CN109193579B - 一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的方法及系统 - Google Patents

一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的方法及系统，属于电力系统高压直流电网输电技术领域。本发明方法具体包括：采集直流电网线路中单极接地故障情况下的操作过电压参数；将直流电网线路按照线路长度进行分段并对每个分段进行标号，根据每个分段对每段线路分别设置单极接地故障点；确定直流电网线路的操作过电压的影响因素，并根据影响因素确定影响因素水平；确定非故障直流电网线路上所产生的最大线路操作过电压；确定直流电网线路发生单极接地故障时影响因素对直流电网线路操作过电压的影响程度；根据输入对应的操作过电压参数确定直流电网线路操作过电压的最大值。本发明减少了计算工作量，提高了工作效率。

Description

一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统高压直流电网输电技术领域，并且更具体地，涉及一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的方法及系统。
背景技术
过电压与绝缘配合关系着直流电网的安全稳定运行，是直流输电工程设计运行维护的重点工作。在实际运行中，单极接地故障时直流输电线路发生概率较高的故障之一。准确计算分析直流线路发生单极接地故障时，在健全极上产生的操作过电压，合理确定直流线路操作空气间隙，是做好直流线路过电压与绝缘配合的重要基础。
直流线路操作过电压的计算中，要确定过电压的最大值，一般将线路进行分段处理，全线扫描，且综合考虑各种影响因素，最后比较得出最大的直流下路操作过电压。目前多是采用PSCAD软件程序仿真建模计算。直流线路发生单极接地故障时，健全极上会产生复杂的波过程和电磁耦合，直流系统输入功率大小、接地电阻大小、直流断路器动作时序等都是直流线路操作过电压的重要影响因素。而各种影响因素又会存在多种情况，因此需要考虑的种类比较多，再叠加线路分段处理之后，使得仿真计算量也会随之增加。因此，有必要提出一种合理的科学试验方法即正交试验法，从直流线路操作过电压影响因素的全部组合中选出具有代表性的一部分进行综合处理，来反映全面的试验结果，分析出能够反映全面的直流线路操作过电压仿真计算结果，以指导直流电网设计与生产。
发明内容
本发明的目的在于解决直流输电系统线路操作过电压最大值的计算分析中多种因素的影响，叠加直流线路分段计算处理方式使得仿真计算量较大的问题，本发明提供了一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的方法，具体流程包括：
采集直流电网线路中单极接地故障情况下的操作过电压参数；
将直流电网线路按照线路长度进行分段并对每个分段进行标号，根据每个分段对每段线路分别设置单极接地故障点；
确定直流电网线路的操作过电压的影响因素，并根据影响因素确定影响因素水平；
根据影响因素和影响因素水平按照正交试验法生成正交试验表，并根据直流线路的分段和标号，分别计算正交试验表中对应任意一种影响因素在对应影响因素水平下的直流电网线路上不同位置发生单极接地故障时，一条非故障直流电网线路上所产生的最大线路操作过电压；
根据正交试验的极差法，对非故障直流线路上所产生的最大线路操作过电压进行极差分析，通过计算影响因素水平试验指标之和T和T的平均数t，根据T和t确定影响因素的极差R，对极差R进行比较，极差R最大的影响因素为直流下路的操作过电压为最大值时的影响因素，并确定直流电网线路发生单极接地故障时影响因素对直流电网线路操作过电压的影响程度；
对应于每个影响因素，取T或t最大时所对应的任意一个影响因素水平进行组合，获取产生最大直流线路操作过电压对应的影响因素，根据输入对应的操作过电压参数确定直流电网线路操作过电压的最大值。
