ}}=\frac{2\mathrm{\π\θ}{R}_r{r}_1}{(r_2-r_1)*\ln \frac{r_2}{r_1}}---\left(6\right)$

需要说明，当计算涉及多个直流输电系统时，可分别形成针对不同输电系统的偏磁电流计算子模型（其中大地网格划分可不同），再利用电源叠加原理，形成整体模型。因为只关注电网支路中的偏磁电流，所以子模型整合过程中只需重点关注电网支路网格编号的一致性，大地电阻网络的编号可相对简单。

根据上述土壤电阻网络提取原理，将有限元计算结果土壤电压和电流值进行三次样条插值，将上海地区土壤分为12径向，以75m为单位分为土壤网格，并计算出了每一网格的径向电阻和幅向电压，某方向上的电压和电流分布趋势如图10所示，电阻连接如图11所示，某指定方向上土壤网格的径向电阻和幅向电阻分别如图12和图13所示。

计算完成后，大地电阻网路的元件个数，径向为2000×12=24000个，幅向为2000×12=24000个，共48000个。

本发明的技术方案基于有限元理论和分析方法，对直流电流场进行计算，确定不同直流落点下的电流场，得到对应的多个方向电流分布曲线，并据此作为后续步骤采用相对应直流偏磁抑制方案的技术依据；通过计算指定土壤网格的径向电阻，获得其视在电阻率，获得其幅向电阻，得到某个指定方向上的电压和电流分布趋势，作为后续步骤采用相对应直流偏磁抑制方案的技术依据；其降低了整个运算过程对计算机硬件的要求；可分别形成针对不同输电系统的偏磁电流计算子模型，在子模型整合的过程中，只需重点关注电网支路网格编号的一致性，大地电阻网络的编号可相对简单；拓展了直流偏磁研究和直流偏磁抑制方案的覆盖范围，并大大提高了仿真计算效率。

本发明可广泛用于超特高压直流输电线路的设计、运行和管理领域。

Claims (11)

1.一种基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，包括对指定区域的土壤电阻进行计算，根据计算结果采用相对应的直流偏磁抑制方案，实现针对整个电网直流入地电流的有效分散，使得变电站直流电流得到有效的均衡和抑制，其特征是对所述指定区域土壤电阻的计算，包括下列步骤：

A、建立所指定区域的三维土壤电阻网络实体模型；

B、对该直流落点/直流接地极的三维土壤电阻网络实体模型进行网格化，对网格化后得到的各个模型单元进行赋值，所述的赋值包括对各个模型单元的单元定义及材料属性添加；

C、对网格化后的三维土壤电阻网络模型进行模型改进及剖分；

D、确定模型单元的载荷及边界条件；

E、利用有限元分析的方法，采用共轭梯度法对模型进行求解；

F、进行计算结果的后处理，提取划分结构中某一土壤网格中所有剖分单元的电流密度J_k和电位V_k，并求取电流密度总和及平均电位；计算在不同直流落点/直流接地极注入电流时的土壤电位及电流分布；

G、应用利用电力系统接地分析软件计算的土壤电位分布结果，对所述的有限元分析计算结果进行比对/校核；

H、如果有限元分析计算得到的电位分布结果通过了电力系统接地分析软件的校核，进行下一步骤，否则返回第C步骤，重新进行模型的改进及剖分；

J、根据所述F步骤所得到的土壤电位及电流分布情况，计算所述土壤电阻网络的径向电阻R_r和幅向电阻R_θ，并计算出了每一网格的径向电阻和幅向电压，得到某个指定方向上的电压和电流分布趋势；

K、将地上运行电力网络抽象成直流电阻网络，并通过主变接地点与土壤电阻网络耦合，形成直流偏磁仿真计算直流电阻网络，作为后续步骤采用相对应直流偏磁抑制方案的技术依据。

2.按照权利要求1所述的基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其特征是在所述A步骤中，所述的三维土壤电阻网络实体模型分为上、下两层，所述网络实体模型的上层由土壤、长江、杭州湾、海洋和基岩五部分组成，模型尺寸为500×400×15m³，对应实际尺寸为500×400×15km³；所述网络实体模型的上层厚度为0.35m，对应实际尺寸为0.35km；所述网络实体模型的下层厚度为14.65m，对应实际尺寸为14.65km，全部为基岩。

3.按照权利要求1所述的基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其特征是在所述B步骤中，经过网格化后的三维土壤电阻网络模型为一个以指定的一个直流落点/直流接地极为圆心的、向四周辐射的、大网格形式的土壤电阻网络；所述土壤电阻网络的总辐射半径为150km；将整个圆周12等分，辐射角度取30°，得到由多个内径为r₁，外径为r₂，相对圆心的角度为θ的扇形立体土壤网格；其所述外、内径的差值为75m；对所述的土壤电阻网络在径向上每隔75m提取一次电阻，所述的电阻包括径向电阻和幅向电阻。

4.按照权利要求1所述的基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其特征是在所述B步骤中，所述的模型单元为八节点热/电六面体；在所述的材料属性添加中，单元材料属性选取为电阻率。

5.按照权利要求1所述的基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其特征是在所述的C步骤中，根据“电阻率相同的部分合并为一体”的原则，对模型进行了重新划分，按照“使映射剖分的网格尺寸合理”的要求进行剖分，以保证改进后的模型中所有六面体均满足映射剖分条件。

6.按照权利要求1所述的基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其特征是在所述的D步骤中，所述的载荷为电流载荷，电流大小为4000A；对所述模型四周施加电压为0的边界条件。

7.按照权利要求1所述的基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其特征是在所述F步骤中，应用有限元分析软件ANSYS对指定区域的土壤网格进行有限元分析，并提取划分结构中某一土壤网格中所有剖分单元的电流密度J_k和电位V_k，并求取电流密度总和

和平均电位

8.按照权利要求1所述的基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其特征是在所述G步骤中，所述的电力系统接地分析软件为CDEGS仿真计算软件，所述的CDEGS仿真计算软件仅针对土壤电位分布参数，对所述的有限元分析计算结果和采用进行CDEGS仿真计算软件得到的土壤电位分布计算结果进行比对/校核；当两者的计算结果偏差在10%以内时，认为符合工程要求，予以认可和通过。

9.按照权利要求1所述的基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其特征是在所述的J步骤中，根据所得到的土壤电位及电流分布情况，根据电流密度和电流值的关系可求取通过某一土壤网格的电流值I_i：

$I_i=\∫J_i\mathrm{ds}$

其中的J_i为该土壤网格的电流密度值；

对于同一柱面上的电流I，满足下列关系式：

$I=\underset{i=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i$

则该土壤网格的径向电阻R_ri可以通过下式得到：

$R_{\mathrm{ri}}=\frac{V_i}{I_i}.$

10.按照权利要求1所述的基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其特征是在所述的J步骤中，在获得某个指定土壤网格的径向电阻R_ri后，该指定土壤网格的幅向电阻R_θi，通过下式确定：

$R_{\mathrm{\θ}}=\frac{2\mathrm{\π\θ}{R}_r{r}_1}{(r_2-r_1)*\ln \frac{r_2}{r_1}}$

其中，R_r为径向电阻，r₁为指定土壤网格的内径，r₂为指定土壤网格的外径，θ为指定土壤网格相对圆心的角度。

11.按照权利要求1所述的基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法，其特征是在所述的H步骤中，根据现有电力网络的运行方式和设备参数，提取电力网络的直流电阻网络，并通过每个变电站的地理坐标，通过主变接地点，与土壤电阻网络进行耦合，形成完整的直流偏磁仿真计算电阻网络模型。

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