[发明专利]大容量柔直换流器水、电、光路的电位分布及优化方法

摘要

本发明涉及一种大容量柔直换流器水、电、光路的电位分布及优化方法，属于大容量柔性直流输电领域。采用格林函数计算接地网参数的方法，用镜像法计算自电阻和互电阻，在均匀土壤条件下，可以对任意形状的不规则接地网注入恒定电流后的电位分布进行计算。利用这一方法，计算分析了一个实际的变电站接地系统。通过对计算的数据进行绘图，分析接地网地表的电位分布情况，提高了接地网的安全性。

主权项

1.一种大容量柔直换流器水、电、光路的电位分布及优化方法，其特征在于：设一恒定电流I由接地极分散泄流流入大地，土壤电阻率为ρ，以无穷远处为电位参考点；由于使用恒流源，设导体表面电位相等，可得到边界条件：V|Γ＝C   (1)式中C为常数如果电极长度总长为L，通过L泄流的总电流为I，将L划分为n个微段，第j微段的长度为Lj，其中心为Oj，第j微段泄流电流为Ij，则：由叠加原理可得到通过L泄流的电流I在P点产生的电位：G(P,Oj)为以Oj为等效中心的单位电流源在P点产生的电位；G(i,j)为第j微段施加单位电流源时在第i微段上产生的电压，在此定义为互电阻，用Rij表示；当i＝j时，Rij为自电阻；上式变为：根据边界条件，设电极电位为VG，则由式(3)和式(6)构成了n+1阶方程组，写成矩阵形式为：RI‑AVG＝B   (7)式中：I＝[I1 I2 L In]T   (9)A＝[1 1 L 1 0]T   (10)B＝[0 0 L 0 I]T   (11)根据接地电阻的定义，即接地电阻R为接地体的电位与流过接地体的电流I之比，即R＝VG/I   (12)因此，求解方程组(7)得到VG和Ij就可求得接地电阻R，通过式(5)可得到土壤中任一点P的电位；G(P，Oj)代表单位电流由一个单元j注入土壤时在P点产生的电位；当P点距离微段Lj很远，可将整段电极Ij看为集中在该段中心Oj的点源处理，如果土壤为均匀土壤，则：式中r和r'分别为点P与第j微段中心点Oj及其镜像点Oj'的距离，r、r′＞＞Lj；当P点和微段L_j接近，特别是P点在L_j微段表面时，采用点电极的电位计算公式将带来很大的误差；将微段L_j分为m个大小相等的微分段；设为由微分段kj流入土壤的电流，将从j微段流入土壤的电流定义为单位电流，则：设为单位电流由微分段kj注入土壤时在点P产生的电位，其计算公式为：式中，a为导体半径，b为微分段长度；λ是一个待定参数，且λ大于零；r、z分别为点P的横坐标和纵坐标；K0和K1分别为零阶和一阶第二类修正贝赛尔函数；式(15)是接地体在无限均匀介质中的情况，对于半无限介质，则可采用镜像法求得点P的电位为：当点P与Lj微段接近时，有：设有单位电流注入第j微段，则第j微段的电位升在数值上等于Rjj，将点P分别固定于各微分段上，再由导体等电位的边界条件，可得到如下N+1个方程组：为第j微段的各微分段之间的互电阻，当k＝m时，为第k微分段的自电阻；为将P点固定在微分段m上，单位电流注入k微分段时在点m产生的电位；求解时，当微分段m距微分段k距离较远时，二者之间的距离远大于微分段长度，则可采用点电极公式(13)求解，否则采用式(16)求解；联立求解方程组(18)，则得到和第j段的自电阻R_jj；微分段i和微分段j的互电阻Rij为第j微段上的单位泄流电流在第i段上产生的平均电位：式中L_i为第i微段接地体长度；P为第i段上的微分段ds中心点；为电流注入j微段在点产生的电位；为简化积分，当i、j两段相距较远时，可以将L_i和L_j微段作为点来处理，这时R_ij就可用公式(13)计算，将该式中点P固定在i段中心即为R_ij的值；当i、j两段相距较近时，对分别在i段上的三个点(两个端点和一个中心点)，用式(17)计算和取三者的平均值作为R_ij的近似值。