可选的，参数包括：交流系统参数、换流站参数、直流线路参数、杆塔参数和直流断路器参数。
可选的，影响因素包括：输入功率大小、接地电阻值大小和直流断路器动作时序。
可选的，影响因素水平具体包括：
输入功率大小分别取输入功率最大值100％满功率输入、输入功率中间值即50％半功率输入和输入功率最小即10％小功率输入；
接地点电阻大小分别取接地电阻最大值、接地电阻中间值和接地电阻最小值；
直流断路器动作时序分别取送端断路器先动作、两端断路器同时动作和受端断路器先动作。
本发明还提供一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的系统，所述系统包括：
采集模块，采集直流电网线路中单极接地故障情况下的操作过电压参数；
分段模块，将直流电网线路按照线路长度进行分段并对每个分段进行标号，根据每个分段对每段线路分别设置单极接地故障点；
因素确定模块，确定直流电网线路的操作过电压的影响因素，并根据影响因素确定影响因素水平；
计算模块，根据影响因素和影响因素水平并按照正交试验法生成正交试验表，并根据直流线路的分段和标号，分别计算正交试验表中对应任意一种影响因素在对应影响因素水平下的直流电网线路上不同位置发生单极接地故障时，一条非故障直流电网线路上所产生的最大线路操作过电压；
分析模块，根据正交试验的极差法，对非故障直流线路上所产生的最大线路操作过电压进行极差分析，通过计算影响因素水平试验指标之和T和T的平均数t，根据T和t确定影响因素的极差R，对极差R进行比较，极差R最大的影响因素为直流下路的操作过电压为最大值时的影响因素，并确定直流电网线路发生单极接地故障时影响因素对直流电网线路操作过电压的影响程度；
操作过电压确定模块，对应于每个影响因素，取T或t最大时所对应的任意一个影响因素水平进行组合，获取产生最大直流线路操作过电压对应的影响因素，根据输入对应的操作过电压参数确定直流电网线路操作过电压的最大值。
可选的，参数包括：交流系统参数、换流站参数、直流线路参数、杆塔参数和直流断路器参数。
可选的，影响因素包括：输入功率大小、接地电阻值大小和直流断路器动作时序。
可选的，影响因素水平具体包括：
输入功率大小分别取输入功率最大值100％满功率输入、输入功率中间值即50％半功率输入和输入功率最小即10％小功率输入；
接地点电阻大小分别取接地电阻最大值、接地电阻中间值和接地电阻最小值；
直流断路器动作时序分别取送端断路器先动作、两端断路器同时动作和受端断路器先动作。
本发明的优点在于：
本发明基于直流输电线路操作过电压的波过程传播机理和理论，确定直流线路发生单极接地故障时在健全极上产生操作过电压的影响因素，选择各影响因素的水平范围，采用正交试验法利用正交表安排仿真计算，从影响因素的全部组合中选出具有代表性的一部分进行综合处理，以减少计算次数，在较少计算的基础上利用所得数据分析出直流线路操作过电压最大值，并确定其最大影响因素的结论；
本发明借助于正交试验设计的思想，基于直流线路发生单极接地故障时，在健全极上产生操作过电压的电磁耦合和波过程，确定直流线路操作过电压的影响因素及水平，设计了正交试验表，安排正交试验方案，并根据极差分析法，得到了各因素对直流线路操作过电压最大值的影响程度以及产生最大直流线路操作过电压的运行工况，从而确定直流电网线路操作过电压最大值；
本发明充分考虑了直流电网线路操作过电压的影响因素，基于正交试验设计的思想从各影响因素及水平的全部组合中选出具有代表性的一部分设计正交表，进行综合处理，来反映全面计算分析的结果，在较少计算量的基础上利用所得数据分析出能够指导生产实际的正确结论。整个分析过程简单，准确性高，减少了计算工作量，提高了工作效率，得到的结论为直流电网工程设计与运行提供重要的参考依据。
附图说明
图1为本发明一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的方法流程图；
