CN105975666A - 一种直流偏磁治理设备的优化配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流偏磁治理设备的优化配置方法，所述方法包括：确定直流偏磁治理设备的优化配置目标函数；确定电网中节点的直流入地电流及直流偏磁治理设备配置情况；确定所述节点的直流电流相关强度；基于所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数及所述节点的直流电流相关强度对直流偏磁治理设备配置情况进行优化，本发明提供的方法，根据相关强度的概念，并对交流系统各节点按计算所得的相关强度排序，对已有的初始配置方案逐次退出相关强度弱的节点的设备，使治理直流偏磁设备的数量大大减少。

Description

一种直流偏磁治理设备的优化配置方法

技术领域

本发明涉及特高压直流领域，具体涉及一种直流偏磁治理设备的优化配置方法。

背景技术

为解决特高压直流接地极附近的交流系统变压器的直流偏磁问题，目前普遍采用直流偏磁治理设备接入接地的交流系统变压器中性点的方法来抑制或隔离直流电流。而直流偏磁治理设备的配置是根据变压器中性点直流电流的工程实际测量值或仿真计算确定的。

直流电流在交流系统的分布决定了抑制偏磁设备的配置，直流偏磁治理设备的投退又直接影响交流系统中直流电流的分布，二者是相互关联的。在配置设备过程中，每台直流偏磁治理设备的投退都将对其他变压器中性点的直流电流分布产生影响，某一节点的设备配置可能造成其他节点的直流的增加或减少，甚至是中性点直流电流的方向的改变。因此，在某些关键节点接入治理设备时，与在所有直流电流超标点接入治理设备，都可能出现对直流的抑制效果。因此，治理设备的配置存在多种解决方案。

因此，采用单纯的计算或测量直流电流分布的方式获得的直流偏磁治理设备配置方案，可以达到降低变压器中性点直流电流的目的，但是，存在着设备的冗余配置的可能。另外，直流偏磁治理设备价格高，需要现场运维人员的维护管理，设备一旦运行异常，也可能因设备的运行可靠性而影响交流电网运行。因此，需要提供一种直流偏磁直流设备的优化配置方案使配置的设备数量最少。

发明内容

本发明提供一种直流偏磁治理设备的优化配置方法，其目的是根据相关强度的概念，并对交流系统各节点按计算所得的相关强度排序，对已有的初始配置方案逐次退出相关强度弱的节点的设备，使治理直流偏磁设备的数量大大减少。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种直流偏磁治理设备的优化配置方法，其改进之处在于，包括：

确定直流偏磁治理设备的优化配置目标函数；

确定交流电网中节点的直流入地电流及直流偏磁治理设备的配置；

确定所述节点的直流电流相关强度；

基于所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数及所述节点的直流电流相关强度优化直流偏磁治理设备的配置。

优选的，所述确定交流电网中节点的直流入地电流及直流偏磁治理设备的配置中，按下式确定电网中节点的直流偏磁治理设备的优化配置目标函数：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_k<I_{set}\\ Num=min\left(N\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中，I_k为节点k的直流入地电流，I_set为直流入地电流限定值，Num为电网中实际配置直流偏磁治理设备总数，k∈[1,n]，N为电网中满足I_k＜I_set所需配置直流偏磁治理设备总数，n为电网中节点总数。

优选的，按下式确定电网中节点k的直流入地电流I_k：

$I_k=\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{n}{\&Sigma;}}{Y}_{ik}(V_i-V_k)---\left(2\right)$

式(2)中，i,k∈[1,n]，n为电网中节点总数，Y_ik为节点i与节点k之间的直流互导纳，V_i为节点i的接入等效直流电势，V_k为节点k的接入等效直流电势。

优选的，按下式确定所述节点k的直流电流相关强度M_k：

$M_k=V_k\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{n}{\&Sigma;}}{Y}_{ik}---\left(3\right)$

式(3)中，V_k为节点k的接入等效直流电势，Y_ik为节点i与节点k之间的直流互导纳，i,k∈[1,n]，n为电网中节点总数。

优选的，所述基于所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数及所述节点的直流电流相关强度优化直流偏磁治理设备的配置，包括：

对已经配置直流偏磁治理设备的节点的直流电流相关强度进行升序排列，并生成排序列表；

根据所述排序列表将所述已经配置直流偏磁治理设备的节点的直流偏磁治理设备逐个退出，直至电网中各节点的直流入地电流不满足所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数；

将导致电网中各节点的直流入地电流不满足所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数的节点及所述排序列表中未退出的节点分别配置直流偏磁治理设备。

