[发明专利]一种评估励磁涌流引发电压严重畸变风险的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电网安全评估领域，具体是一种评估励磁涌流引发电压严重畸变风险的方法。 

背景技术

变压器正常运行时，励磁电流很小。但是当空载合闸到电网的瞬间，励磁电流可能急剧增加为正常励磁电流值得几十倍，甚至上百倍。这种空载合闸时出现的过电流现象称为励磁涌流。谐波是一个周期量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。由于非线性负荷的接入以及供电系统中本身存在的非线性元件，使得电力系统中会引入频率不等于50Hz的谐波分量，使得电力网中的电压不再是光滑的正弦波，从而发生畸变。 

    谐波互阻抗：电力系统的节点方程可以满足以下的形式： 

       

其中，是节点电压的列向量，而为节点注入电流的列向量。则为系统的阻抗阵。同理，上式也可用来表征电力系统中n次谐波的电压电流关系，即：

           

其中，是节点n次电压的列向量，而为节点n次注入电流的列向量。则为系统的n次阻抗阵，它可以通过下式表示：

         

式中则为节点i与节点j之间的n次谐波互阻抗。

    电力系统中当出现空载变压器合闸操作时，变压器会向系统中注入励磁涌流。分析表明，正常情况下变压器注入的励磁涌流可达额定电流的6~8倍。长期以来，励磁涌流对继电保护的影响受到了广泛的关注，许多学者研究了多种励磁涌流的识别方法，并将其用于变压器差动保护中实现制动功能，以防止励磁涌流引发变压器的保护误动。 

    然而，励磁涌流对于系统的危害并不单纯地表现在对继电保护的影响上。励磁涌流本身含有丰富的谐波分量，对电力系统的电能质量也会造成严重的污染。特别是在建设初期或者故障恢复期，电网本身就具有长线路、轻负荷的弱联系特性，系统中的电感电容参数接近低次谐波的谐振区间。此时，励磁涌流的注入很可能会在电网的末端产生较大的谐波电压，从而导致系统末端电压的畸变率明显恶化，而电压的瞬时值也可能因谐波电压的叠加而超出允许的范围。在这种工况下，设备以及负荷存在着很大的损毁风险。这一风险在偏远地区的运行电网中已多次发生。 

    在励磁涌流导致谐波电压畸变风险的分析方面，大部分学者主要采用以下三种方法： 

1）对系统中长线路的分布特性进行分析。分析认为，当线路长度接近谐波电磁波的1/4波长时，在线路末端谐波电压可能会被严重放大，从而造成严重的电压畸变，导致设备损毁。该方法能够较为直观地说明具有长线路、轻负荷特性的弱联系系统中励磁涌流引发谐波电压严重畸变的机理，然而针对一个较为复杂的网络，由于负荷、机组、变压器等元件与线路的耦合，长线路长度与末端谐波电压放大风险的关系变得不再明显，该方法则显得有所前欠缺。

2）对空充主变母线的谐振频率进行扫描。如果扫描结果发现电网内存在着某次谐波的谐振点，那么根据经验就可以判定出系统内某些节点可能会产生严重的谐波电压畸变，甚至出现较高的谐波过电压。该方法综合考虑了负荷、发电机等多种因素，然而却无法明确的给出系统内谐波电压畸变风险最高的母线。 

    3）利用PSCAD/EMTDC等电磁暂态分析软件，对系统进行详细的仿真研究。该方法可以很直观的发现系统中谐波电压畸变风险，并较为准确的计算出畸变率以及谐波过电压数值。然而，该方法缺少较好的理论指导，导致其针对性与可信性不强。 

发明内容

本发明提供了一种评估励磁涌流引发电压严重畸变风险的方法，目的是在基于网络的谐波互阻抗，并综合考虑空充变压器容量以及系统中线路、负荷、无功补偿等因素的基础上，可以较直观地反应系统中因励磁涌流导致的谐波电压畸变风险，并寻找出系统中风险最大的厂站问题。 

    本发明的目的通过下述技术方案实现：一种评估励磁涌流引发电压严重畸变风险的方法，包括以下步骤： 

    （a）生成待求系统各次的谐波导纳阵；

    （b）求取电力系统各次谐波阻抗阵；

    （c）求出重点考察变压器的容量标幺值：选取系统中容量较大、电压等级较高的变压器，将其作为重点考察的谐波注入源，查阅技术资料，获取这些重点考察变压器的容量，并利用下式计算出容量的标幺值：

                                               

    （d）指标的求取