图2为本发明一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提供一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的方法，如图1所示，具体流程包括：
采集直流电网线路中单极接地故障情况下的操作过电压参数，其中，参数包括：交流系统参数、换流站参数、直流线路参数、杆塔参数和直流断路器参数；
将直流电网线路按照线路长度进行分段并对每个分段进行标号，根据每个分段对每段线路分别设置单极接地故障点；
确定直流电网线路的操作过电压的影响因素，并根据影响因素确定影响因素水平，其中输入功率大小、接地电阻值大小和直流断路器动作时序；
影响因素水平具体包括：输入功率大小分别取输入功率最大值100％满功率输入、输入功率中间值即50％半功率输入和输入功率最小即10％小功率输入；接地点电阻大小分别取接地电阻最大值、接地电阻中间值和接地电阻最小值；直流断路器动作时序分别取送端断路器先动作、两端断路器同时动作和受端断路器先动作；
其中影响因素水平设置如下：
影响因素A输入功率大小：满功率输入、半功率输入、小功率输入；
影响因素B接地点电阻大小：15欧姆、10欧姆、5欧姆；
影响因素C直流断路器动作时序：送端断路器先动作、两端断路器同时动作、受端断路器先动作。
依据上述内容，因影响素水平如表1所示：
表1
Figure BDA0001781665130000061
根据影响因素和影响因素水平并按照正交试验法生成正交试验表，本发明选择L9(34)正交表，如表2所示，L9(34)正交表除表头外共有4列，9行，其中行表头排输入功率大小、接地点电阻大小、直流断路器动作时序3个因素，列表头排试验号1～9；将3个因素占有的各列中对应的水平数“1”、“2”、“3”填入表格中各试验号对应位置中，做全面试验需要3×3×3＝27次试验，现在用正交表L9(34)来设计试验方案，只要做9次，工作量减少了2/3，而在一定意义上代表了27次试验，并根据直流线路的分段和标号，分别计算正交试验表中对应任意一种影响因素在对应影响因素水平下的直流电网线路上不同位置发生单极接地故障时，一条非故障直流电网线路上所产生的最大线路操作过电压；
表2
Figure BDA0001781665130000071
根据正交试验的极差法，对非故障直流线路上所产生的最大线路操作过电压进行极差分析，通过计算影响因素水平试验指标之和T和T的平均数t，根据T和t确定影响因素的极差R，对极差R进行比较，极差R最大的影响因素为直流下路的操作过电压为最大值时的影响因素，并确定直流电网线路发生单极接地故障时影响因素对直流电网线路操作过电压的影响程度；
对应于每个影响因素，取T或t最大时所对应的任意一个影响因素水平进行组合，获取产生最大直流线路操作过电压对应的影响因素，根据输入对应的操作过电压参数确定直流电网线路操作过电压的最大值；
操作过电压的最大值的确定的具体过程如下所示，极差R的比较如表3所示，
表3
Figure BDA0001781665130000081
计算各因素同一水平试验指标之和T：
A因素的第1水平：T1＝Y1+Y2+Y3＝2179.37；
A因素的第2水平：T2＝Y4+Y5+Y6＝2155.3；
A因素的第3水平：T3＝Y7+Y8+Y9＝2149.15；
B因素的第1水平：T1＝Y1+Y4+Y7＝2168.33；
B因素的第2水平：T2＝Y2+Y5+Y8＝2144.29；
B因素的第3水平：T3＝Y3+Y6+Y9＝2171.2；
C因素的第1水平：T1＝Y1+Y6+Y8＝2100.72；
C因素的第2水平：T2＝Y2+Y4+Y9＝2232.83；
C因素的第3水平：T3＝Y3+Y5+Y7＝2150.27；
再计算各因素同一水平试验指标的平均数t：
A因素的第1水平：t1＝2179.37/3＝726.46；
A因素的第2水平：t2＝2155.3/3＝718.43；
A因素的第3水平：t3＝2149.15/3＝716.38；
同理可求得B、C因素各水平试验指标的平均数，具体见表3。
最后计算各因素的极差R，即各因素t值中的最大值-最小值，
