CN105678640B - 一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法 - Google Patents
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Abstract
一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，步骤一：获取交流电网设备参数，以此求取各设备的交流电阻，对于接地极耦合问题采用网络化建模法；步骤二：根据变压器具体结构、参数，搭建相应直流偏磁模型，做变压器直流偏磁仿真，改变直流偏磁电流值；仿真记录考虑变压器饱和下的实际中性点电流值，做误差分析，形成变压器在不同直流偏磁电流下的饱和直流误差数据库。步骤三：按照步骤二取得的数据库，修正步骤一所得数据即为所求数据。本发明一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，其目的在于提高预测精度，由此解决优化直流偏磁抑制措施优化布置等技术问题。
Description
技术领域
本发明一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，涉及交流电网预测技术领域。
背景技术
近年来随着我国直流输电工程的持续发展，特别是未来多条特高压直流输电的投运，直流偏磁现象出现频率和严重程度呈上升趋势将不可避免。直流偏磁会对变压器乃至电力系统的安全稳定运行造成巨大的威胁，必须设法抑制。目前直流偏磁的抑制措施主要有变压器中性点加隔直电容、加限流电阻、反向直流电压流注入法以及改变中性点接地方式、复杂运行工况下变压器直流偏磁的抑制等。然而不论是哪种抑制方法，都需要事先知道交流电网的直流电流分布情况才能合理的安排防治措施，因此准确预测交流电网的直流电流分布情况就变得非常重要。
现有交流电网预测技术主要是先获取交流电网直流模型数据，通过网络化建模方法搭建交流电网直流系统模型，以此获取直流偏磁时交流电网各处的直流电流值。然而，实践证明上述方法获得的直流电流精度并不高，有时无法满足应用需要。没有考虑变压器励磁支路饱和后励磁电流半波饱和产生的直流分量对中性点直流电流的影响是误差产生的主要原因之一。
发明内容
针对现有交流电网直流偏磁电流预测精度不够高的缺陷，本发明提供了一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，其目的在于提高预测精度，由此解决优化直流偏磁抑制措施优化布置等技术问题。
本发明所采用的技术方案是：
一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，包括以下步骤：
步骤一：获取交流电网设备参数，以此求取各设备的交流电阻，对于接地极耦合问题采用网络化建模法；
步骤二：根据变压器具体结构、参数，搭建相应直流偏磁模型，做变压器直流偏磁仿真，改变直流偏磁电流值；仿真记录考虑变压器饱和下的实际中性点电流值，做误差分析，形成变压器在不同直流偏磁电流下的饱和直流误差数据库。
步骤三：按照步骤二取得的数据库，修正步骤一所得数据即为所求数据。
步骤二中误差计算式如下：
一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，直流偏磁时变压器的中性点的直流电流由两部分构成，一部分是入侵的直流电流，另一部分是变压器励磁支路在叠加直流偏移磁通饱和后的直流分量；直流偏磁引起的变压器励磁支路饱和对变压器中性点直流电流有助增作用，结合图1解释如下：
假设ia、ib和ic为变Y0/Δ接线变压器一次侧电流，i2为T2二次侧折算至一次侧的电流，ima、imb和imc是励磁电流。因为接线方式为Y0/Δ，所以：
ia+ib+ic＝3i0＝(ima+imb+imc)+3i2 (2)
现在只取各电流中的直流分量，由变压器的传变特性可知，i2的直流分量为零，所以(2)式的直流分量表达式为：
(ia+ib+ic)dc＝(3i0)dc＝(ima+imb+imc)dc (3)
如式(3)所示，在以变压器T型等效电路为基础的三相星型接地的直流偏磁模型中，变压器中性点的直流电流是三相励磁电流的直流分量之和。这个直流电流由两部分构成，一部分是外界入侵的直流偏磁电流，另一部分是变压器本身励磁电流半波饱和附带出来的直流电流，二者共同构成变压器的直流偏磁电流。
本发明一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，技术效果如下：
1：一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，考虑了变压器饱和对交流电网直流电流分布的影响，考虑了一个被忽略的因素从而提高了预测精度。
2：首次提出了直流偏磁时变压器的中性点的直流电流由两部分构成，一部分是入侵的直流电流，另一部分是变压器励磁支路在叠加直流偏移磁通饱和后的直流分量。直流偏磁引起的变压器励磁支路饱和对变压器中性点直流电流有助增作用，饱和程度越深，助增作用越强。
3：相关结论可为以后的交流电网直流偏磁电流预测理论研究提供重要的参考。由于不同厂家的生产的变压器参数、性能的差异，例如饱和点不同、励磁电流大小不同等，计及变压器饱和影响的直流电流分布修正方法和系数的确定，还有待于后续的大量统计数据的收集和计算研究。
4：本发明预测方法，考虑了变压器饱和对交流电网直流电流分布的影响，简单易行，可以提高预测精度。
附图说明
图1直流偏磁下中性点接地变压器等效电路图
图2为本发明的接地极耦合电阻原理图。
图3为本发明的三相变压器直流偏磁仿真模型图。
图4为本发明方法的流程示意图。
