[发明专利]一种直流换流站的EMF评估方法及应用

说明书

本发明提供直流换流站的EMF评估方法及应用，通过在三维区间内对复杂的换流站电气系统、金属结构、辅助系统、工程环境进行建模，采用矩量法求解电力基频和各次谐波下地面上以及埋设导体的电流分布（纵向及泄漏电流分布）的数值解，由此获得标量电势和电磁场。通过对比计算结果与国际/当地标准，找出不满足标准的区域以及指标值，并进行修改输入参数与迭代计算，最终形成电磁场安全分布区块图。本发明能够在未实施项目的情况下预评估各种运行模式下换流站电磁场场强，识别可能存在的问题区，为工程运行的安全生产、职业健康评估等提供指导依据。

技术领域

本发明属于电力系统电磁兼容技术领域，尤其是涉及一种直流换流站的EMF(Electromagnetic Field)评估方法及应用。

背景技术

电磁场场强(Electromagnetic Field，EMF)分析是HVDC系统设计与维护的重要工作之一，因为HVDC换流站内电磁环境非常复杂，存在较多的电磁干扰源和较复杂的耦合途径。这种电磁环境，不仅会影响到站内各种敏感设备的正常运行，还会对人体产生直接或间接的影响。

根据电磁场的频率，这些影响可能是：(1)、在低频范围内，会刺激人的中枢神经系统；(2)、在高频范围内，会对人体产生热效应；(3)、在高频无功近场中，会产生肢体电流；(4)、可能引起测量系统不准确，甚至引发保护误动。

在国内，对于EMF/EMC的已有研究主要集中在特高压交/直流工程以及设备研究层面，对于应用于柔性直流工程的整体的安全的评估研究相对较少；且大多数的研究是建立在稳态额定值的输入条件基础上，并没有对谐波影响进行计算评估。

实际上，不管是LCC还是VSC技术的高压直流换流站，谐波在换流站系统中都尤为重要并产生严重有害的影响。这是因为：在稳态条件下，三相平衡系统中的电流总和基本上可以忽略不计。但是，如果系统中存在谐波，谐波电流将在三相导体中叠加，从而在不利条件下在中性导体上和空间电磁场产生明显的谐波电流以及电磁场强度。

此外，海上/陆上直流换流站站区越来越紧凑化的设计，尤其是海上换流站的敏感设备、人员生活工作区域与高压配电装置区域邻近却缺乏预先评估方法，可能会给运行人员的长期健康带来隐患。

发明内容

本发明的第一个目的在于：针对国内直流换流站EMF(Electromagnetic Field)评估的空白，以及海上/陆上换流站站区越来越紧凑化的设计而造成的敏感设备、人员生活工作区域与高压配电装置区域邻近，却缺乏预先评估方法的问题，提出一种直流系统的换流站的电磁场强度评估的计算方法，为设计换流站以及运行的安全生产、职业健康评估等提供指导依据。

为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：

采用扩展的天线理论矩量法，基于电场点匹配，求解麦克斯韦电磁场方程，通过求解地面上以及埋设导体的电流分布(纵向及泄漏电流分布)的数值解，获得标量电势和电磁场；同时计算使用全Sommerfeld积分考虑多层土壤的电阻率、介电常数以及磁导率的影响。

采用频域研究工具，对复杂的直流换流站系统三维模型，采用类似脚本法自动设置待研究的各谐波或间谐波频率，对各种交直流系统运行模式或运行条件(例如，不同的直流功率水平，双极或单极运行方式，使用交流电系统条件等)，在可行的时间内，分析所有与技术相适应的情况与范围。具体对于谐波来说，可以考虑换流站交流侧谐波，也可以考虑直流侧谐波。

具体地，所述直流换流站的EMF评估方法对换流站稳态运行的EMF及谐波影响进行计算，通过对复杂的换流站电气系统、金属结构、辅助系统、工程环境开展三维建模，采用自动化设置各次谐波或间谐波频率及幅值，对各种交直流系统运行模式或运行的不同条件工况，应用矩量法开展电磁场场强评估计算；包括如下步骤：

(1)、输入条件包括：