A因素的极差R＝726.46-716.38＝10.08；同理求得B、C因素的极差R，具体见表3。
通过上述分析和表3中的结果可以看出，直流断路器动作时序C这一影响因素的极差最大，因而该因素是直流线路操作过电压最大值的最大影响因素，其次为输入功率大小，最后是接地点电阻大小。
同时，根据表3中的极差分析结果可以看出，A1B3C2这一组合下应该是直流线路发生单极接地故障时，健全极线路产生操作过电压最大的情况，即满功率运行，接地电阻为5欧姆，两端断路器同时动作情况下，直流线路发生单极接地故障时线路上的操作过电压最大。
单独计算A1B3C2对应的情况下况下，直流线路分为10段时，不同位置发生单极接地故障，健全极线路上所产生的最大线路操作过电压为764.59kV，这个值即为该直流工程发生直流线路单极接地故障时，线路上产生的最大操作过电压。
本发明还提供一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的系统，如图2所示，系统200包括：
采集模块201，采集直流电网线路中单极接地故障情况下的操作过电压参数参数包括：交流系统参数、换流站参数、直流线路参数、杆塔参数和直流断路器参数；
分段模块202，将直流电网线路按照线路长度进行分段并对每个分段进行标号，根据每个分段对每段线路分别设置单极接地故障点；
因素确定模块203，确定直流电网线路的操作过电压的影响因素，并根据影响因素确定影响因素水平，影响因素包括：输入功率大小、接地电阻值大小和直流断路器动作时序；
影响因素水平具体包括：
输入功率大小分别取输入功率最大值100％满功率输入、输入功率中间值即50％半功率输入和输入功率最小即10％小功率输入；
接地点电阻大小分别取接地电阻最大值、接地电阻中间值和接地电阻最小值；
直流断路器动作时序分别取送端断路器先动作、两端断路器同时动作和受端断路器先动作；
计算模块204，根据影响因素和影响因素水平并按照正交试验法生成正交试验表，并根据直流线路的分段和标号，分别计算正交试验表中对应任意一种影响因素在对应影响因素水平下的直流电网线路上不同位置发生单极接地故障时，一条非故障直流电网线路上所产生的最大线路操作过电压；
分析模块205，根据正交试验的极差法，对非故障直流线路上所产生的最大线路操作过电压进行极差分析，通过计算影响因素水平试验指标之和T和T的平均数t，根据T和t确定影响因素的极差R，对极差R进行比较，极差R最大的影响因素为直流下路的操作过电压为最大值时的影响因素，并确定直流电网线路发生单极接地故障时影响因素对直流电网线路操作过电压的影响程度；
操作过电压确定模块206，对应于每个影响因素，取T或t最大时所对应的任意一个影响因素水平进行组合，获取产生最大直流线路操作过电压对应的影响因素，根据输入对应的操作过电压参数确定直流电网线路操作过电压的最大值。
本发明基于直流输电线路操作过电压的波过程传播机理和理论，确定直流线路发生单极接地故障时在健全极上产生操作过电压的影响因素，选择各影响因素的水平范围，采用正交试验法利用正交表安排仿真计算，从影响因素的全部组合中选出具有代表性的一部分进行综合处理，以减少计算次数，在较少计算的基础上利用所得数据分析出直流线路操作过电压最大值，并确定其最大影响因素的结论；
本发明借助于正交试验设计的思想，基于直流线路发生单极接地故障时，在健全极上产生操作过电压的电磁耦合和波过程，确定直流线路操作过电压的影响因素及水平，设计了正交试验表，安排正交试验方案，并根据极差分析法，得到了各因素对直流线路操作过电压最大值的影响程度以及产生最大直流线路操作过电压的运行工况，从而确定直流电网线路操作过电压最大值；
本发明充分考虑了直流电网线路操作过电压的影响因素，基于正交试验设计的思想从各影响因素及水平的全部组合中选出具有代表性的一部分设计正交表，进行综合处理，来反映全面计算分析的结果，在较少计算量的基础上利用所得数据分析出能够指导生产实际的正确结论。整个分析过程简单，准确性高，减少了计算工作量，提高了工作效率，得到的结论为直流电网工程设计与运行提供重要的参考依据。