优选的，实施权利要求1的步骤前，还包括：应用仿真软件搭建接地极区域的土壤电场分布仿真模型，并将直流偏磁影响等效为直流电压源接入交流系统中变压器中性点。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种直流偏磁治理设备的优化配置方法，通过利用相关强度排序来实现最少数量的配置直流偏磁治理设备的方案，能够在已有配置的基础上，搜索在其基础上的最优数量配置方案，方法简便易行，有助于实现直流偏磁治理设备的优化配置，在保证变压器中性点直流电流分布满足要求的基础上，减少设备安装数量，降低运维人员的工作量，提高运行可靠性。

附图说明

图1是本发明一种直流偏磁治理设备的优化配置方法的流程图；

图2是本发明实施例中仿真模型结构示意图；

图3是本发明实施例中仿真模型电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种直流偏磁治理设备的优化配置方法，如图1所示，包括：

101.确定直流偏磁治理设备的优化配置目标函数；

102.确定交流电网中节点的直流入地电流及直流偏磁治理设备的配置；

103.确定所述节点的直流电流相关强度；

104.基于所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数及所述节点的直流电流相关强度优化直流偏磁治理设备的配置。

其中，直流电流分布的本质是直流接地极入地电流在土壤中感应出直流电势，在交流电网的各个接地点之间存在直流电势差，从而在交流电网中出现直流电流。变压器中性点直流电流是判断是否配置直流偏磁治理设备的基础。直流系统单极运行时，入地电流在土壤中溢散、分流，形成在不同土壤介质中的分层分布式电流场。

作为工程计算，直流电流的求取可以采用一定的简化算法，分地下及地上两部分。对于接地极附近区域，土壤结构及参数相对稳定，因此，对直流接地极附近的土壤内由接地极入地电流感应到的交流系统中各变电站接地点的电位，可视为不变。对固定的直流系统单极入地电流，应用CDEGS分析软件搭建接地极附近的土壤电场分布仿真模型，可求取各变电站的接地点的直流电位。

应用各种仿真软件，建立接地极附近的交流系统仿真模型，将直流的影响等效为直流电压源接入交流系统中变压器中性点，完成用于计算直流分布的交流系统的仿真系统搭建。因此在101之前，还包括：根据实际情况，应用仿真软件搭建接地极区域的土壤电场分布仿真模型，并将直流偏磁影响等效为直流电压源接入交流系统中变压器中性点。

具体的，所述101中，按下式确定电网中节点的直流偏磁治理设备的优化配置目标函数：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_k<I_{set}\\ Num=min\left(N\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中，I_k为节点k的直流入地电流，I_set为直流入地电流限定值，Num为电网中实际配置直流偏磁治理设备总数，k∈[1,n]，N为电网中满足I_k＜I_set所需配置直流偏磁治理设备总数，n为电网中节点总数。

按照可能的直流接地极最大单极入地电流，由地下网络计算推出的变电站接地点等值电势可视为恒定。直流偏磁治理设备的接入，主要影响地上部分交流系统中的直流分布。因此，需要分析直流偏磁治理设备接入系统对直流电流分布的影响，所述102中，按下式确定电网中节点的直流入地电流：

$I_k=\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{n}{\&Sigma;}}{Y}_{ik}(V_i-V_k)---\left(2\right)$

式(2)中，I_k为节点k的直流入地电流，i,k∈[1,n]，n为电网中节点总数，Y_ik为节点i与节点k之间的直流互导纳，V_i为节点i的接入等效直流电势，V_k为节点k的接入等效直流电势。

所述103中，按下式确定所述节点的直流电流相关强度：

$M_k=V_k\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{n}{\&Sigma;}}{Y}_{ik}---\left(3\right)$

式(3)中，M_k为节点k的直流电流相关强度，V_k为节点k的接入等效直流电势，Y_ik为节点i与节点k之间的直流互导纳，i,k∈[1,n]，n为电网中节点总数。

本发明提出一种采用降维式搜索的方法，在已有配置方案的基础上，搜索可以退出直流偏磁治理设备的节点，退出重复配置的直流偏磁治理设备，以达到减少设备数量的目的。搜索的过程中，可以对各个节点按相关强度的强弱排序，逐个试探退出设备是否为多余的配置设备，期望能找到直流电流分布弱相关点，因此所述104中，包括：

对已经配置直流偏磁治理设备的节点的直流电流相关强度进行升序排列，并生成排序列表；

根据所述排序列表将所述已经配置直流偏磁治理设备的节点的直流偏磁治理设备逐个退出，直至电网中各节点的直流入地电流不满足所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数；

