一种评估变压器脆弱性的方法、系统、设备及介质与流程

本发明属于领域，具体属于一种评估变压器脆弱性的方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、电力系统的发展已经步入了大电网、大机组、特高压的时代,电力供应的好坏直接影响着经济的发展速度。因此,保证电力供应的可靠性是目前电力系统的热点研究问题。而对电力系统稳定性和可靠性影响最大的就是设备故障,设备故障不仅会造成极大的经济损失,还会严重影响人们的生产和生活安全。

2、交流电网直流偏磁问题是近年来随着高压/特高压直流输电事业迅猛发展而诱发的一系列问题。直流偏磁风险主要表现是电力系统接地运行的电力变压器遭受地中直流电流的入侵而产生的铁芯饱和现象，以及过励磁、振动、发热和噪声等一系列不正常工作状态。除了直流输电单极大地返回运行电流以外，其他的一些因素也会导致变压器直流偏磁风险，比较突出的例子包括太阳风暴干扰地磁场产生的地磁感应电流、城市轨道交通、光伏、新能源系统以及其他牵引系统的杂散电流。一方面，交流电网由于直流工程的大量应用将承受着较高的直流偏磁风险，另一方面，其他热门行业和新兴产业也有可能对交流系统造成直流偏磁风险。

3、电力系统脆弱环节的辨识方法和其评价流程称为电网脆弱性评估。风险是指一件事件发生的概率与其导致后果的综合度量,对于电力系统来说,提前进行风险评估,可在一定程度上减少系统发生故障的可能。由于引发电力系统变压器直流偏磁的成因不同，因此,系统发生直流偏磁的指标也要就不同成因来计算标定。目前基于复杂网络理论的电网脆弱性分析，往往是对电网的关键线路和节点进行辨识，通过增强线路以及节点的韧性来提升电网整体的可靠性、供电稳定性。针对电网的重要基础设置，例如电力变压器的直流偏磁风险评估，一般是通过在线监测的手段进行评估，包括通过监测变压器的噪声、振动，中性点电流等，该方法的缺陷在于没有办法在规划期进行提前布置与预防。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种评估变压器脆弱性的方法、系统、设备及介质，用以解决现有相关技术中存在无法在规划期对电网变压器脆弱性进行提前布置与预防评估方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种评估变压器脆弱性的方法，包括以下步骤：

4、基于目标区域所的土壤参数、电网参数和地理位置参数建立交流系统内直流电流分布模型；

5、基于交流系统内直流电流分布模型，以及大地电导率信息和历史地磁暴数据，得到地磁暴引起变压器直流偏磁风险时的脆弱性评估指标；

6、当直流输电单极大地运行时，基于交流系统内直流电流分布模型，得到任意两个变压器的节点电压和偏磁电流，基于偏磁电流得到电网系统的节点熵和线路熵，基于节点熵和线路熵，得到直流输电单极大地运行引起变压器直流偏磁风险时的评估指标；

7、基于地铁杂散电流分布，以及交流系统内直流电流分布模型得到地铁运行引起的偏磁电流分布熵，基于偏磁电流分布熵，以及钢轨对地电位和杂散电流的概率分布，得到地铁运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标；

8、采用熵权法-层次分析法对所述地磁暴引起的变压器直流偏磁风险脆弱性评估指标、直流输电单极大地运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标和地铁运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标进行处理，得到电网变压器综合脆弱性评估结果。

9、进一步的，所述的电网参数包括线路信息、母线运行信息、电网接线信息和变电站接地电阻信息；

10、所述的地理位置参数包括变电站地理位置和直流接地极地理位置。

11、进一步的，所述基于交流系统内直流电流分布模型，以及大地电导率信息和历史地磁暴数据，得到地磁暴引起的变压器直流偏磁风险脆弱性评估指标的过程为：

12、将电力系统地磁暴灾害风险定义为：地磁暴灾害发生的可能性与引起的电力系统故障灾害严重性的综合度量关系，所述地磁暴灾害发生的可能性与引起的电力系统故障灾害严重性的综合度量关系为地磁暴引起的变压器直流偏磁风险脆弱性评估指标；

13、所述地磁暴灾害发生的可能性与引起的电力系统故障灾害严重性的综合度量关系为：

14、r(esd)＝p(esd)s(x,y,esd)；

15、式中，p(esd)为地磁暴感应电场esd发生的概率；s(x,y,esd)为地磁暴灾害下电力系统故障的程度,其中，其中，x和y分别为电力系统状态量和代数量,代表系统当前运行方式。

16、进一步的，所述直流输电单极大地运行时，造成周边变压器存在偏磁电流，基于交流系统内直流电流分布模型，得到任意两个变压器的节点电压和偏磁电流，包括以下步骤：

17、假设有n个变电站和发电厂，m条母线，基于场路耦合原理应用节点电压法求解变压器直流电流为:

18、i＝g·v

19、式中，i为直流接地极注入电流，g为电导；v为节点电压；

20、则变压器节点注入电流列向量和母线节点注入电流列向量为：

21、

22、式中，i1为变压器节点注入电流列向量；i2为母线节点注入电流列向量；v1为变电站接地极处感应电位；v2为母线节点电压；

23、其中，母线节点用于联络作用，则i2＝0，经推导得:

24、i1＝g11·v1+g12·g22-1g21·v1；

25、变压器的铁心励磁曲线半偏饱和程度越高，其直流偏磁情况越严重，而变压器直流偏磁电流限值的估算与变压器磁通模型有关；

26、当变压器磁通模型为自耦变时，中性点电流大小考虑其串联绕组与公共绕组中流过直流电流产生的直流磁通，基于其相柱铁心承受的直流磁动势和绕组的等效匝数折算的等效电流，定义直流偏磁电流的大小：