Claims (4)

1.一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的方法，所述方法包括：
采集直流电网线路中单极接地故障情况下的操作过电压参数；
将直流电网线路按照线路长度进行分段并对每个分段进行标号，根据每个分段对每段线路分别设置单极接地故障点；
确定直流电网线路的操作过电压的影响因素，并确定影响因素的影响因素水平；
所述影响因素包括：输入功率大小、接地电阻值大小和直流断路器动作时序；
所述影响因素水平具体包括：
输入功率大小分别取输入功率最大值100％满功率输入、输入功率中间值即50％半功率输入和输入功率最小10％小功率输入；
接地点电阻大小分别取接地电阻最大值、接地电阻中间值和接地电阻最小值；
直流断路器动作时序分别取送端断路器先动作、两端断路器同时动作和受端断路器先动作；
根据影响因素和影响因素水平按照正交试验法生成正交试验表，并根据直流线路的分段和标号，分别计算正交试验表中对应任意一种影响因素在对应影响因素水平下的直流电网线路上不同位置发生单极接地故障时，一条非故障直流电网线路上所产生的最大线路操作过电压；
根据正交试验的极差法，对非故障直流线路上所产生的最大线路操作过电压进行极差分析，通过计算影响因素水平试验指标之和T和T的平均数t，根据T和t确定影响因素的极差R，对极差R进行比较，极差R最大的影响因素为直流下路的操作过电压为最大值时的影响因素，并确定直流电网线路发生单极接地故障时影响因素对直流电网线路操作过电压的影响程度；
对应于每个影响因素，取T或t最大时所对应的任意一个影响因素水平进行组合，获取产生最大直流线路操作过电压对应的影响因素，根据输入对应的操作过电压参数确定直流电网线路操作过电压的最大值。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的参数包括：交流系统参数、换流站参数、直流线路参数、杆塔参数和直流断路器参数。
3.一种用于确定直流电网线路中的操作过电压的系统，所述系统包括：
采集模块，采集直流电网线路中单极接地故障情况下的操作过电压参数；
分段模块，将直流电网线路按照线路长度进行分段并对每个分段进行标号，根据每个分段对每段线路分别设置单极接地故障点；
因素确定模块，确定直流电网线路的操作过电压的影响因素，并确定影响因素的影响因素水平；
所述影响因素包括：输入功率大小、接地电阻值大小和直流断路器动作时序；
所述影响因素水平具体包括：
输入功率大小分别取输入功率最大值100％满功率输入、输入功率中间值即50％半功率输入和输入功率最小10％小功率输入；
接地点电阻大小分别取接地电阻最大值、接地电阻中间值和接地电阻最小值；
直流断路器动作时序分别取送端断路器先动作、两端断路器同时动作和受端断路器先动作；
计算模块，根据影响因素和影响因素水平并按照正交试验法生成正交试验表，并根据直流线路的分段和标号，分别计算正交试验表中对应任意一种影响因素在对应影响因素水平下的直流电网线路上不同位置发生单极接地故障时，一条非故障直流电网线路上所产生的最大线路操作过电压；
分析模块，根据正交试验的极差法，对非故障直流线路上所产生的最大线路操作过电压进行极差分析，通过计算影响因素水平试验指标之和T和T的平均数t，根据T和t确定影响因素的极差R，对极差R进行比较，极差R最大的影响因素为直流下路的操作过电压为最大值时的影响因素，并确定直流电网线路发生单极接地故障时影响因素对直流电网线路操作过电压的影响程度；
操作过电压确定模块，对应于每个影响因素，取T或t最大时所对应的任意一个影响因素水平进行组合，获取产生最大直流线路操作过电压对应的影响因素，根据输入对应的操作过电压参数确定直流电网线路操作过电压的最大值。
4.根据权利要求3所述的系统，所述的参数包括：交流系统参数、换流站参数、直流线路参数、杆塔参数和直流断路器参数。
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