一种直流输电系统中抑制直流偏磁设备的优化配置方法
【专利摘要】本发明提供一种直流输电系统中抑制直流偏磁设备的优化配置方法，通过建立土壤电场分布及交流系统仿真模型；直流影响因素接入变压器中性点；调节变压器中性点接地方式并求值；建立抑制直流偏磁装置的等效电路模型；设置并完善各个直流偏磁抑制电路方案；确定设备安装数量最少为最终方案。本发明提出的方法有效且可靠地实现了对直流输电系统中抑制直流偏磁设备的全面优化配置，在不增加额外费用及工作量的基础上，能够针对多种运行方式提出最优的设备配置方案，为直流输电系统中抑制直流偏磁设备配置工作提供了全面且有效的依据，有效提高了直流输电系统中抑制直流偏磁设备配置的准确性及防护效率，进而提高了直流输电系统的运行稳定性。
【专利说明】
一种直流输电系统中抑制直流偏磁设备的优化配置方法
技术领域
[0001] 本发明涉及特高压直流领域，具体涉及一种直流输电系统中抑制直流偏磁设备的 优化配置方法。
【背景技术】
[0002] 在直流输电系统单极对地或双极不对称运行方式下，可能有上千安培甚至数千安 培的直流电流从接地极流入大地，在土壤中形成电位分布，从而导致一定范围内交流系统 中性点直接接地的变压器存在不同程度的直流偏磁现象。
[0003] 为解决变压器直流偏磁问题，常见的抑制直流偏磁设备主要采取限流和隔直的方 法。现有抑制直流偏磁设备的配置方案主要来源于以下两种：工程实际，或仿真计算。基于 工程实际的配置方案一般针对已投运工程，根据现场观测到的直流，判断需要配置抑制直 流偏磁设备的安装位置和数量。基于仿真计算的配置方案可用于未投运或已投运工程，通 常对直流接地极附近的交流系统进行直流分布计算，根据计算结果初步预测设备的配置方 案，然后分期配置抑制直流偏磁设备，边安装边测量整改设备配置方案，对配置方案依据实 际运行结果进行修正，通过工程实际的验证最终实现设备的全面布置。
[0004] 由于抑制直流偏磁设备接入电网，作为交流电网的一部分，将改变交流系统的直 流分布，对交流系统的设备运行、保护装置等设备都存在影响，因此，仅根据现有的工程测 量值或简单的固定运行方式的仿真计算，无法得出直流偏磁的全面解决方案。利用边安装 边测试的方式配置抑制直流偏磁设备，可能增加不必要的费用和工作量。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供的一种直流输电系统中抑制直流偏磁设备的优化配置方 法，该方法有效且可靠地实现了对于直流输电系统中抑制直流偏磁设备的全面优化配置， 在不增加额外费用及工作量的基础上，能够针对多种运行方式提出最优的设备配置方案， 为直流输电系统中抑制直流偏磁设备配置工作提供了全面且有效的依据，有效提高了直流 输电系统中抑制直流偏磁设备配置的准确性及防护效率，进而提高了直流输电系统的运行 稳定性。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种直流输电系统中抑制直流偏磁设备的优化配置方法，所述方法对安装在直流 输电系统中的特高压直流接地极处变压器的抑制直流偏磁设备进行优化配置;所述方法包 括如下步骤：
[0008] 步骤1.建立目标区域的土壤电场分布仿真模型及交流系统的仿真模型；
[0009] 步骤2.将所述直流影响因素接入交流系统中变压器中性点；
[0010] 步骤3.调节变压器中性点接地方式，求取不同运行方式下各个变压器的中性点直 流电流、直流平均值及交流电流的有效值；
[0011] 步骤4.建立抑制直流偏磁装置的等效电路模型；
[0012] 步骤5.在各个直流电流超标点设置并完善各个直流偏磁抑制电路方案；
[0013] 步骤6.比对全部的直流偏磁抑制电路方案，将其中设备安装数量最少的方案确定 为最终的抑制直流偏磁设备的优化配置方案。
[0014] 优选的，所述步骤1包括：
[0015] 1-1.应用⑶EGS分析软件搭建接地极处的所述土壤电场分布仿真模型；
[0016] 1-2.根据所述土壤电场分布仿真模型，得到直流影响因素；
[0017] 1-3.搭建所述目标区域的交流系统的仿真模型。
[0018] 优选的，所述步骤1-2中的所述直流影响因素包括：
[0019]直流特高压线路单极运行时的地面电位及电流分布的影响因素和规律。
[0020] 优选的，所述步骤2包括：
[0021] 2-1.将所述直流影响因素等效为直流电压源；
[0022] 2-2.将所述直流电压源接入交流系统中变压器中性点。
[0023]优选的，所述步骤3包括：
[0024] 3-1.根据运行方式调节变压器中性点接地方式，即等效直流电压源的接入方式；
[0025] 3-2.求取不同运行方式下变压器中性点直流电流，求取不同运行方式下各个变压 器的直流平均值及交流电流的有效值。