将导致电网中各节点的直流入地电流不满足所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数的节点及所述排序列表中未退出的节点分别配置直流偏磁治理设备。

实施例

以某特高压接地极周边的变电站配置直流偏磁治理设备为例，首先应用CDEGS软件仿真计算获得接地点电势，在软件中输入接地极参数以及接地极周边的土壤参数，以及接地极接地电流，可计算得出大地电位分布规律。其次以直流接地极为中心，搭建基于PSCAD/EMTDC的交流系统仿真模型。将直流接地极注入电流对交流变压器的影响等效为在变压器中性点接入直流电压源。在PSCAD中建立如图2所示的仿真模型，其中，所述仿真模型的仿真电路图如图3所示。由于直流系统单极接地运行可能影响的交流系统限定在一定范围内，所以交流系统仅需搭建局部系统模型，外部系统采用等值电路代替。

直流偏磁治理设备在所举示例中选用直流偏磁治理。对于直流来说，电容几乎是断路，可以完全隔绝电流。同时，作为直接隔绝直流的器件，电容器也要承受住直流电压幅值。在综合考虑过电压问题和成本问题，以及与系统匹配(不至于引起系统谐振)。工程上一般选用几个欧姆阻值的电容，电容值一般不超过3000μF。示例中，直接接入电容模型，值按500uF设置，模拟直流偏磁治理。

在示例系统中，未装设直流偏磁治理设备时，系统中节点的初始直流入地电流分布情况如表1所示：

表1 初始仿真数据

按初始直流电流分布计算，示例中，设置直流电流超标值为5A，在直流电流超标点配置直流偏磁治理设备，可得配置方案及配置后直流电流分布如表2所示：

表2 直流偏磁治理初始配置方案

根据以上配置方案，对其进行优化。根据上述网络，所建立的交流系统的直流相关强度计算结果如表3所示：

表3 相关强度计算结果

根据表3结果，按相关强度的排列序号，由序号1的设备开始逐个退出，仿真计算退出设备后的直流电流分布是否满足要求，对表2所述配置进行优化的结果如表4所示：

表4 直流偏磁治理设备优化后配置方案

对比初始配置方案与优化后的配置方案，优化后的方案设备数量减少了一半以上，变压器接地的中性点直流低于限定值。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直流偏磁治理设备的优化配置方法，其特征在于，

确定直流偏磁治理设备的优化配置目标函数；

确定交流电网中节点的直流入地电流及直流偏磁治理设备的配置；

确定所述节点的直流电流相关强度；

基于所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数及所述节点的直流电流相关强度优化直流偏磁治理设备的配置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定交流电网中节点的直流入地电流及直流偏磁治理设备的配置中，按下式确定电网中节点的直流偏磁治理设备的优化配置目标函数：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_k<I_{set}\\ Num=min\left(N\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中，I_k为节点k的直流入地电流，I_set为直流入地电流限定值，Num为电网中实际配置直流偏磁治理设备总数，k∈[1,n]，N为电网中满足I_k＜I_set所需配置直流偏磁治理设备总数，n为电网中节点总数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按下式确定电网中节点k的直流入地电流I_k：

$I_k=\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{n}{\&Sigma;}}{Y}_{ik}(V_i-V_k)---\left(2\right)$

式(2)中，i,k∈[1,n]，n为电网中节点总数，Y_ik为节点i与节点k之间的直流互导纳，V_i为节点i的接入等效直流电势，V_k为节点k的接入等效直流电势。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按下式确定所述节点k的直流电流相关强度M_k：

$M_k=V_k\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{n}{\&Sigma;}}{Y}_{ik}---\left(3\right)$

式(3)中，V_k为节点k的接入等效直流电势，Y_ik为节点i与节点k之间的直流互导纳，i,k∈[1,n]，n为电网中节点总数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数及所述节点的直流电流相关强度优化直流偏磁治理设备的配置，包括：

对已经配置直流偏磁治理设备的节点的直流电流相关强度进行升序排列，并生成排序列表；

根据所述排序列表将所述已经配置直流偏磁治理设备的节点的直流偏磁治理设备逐个退出，直至电网中各节点的直流入地电流不满足所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数；

将导致电网中各节点的直流入地电流不满足所述直流偏磁治理设备的优化配置目标函数的节点及所述排序列表中未退出的节点分别配置直流偏磁治理设备。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，实施权利要求1的步骤前，还包括：应用仿真软件搭建接地极区域的土壤电场分布仿真模型，并将直流偏磁影响等效为直流电压源接入交流系统中变压器中性点。