[发明专利]基于有限元理论的多直流落点条件下直流偏磁抑制方法

说明书

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；