[0026]优选的，所述步骤5包括：
[0027] 5-1.根据线路拓扑结构的关联关系，在各个直流电流超标点设置各个所述直流偏 磁抑制电路方案；
[0028] 5-2.完善当前所述接入等效直流偏磁抑制电路方案；
[0029] 5-3.重复步骤5-2,直到完成对全部所述直流偏磁抑制方案的完善。
[0030] 优选的，所述5-1中的所述初选的接入等效直流偏磁抑制电路方案的选取原则包 括：
[0031] a.有关联关系的电路节点中，首选直流电流流入点安装设备；
[0032] b.在与多个节点有关联关系的电路节点中，选取关联节点多的节点安装设备。 [0033]优选的，所述5-2包括：
[0034] c.根据不同的直流偏磁抑制选取方案，在整个系统仿真电路中添加等效直流偏磁 抑制电路；
[0035] d.重新仿真，求取接入等效直流偏磁抑制电路后不同运行方式下各个变压器的最 大直流偏置及最大直流偏置点；
[0036] e.判断是否存在直流电流超标，存在则返回步骤5-1，直至所有直流超标点都已接 入抑制偏磁电路；
[0037] f.建立当前方案接入抑制偏磁电路的直流偏磁超标点集合以及当前直流超标点 在不同工况下的直流电流值集合。
[0038] 从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种直流输电系统中抑制直流偏磁设 备的优化配置方法，通过建立土壤电场分布及交流系统仿真模型;直流影响因素接入变压 器中性点；调节变压器中性点接地方式并求值;建立抑制直流偏磁装置的等效电路模型;设 置并完善各个直流偏磁抑制电路方案;确定设备安装数量最少为最终方案。本发明提出的 方法有效且可靠地实现了对直流输电系统中抑制直流偏磁设备的全面优化配置，在不增加 额外费用及工作量的基础上，能够针对多种运行方式提出最优的设备配置方案，为直流输 电系统中抑制直流偏磁设备配置工作提供了全面且有效的依据，有效提高了直流输电系统 中抑制直流偏磁设备配置的准确性及防护效率，进而提高了直流输电系统的运行稳定性。
[0039] 与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
[0040] 1、本发明所提供的技术方案中，有效且可靠地实现了对直流输电系统中抑制直流 偏磁设备的全面优化配置，在不增加额外费用及工作量的基础上，能够针对多种运行方式 提出最优的设备配置方案，为直流输电系统中抑制直流偏磁设备配置工作提供了全面且有 效的依据。
[0041] 2、本发明所提供的技术方案，有效提高了直流输电系统中抑制直流偏磁设备配置 的准确性及防护效率，进而提高了直流输电系统的运行稳定性。
[0042] 3、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
【附图说明】
[0043] 图1是本发明的一种直流输电系统中抑制直流偏磁设备的优化配置方法的流程 图；
[0044] 图2是本发明的优化配置方法中步骤1的流程示意图；
[0045] 图3是本发明的优化配置方法中步骤2的流程示意图；
[0046] 图4是本发明的优化配置方法中步骤3的流程示意图；
[0047] 图5是本发明的优化配置方法中步骤5的流程示意图；
[0048] 图6是本发明的具体应用例中的交流系统示例示意图；
[0049] 图7是本发明的具体应用例中的直流接地极附近交流系统仿真分析示例示意图；
[0050] 图8是本发明的具体应用例中的直流接地极附近交流系统接入抑制直流偏磁设备 示例示意图。
【具体实施方式】
[0051] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。
[0052] 如图1所示，本发明提供一种直流输电系统中抑制直流偏磁设备的优化配置方法， 方法对安装在直流输电系统中的特高压直流接地极处变压器的抑制直流偏磁设备进行优 化配置；
[0053] 包括如下步骤：
[0054]步骤1.建立目标区域的土壤电场分布仿真模型及交流系统的仿真模型；
[0055] 步骤2.将直流影响因素接入交流系统中变压器中性点；
[0056] 步骤3.调节变压器中性点接地方式，求取不同运行方式下各个变压器的中性点直 流电流、直流平均值及交流电流的有效值；
[0057] 步骤4.建立抑制直流偏磁装置的等效电路模型；
[0058] 步骤5.在各个直流电流超标点设置并完善各个直流偏磁抑制电路方案；
[0059] 步骤6.比对全部的直流偏磁抑制电路方案，将其中设备安装数量最少的方案确定 为最终的抑制直流偏磁设备的优化配置方案。
[0060] 如图2所示，步骤1包括：