27、

28、

29、式中：fmmdc为变压器直流磁动势；nw为变压器绕组数；nk和ik分别为绕组匝数和直流电流；idc为直流偏磁电流；neq为等效绕组匝数。

30、进一步的，所述基于偏磁电流得到电网系统的节点熵和线路熵，基于节点熵和线路熵，得到直流输电单极大地运行引起变压器直流偏磁风险时的评估指标的过程为：

31、所述节点熵表示为：

32、

33、其中，节点熵hn∈(0，1),节点熵的值越大表示节点电流分布越不均匀；idc(k)为节点值落在第k个连续区间的个数,也就是第k个变压器的直流偏磁电流；为节点偏磁电流总和；const4为常数,其取值使hn落在0到1之间；

34、所述线路熵表示为：

35、

36、其中，线路熵he∈(0，1),其值越大表示线路电流分布越不均匀；线路电流值落在第k个连续区间的个数,也就是第k个变压器的直流偏磁电流；为线路偏磁电流总和；const5为常数,其取值使he落在0到1之间；

37、则直流输电单极大地运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标hi为：

38、hi＝β1hn+β2he；

39、其中，β1与β2分别为权重系数，由层析分析法和熵权法综合确定；

40、基于节点熵和线路熵，以及直流接地极发生单极大地运行的概率，得到直流输电单极大地运行引起变压器脆弱性风险评估指标r(espo)为：

41、r(espo)＝p(espo)s(x,y,espo)；

42、式中，p(espo)为e(spo)发生的概率,一般由统计直流极发生单极大地运行的次数决定:s(x,y,espo)为直流输电单极大地运行引起的电力系统故障的程度,其中,x和y分别为电力系统状态量和运行量，代表系统当前运行方式,此时s(x,y,espo)由变压器直流偏磁风险评估指标hi，也就是hn与he表示：

43、s(x,y,espo)＝{hn,he}。

44、进一步的，所述地铁运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标r(est)为：

45、r(est)＝p(est)s(x,y,est)；

46、式中，p(est)为e(st)发生的概率:s(x,y,est)为地铁运行引起的电力系统故障的程度,其中,x和y分别为电力系统状态量和运行量，代表系统当前运行方式。

47、进一步的，所述电网变压器综合脆弱性评估结果为：

48、r＝α1r(esd)+α2r(espo)+α3r(est)；

49、式中，α1、α2、α3以及β1和β2分别为权重系数，由熵权法-层次分析法综合确定，r(esd)为地磁暴引起的变压器直流偏磁风险脆弱性评估指标，r(espo)为直流输电单极大地运行引起变压器脆弱性风险评估指标，r(est)为地铁运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标。

50、一种评估变压器脆弱性的系统，包括：

51、预处理单元，被配置为：

52、用于基于目标区域所的土壤参数、电网参数和地理位置参数建立交流系统内直流电流分布模型；

53、第一评估指标单元，被配置为：

54、用于基于交流系统内直流电流分布模型，以及大地电导率信息和历史地磁暴数据，得到地磁暴引起的变压器直流偏磁风险脆弱性评估指标；

55、第二评估指标单元，被配置为：

56、用于当直流输电单极大地运行时，基于交流系统内直流电流分布模型，得到任意两个变压器的偏磁电压和偏磁电流，基于偏磁电流得到电网系统的节点熵和线路熵，基于节点熵和线路熵，得到直流输电单极大地运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标；

57、第三评估指标单元，被配置为：

58、用于基于地铁杂散电流静态分布，以及交流系统内直流电流分布模型得到地铁运行引起的偏磁电流分布熵，基于偏磁电流分布熵，以及钢轨对地电位和杂散电流的概率分布，得到地铁运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标；

59、输出单元，被配置为：

60、用于采用熵权法-层次分析法对所述地磁暴引起的变压器直流偏磁风险脆弱性评估指标、直流输电单极大地运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标和地铁运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标进行处理，得到电网变压器综合脆弱性评估结果。

61、一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如所述评估变压器脆弱性的方法的步骤。

62、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述评估变压器脆弱性的方法的步骤。

63、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

64、本发明提供一种评估变压器脆弱性的方法、系统、设备及介质，包括以下步骤：基于目标区域所的土壤参数、电网参数和地理位置参数建立交流系统内直流电流分布模型；基于交流系统内直流电流分布模型，以及大地电导率信息和历史地磁暴数据，得到地磁暴引起的变压器直流偏磁风险脆弱性评估指标；当直流输电单极大地运行时，基于交流系统内直流电流分布模型，得到任意两个变压器的偏磁电压和偏磁电流，基于偏磁电流得到电网系统的节点熵和线路熵，基于节点熵和线路熵，得到直流输电单极大地运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标；基于地铁杂散电流静态分布，以及交流系统内直流电流分布模型得到地铁运行引起的偏磁电流分布熵，基于偏磁电流分布熵，以及钢轨对地电位和杂散电流的概率分布，得到地铁运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标；采用熵权法-层次分析法对所述地磁暴引起的变压器直流偏磁风险脆弱性评估指标、直流输电单极大地运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标和地铁运行引起的变压器直流偏磁风险评估指标进行处理，得到电网变压器综合脆弱性评估结果；本技术首先分别建立由地磁暴、直流输电单极大地运行、城市轨道交通所引起的变压器直流偏磁风险脆弱性评估指标,其次通过层次分析法-熵权法确认每个指标的综合权重，最后获得考虑直流偏磁风险的变压器脆弱性综合指标，该指标一定程度上可以反应变压器的直流偏磁风险，为变压器规划以及直流偏磁预防做理论支撑和依据。