图5为本发明实施例中某地区电网接地极附近的9个变电站地理接线图。
图6为本发明实施例中两种情况下的变压器中性点直流电流坐标图(纵坐标)。
具体实施方式
一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，包括以下步骤：
步骤一，需要获取交流电网设备参数，以此求取各设备的交流电阻，对于接地极耦合问题采用网络化建模法。网络化建模理论认为，当直流接地极具有大量入地电流时，直流接地极与某些交流变电站接地极之间存在一定耦合作用。网络理论关键在于接地极的自耦合电阻和互耦合电阻的计算，为此采用静电比拟法并结合镜像理论的数值计算来推导各接地极自耦合、互耦合电阻的计算格式。此时，少量电流会通过接地极之间的耦合通道流向交流系统，造成变压器直流偏磁，原理如图2。图2中引入了自耦合电阻R0和互耦合电阻R12，R0表示由该接地极与无穷远处所决定的电阻值，R12表示由接地极1和接地极2之间土壤对直流电流的流通作用，反应两接地极间的耦合效应，变电站接地网由交流电网的直流系统构成。
步骤二，根据变压器具体结构、参数，在PSCAD/EMTDC平台下搭建变压器直流偏磁模型相应直流偏磁模型如图3所示，其中直流偏磁模型电源是13.8kV的无穷大电源，电源电压由13.8kV/220kV变压器升压后经100km三相交流输电线路输送给120MVA的220kV/35kV的主变压器，主变压器模型采用经典T型等效电路模型，饱和电压为1.25pu
做变压器直流偏磁仿真，改变直流偏磁电流值，仿真记录考虑变压器饱和下的实际中性点电流值，做误差分析，误差计算式如下。形成变压器在不同直流偏磁电流下的饱和直流误差数据库。
步骤三，按照步骤二取得的数据库，修正步骤一所得数据即为所求数据。用计及饱和因数和不计及饱和因素直流电流的误差来修正Y地区不考虑变压器励磁电流半波饱和的直流偏磁模型预测的直流电流结果，以此来研究变压器饱和对直流偏磁电流的影响。
需要注意的是，一方面要准确获取变压器的实际参数、结构，才能保证仿真模型的准确性；另一方面因为在不同直流偏磁电流下，变压器饱和程度不同，因此需要先求取不同直流偏磁电流下单体变压器的助增情况，最后再修正。在图3所示的模型下，变压器设置为可以饱和模式，改变受控电流源电流值使得入侵直流偏磁电流从0A开始每次增加2.5A，逐步加到40A，该电流为三相总的直流偏磁电流。记录入侵直流偏磁电流、变压器励磁电流半波饱和影响下的直流偏磁电流，然后计算误差列于表1，误差计算公式(4)所示：
一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，该方法应用于某地区的结果如图5、图6和表1、表2所示。该地区交流电网包含2个500kV变电站，2个220kV电厂，21个220kV变电站，图5为该地区9个变电站地理接线图。
表1为采用步骤二方法计算出的该地区中220kV/35kV主变压器在不同直流偏磁电流下的饱和直流误差数据表。用计及饱和因数和不计及饱和因素直流电流的误差来修正Y地区不考虑变压器励磁电流半波饱和的直流偏磁模型预测的直流电流结果，以此来研究变压器饱和对直流偏磁电流的影响。
图6为根据表1做的曲线图。接地极1直流单极运行入地电流为2241A时的该地区三个变电站的现场实测结果、不计变压器励磁支路饱和的仿真结果、计及变压器励磁支路饱和的结果如表2所示。由于实测变压器中性点直流电流在3A以内，所以根据表1数据按误差16.7％来修正仿真结果。表中，误差1、误差2分别指的是不计及饱和仿真结果和计及饱和仿真结果分别与实测值的误差。可以看到，采用本发明所提预测方法，预测精度得到了较大提高。
表1 120MVA的220kV/35kV的主变压器不同直流偏磁电流下的饱和直流误差数据表
表2 某地区接地极1直流单极运行实测结果和不考虑仿真、考虑饱和后修正结果表
Claims (1)
1.一种考虑变压器饱和影响的交流电网直流电流分布的预测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：获取交流电网设备参数，以此求取各设备的交流电阻，对于接地极耦合问题采用网络化建模法,获取不考虑变压器励磁电流半波饱和直流偏磁模型的预测直流电流；
步骤二：根据变压器具体结构、参数，搭建相应直流偏磁模型，做变压器直流偏磁仿真，改变直流偏磁电流值；仿真记录考虑变压器饱和下的实际中性点电流值，做误差分析，形成变压器在不同直流偏磁电流下的饱和直流误差数据库；
步骤三：按照步骤二取得的数据库，修正步骤一所得预测直流电流数据，即为所求数据；
直流偏磁时变压器的中性点的直流电流由两部分构成，一部分是入侵的直流电流，另一部分是变压器励磁支路在叠加直流偏移磁通饱和后的直流分量；直流偏磁引起的变压器励磁支路饱和对变压器中性点直流电流有助增作用；
假设ia、ib和ic为YNd11连接型变压器一次侧电流，i2为YNd11连接型变压器T2二次侧折算至一次侧的电流，ima、imb和imc是励磁电流；因为接线方式为Y0/Δ，所以：
ia+ib+ic＝3i0＝(ima+imb+imc)+3i2 (2)
现在只取各电流中的直流分量，由变压器的传变特性可知，i2的直流分量为零，所以(2)式的直流分量表达式为：
(ia+ib+ic)dc＝(3i0)dc＝(ima+imb+imc)dc (3)
如式(3)所示，在以变压器T型等效电路为基础的三相星型接地的直流偏磁模型中，变压器中性点的直流电流是三相励磁电流的直流分量之和；这个直流电流由两部分构成，一部分是外界入侵的直流偏磁电流，另一部分是变压器本身励磁电流半波饱和附带出来的直流电流，二者共同构成变压器的直流偏磁电流。
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