[00611 1-1.应用⑶EGS分析软件搭建接地极处的土壤电场分布仿真模型；
[0062] 1-2.根据土壤电场分布仿真模型，得到直流影响因素；
[0063] 1-3.搭建目标区域的交流系统的仿真模型。
[0064] 其中，步骤1-2中的直流影响因素包括：
[0065] 直流特高压线路单极运行时的地面电位及电流分布的影响因素和规律。
[0066] 如图3所示，步骤2包括：
[0067] 2-1.将直流影响因素等效为直流电压源；
[0068] 2-2.将直流电压源接入交流系统中变压器中性点。
[0069] 如图4所示，步骤3包括：
[0070] 3-1.根据运行方式调节变压器中性点接地方式，即等效直流电压源的接入方式；
[0071] 3-2.求取不同运行方式下变压器中性点直流电流，求取不同运行方式下各个变压 器的直流平均值及交流电流的有效值。
[0072] 如图5所示，步骤5包括：
[0073] 5-1.根据线路拓扑结构的关联关系，在各个直流电流超标点设置各个直流偏磁抑 制电路方案；
[0074] 5-2.完善当前接入等效直流偏磁抑制电路方案；
[0075] 5-3.重复步骤5-2,直到完成对全部直流偏磁抑制方案的完善。
[0076] 其中，5-1中的初选的接入等效直流偏磁抑制电路方案的选取原则包括：
[0077] a.有关联关系的电路节点中，首选直流电流流入点安装设备；
[0078] b.在与多个节点有关联关系的电路节点中，选取关联节点多的节点安装设备。
[0079] 其中，5-2包括：
[0080] c.根据不同的直流偏磁抑制选取方案，在整个系统仿真电路中添加等效直流偏磁 抑制电路；
[0081] d.重新仿真，求取接入等效直流偏磁抑制电路后不同运行方式下各个变压器的最 大直流偏置及最大直流偏置点；
[0082] e.判断是否存在直流电流超标，存在则返回步骤5-1，直至所有直流超标点都已接 入抑制偏磁电路；
[0083] f.建立当前方案接入抑制偏磁电路的直流偏磁超标点集合以及当前直流超标点 在不同工况下的直流电流值集合。
[0084]本发明提供一种直流输电系统中抑制直流偏磁设备的优化配置方法的具体应用 例，如下：
[0085] 1)应用⑶EGS分析软件搭建接地极附近的土壤电场分布仿真模型，仿真分析在直 流特高压线路单极运行时的地面电位及电流分布的影响因素及规律；
[0086] 2)搭建所研究地区的交流系统的仿真模型；
[0087] 3)将直流的影响等效为直流电压源接入交流系统中变压器中性点；
[0088] 4)根据运行方式调节变压器中性点接地方式，也即等效直流电压源的接入方式；
[0089] 5)求取不同运行方式下变压器中性点直流电流，求取不同运行方式下各个变压器 的直流平均值/交流电流的有效值；
[0090] 6)建立抑制直流偏磁装置的等效电路模型；
[0091 ] 7)根据线路拓扑结构的关联关系，在直流电流超标点设置接入等效直流偏磁抑制 电路方案。方案选取原则如下：
[0092] a)有关联关系的电路节点中，首选直流电流流入点安装设备；
[0093] b)在与多个节点有关联关系的电路节点中，选取关联节点多的节点安装设备。
[0094] 8)根据上述原则，有多种选配方案。对初选方案进行完善的步骤如下：
[0095] a)根据不同的直流偏磁抑制选取方案，在整个系统仿真电路中添加等效直流偏磁 抑制电路；
[0096] b)重新仿真，按步骤5,求取接入等效直流偏磁抑制电路后不同运行方式下各个变 压器的最大直流偏置;求取最大直流偏置点；
[0097] c)判断是否存在直流电流超标，存在则重复步骤7至步骤9,直至所有直流超标点 都已接入抑制偏磁电路；
[0098] d)建立该方案接入抑制偏磁电路的直流偏磁超标点集合以及该点各种工况下直 流电流值集合。
[0099] 9)对所有直流偏磁抑制方案重复步骤8。
[0100] 10)对8的所有方案进行比对，根据最少设备安装数量确定最佳配置方案。
[0101] 以某直流接地极附近的交流电力系统为例，见图6,验证本专利中所阐述的实现方 法。
[0102] 1)根据CDEGS仿真结果，将各变压器中性点所在位置的直流接入部分等效为电压 源。如图7所示。
[0103] 2)根据图7及图8求取交流系统的直流电流分布。以从接地点流入变压器中性点直 流方向为正，直流分布如下：
[0105] 3)根据第五部分中步骤7的内容，选择抑制偏磁设备配置方案。设置方案如下：
[0106] 方案 1:
[0107] a)初选T2，T4中性点接入抑制直流偏磁设备。
[0108] b)按第五部分步骤8所示内容，进行接入直流偏磁设备后的仿真计算。计算后结果 为：
L0110」C)继续在Tl，T5中性点接入抑制直流偏磁设备，进行接入直流偏磁设备后的仿真 计算。计算后结果为：
