[发明专利]一种接地网网内电势差问题计算方法

摘要

本发明公开了一种变电站接地网最大跨步电位差和最大接触电位差的智能识别方法，其特征在于，包括如下步骤(1)计算接地网地电位升和地表电位函数；(2)将最大跨步电位差和最大接触电位差的求解转化为带约束的参数优化问题；(3)采用人工蜂群算法寻找最大跨步电位差和最大接触电位差的最优解。该方法将最大跨步电势与最大接触电势的识别问题从数学模型上转化为无导数的纯数值优化问题，并采用人工蜂群算法寻找最优解，所采用的方法计算量小、计算速度快，并能获得变电站严格意义上的最大跨步电位差和最大接触电位差，弥补了传统观测面等间距采样差分法计算量过大而且精度不高的问题，对完善变电站接地网的安全评估具有重要意义。

主权项

一种接地网网内电势差问题计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分析站内外故障时网内电势差的组成部分；站内故障时网内电势差的分量由三部分组成：散流网内电势差、回流网内电势差和分流网内电势差，回流网内电势差和分流网内电势差均为电流从地网一端注入再从另一端流出的情况，故统称为“导通网内电势差”，回流/分流网内电势差数值上等于两端口间导通阻抗乘以回流/分流电流；(2)建立散流网内电势差和导通网内电势差的理论模型；定义编号节点m电压Vm和节点n电压Vn，由于支路导体足够稠密，可以近似认为支路p电压Up等于m和n电压的平均值：Up＝0.5(Vm+Vn)         (1)式(1)写成矩阵形式有：U＝KV       (2)式(2)中，U为支路电压列向量，V是节点电压列向量，K是支路‑节点关联矩阵；当支路p与节点q相连时有K(p,q)＝0.5，否则为0；由接地理论有，支路散流电流I为：I＝SU        (3)式(3)中，S为支路散流阵；设r为导体根数，支路散流电流可以等分到与之相连的两个节点，此时节点q的散流电流J(q)为：J(q)=Σi=1rK(i,q)I(i)---(4)]]>式(4)写成矩阵形式有：J＝K′I     (5)式(5)中J为节点散流电流列向量，K′是K的转置；记F为节点电流向量，运用电网络分析理论有：F–J＝YV        (6)式(6)中，Y是节点导纳矩阵，综合(2)～(6)式整理就有：F＝(K′SK+Y)V      (7)接地网的节点导纳矩阵Y的格式如下：Y＝AZ–1A′      (8)式(8)中，A是关联矩阵，A′是A的转置矩阵，Z是接地网导体的支路阻抗矩阵；当支路p和节点m关联且p的方向背离m，则A(m,p)＝1；当支路p和节点m关联且p的方向指向m，则A(m,p)＝–1；当支路p和节点m不关联时，A(m,p)＝0；Z的格式为：Z(p,p)=jωμc2πajωμcσcI0(ajωμcσc)I1(ajωμcσc)---(9)]]>Z(p,c)＝jωM(p,c),m≠n      (10)其中，j为虚数单位，Z(p,p)是导体p的内阻抗，ω是角频率，μc和σc分别是p的磁导率和电导率，a是p的等效半径，I0和I1分别是修正的第一类零阶和第一类一阶贝赛尔函数，Z(p,c)和M(p,c)分别是导体p和导体c之间的互阻抗和互感；M(p,c)的表达式如下：式(11)中，μ0为真空磁导率，θpc是导体p和导体c之间的夹角；由于注入节点电流向量F已知，通过式(7)就可以求出节点电压向量V，然后相应求出支路电压向量U和支路散流电流向量I，这样接地网的等效接地阻抗、跨步电势、接触电势、地表电位分布、散流网内电势差的问题都可以解决，定义入地电流对应的节点电位复数向量差之模值的最大值为散流网内电势差D：D＝max|Vi‑Vj|,i,j＝1,…,n,i≠j     (12)取散流网内电势差D与GPR之比为散流网内电势差百分数W：W=DGPR×100%---(13)]]>(3)利用散流网内电势差模型计算回流网内电势差和分流网内电势差；导通网内电势差计算模型同散流网内电势差的计算模型完全一致，区别在于注入节点电流向量F需要按照分流/回流电流的位置，大小和方向来设定。