[0112] 方案 2:
[0113] a)初选T2，T4中性点接入抑制直流偏磁设备，进行接入直流偏磁设备后的仿真计 算。
[0114] b)继续在Τ5中性点接入抑制直流偏磁设备，进行接入直流偏磁设备后的仿真计 算。计算后结果为：
[0116] 4)综述以上方案，选择方案2，抑制偏磁设备数量最少。结论为:T2，T4和T5中性点 接入抑制直流偏磁设备。
[0117]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对 本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的【具体实施方式】进 行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在 申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种直流输电系统中抑制直流偏磁设备的优化配置方法，其特征在于，所述方法对 安装在直流输电系统中的特高压直流接地极处变压器的抑制直流偏磁设备进行优化配置； 所述方法包括如下步骤： 步骤1.建立目标区域的土壤电场分布仿真模型及交流系统的仿真模型； 步骤2.将所述直流影响因素接入交流系统中变压器中性点； 步骤3.调节变压器中性点接地方式，求取不同运行方式下各个变压器的中性点直流电 流、直流平均值及交流电流的有效值； 步骤4.建立抑制直流偏磁装置的等效电路模型； 步骤5.在各个直流电流超标点设置并完善各个直流偏磁抑制电路方案； 步骤6.比对全部的直流偏磁抑制电路方案，将其中设备安装数量最少的方案确定为最 终的抑制直流偏磁设备的优化配置方案。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括： 1-1.应用CDEGS分析软件搭建接地极处的所述土壤电场分布仿真模型； 1-2.根据所述土壤电场分布仿真模型，得到直流影响因素； 1- 3.搭建所述目标区域的交流系统的仿真模型。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1-2中的所述直流影响因素包括： 直流特高压线路单极运行时的地面电位及电流分布的影响因素和规律。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括： 2- 1.将所述直流影响因素等效为直流电压源； 2- 2.将所述直流电压源接入交流系统中变压器中性点。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括： 3- 1.根据运行方式调节变压器中性点接地方式，即等效直流电压源的接入方式； 3-2.求取不同运行方式下变压器中性点直流电流，求取不同运行方式下各个变压器的 直流平均值及交流电流的有效值。6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括： 5-1.根据线路拓扑结构的关联关系，在各个直流电流超标点设置各个所述直流偏磁抑 制电路方案； 5-2.完善当前所述接入等效直流偏磁抑制电路方案； 5-3.重复步骤5-2，直到完成对全部所述直流偏磁抑制方案的完善。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤5-1中的所述初选的接入等效直流 偏磁抑制电路方案的选取原则包括： a. 有关联关系的电路节点中，首选直流电流流入点安装设备； b. 在与多个节点有关联关系的电路节点中，选取关联节点多的节点安装设备。8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤5-2包括： c. 根据不同的直流偏磁抑制选取方案，在整个系统仿真电路中添加等效直流偏磁抑制 电路； d. 重新仿真，求取接入等效直流偏磁抑制电路后不同运行方式下各个变压器的最大直 流偏置及最大直流偏置点； e. 判断是否存在直流电流超标，存在则返回步骤5-1，直至所有直流超标点都已接入抑 制偏磁电路； f.建立当前方案接入抑制偏磁电路的直流偏磁超标点集合以及当前直流超标点在不 同工况下的直流电流值集合。
【文档编号】H02J3/36GK105914770SQ201610219285
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】王天正, 王冬青, 王康宁, 曹楠, 俞华, 李冰, 王述仲, 陈翔宇, 马晓光, 侯鹏
【申请人】国家电网公司, 国网山西省电力公司电力科学研究院, 南京南瑞集团公司