CN107894544B - 一种区域直流地电位波动源的定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种区域直流地电位波动源的定位方法；该方法根据区域交流电网变电站接地中性点直流监测***，获取区域电网所有接地中性点直流电流大小和方向；根据区域交流电网中数个边沿位置的变电站变压器中性点电流的方向确定波动源电流的方向，即波动源电流方向与边沿变电站的中性点电流方向相同。如果出现边沿变电站与波动源方向相反的情况，则以该区域作为波动源区域；轨道交通运行方式下已有的变压器直流电流监测数据为基础，考虑网络直流电流参数和大地电阻率参数；然后结合变电站地理位置信息，在波动源区域机设置波动源位置和大小，得出变电站中性点直流电流分布，并与测量结果作对比，调整波动源大小和位置，直到误差满足要求。

Description

一种区域直流地电位波动源的定位方法
技术领域
本发明涉及输变电技术领域，更具体地，涉及一种区域直流地电位波动源的定位方法。
背景技术
最近的多项研究发现，磁暴、高空核爆、城市轨道交通、直流输电***单极大地运行等活动会引起大范围地表电位的明显波动，从而在电力***接地运行的变压器中性点上产生直流电流或者是近似于直流电流的甚低频电流。这个电流不仅危及交流电网的安全运行，也会对地下金属管道和工业用电设备产生众多不利影响，不仅会造成大地电位波动源附近地区的电力***和地下金属管网***的不正常工作，地震监测台网误报，还会产生一系列连锁反应，造成重大的安全事故和经济损失，给现代社会带来巨大的负面影响。
输电网络由于其广阔的地理分布和低阻网络特性，地电位波动能够在电力***内产生特征电流分布，所以输电网络是一个能够很好地发现地电位波动的监测网络。限于目前电力***内并未针对地电位波动来布置相关的变压器中性点监测装置，如何去监测变压器中性点电流，再从电流监测值来反演地电位波动源的强度和位置是一项十分有意义的工作。
目前国内外针对直流输电大地返回运行方式下交流***内的特征电流分布进行了大量的研究，但这些研究属于正向思维的研究，即在波动源已知的情况下计算地电位的波动，从而计算电力***内的直流电流分布。已知电力***内变压器中性点的特征形态电流分布反演波动源参数(波动源形态、波动源电流大小和波动源位置)，实现地电位波动源定位亟待解决。
发明内容
本发明提供一种直流地电位波动源的定位方法，该方法可实现初步判据波动源位置和方向，并计算出区域地电位波动源的位置和电流大小。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种区域直流地电位波动源的定位方法，包括以下步骤：
S1：监测区域交流电网变电站接地中性点，获取区域电网所有接地中性点直流电流大小和方向；
S2：根据区域交流电网中数个边沿位置的变电站变压器中性点电流的方向确定波动源电流的方向，并确定波动源区域；
S3：交流电网的直流电流分布模型由节点和支路组成，结合场路耦合模型建立波动源与直流分布电流关系；
S4：结合变电站地理位置信息，在波动源区域随机设置波动源位置和大小，得出变电站中性点直流电流分布，并与测量结果作对比，调整波动源大小和位置，直到误差满足要求。
进一步地，根据区域交流电网中边沿位置的变电站变压器中性点电流的方向与波动源电流的方向相同，选取变压器中性点电流方向与波动源方向相反的变电站附近区域作为波动源区域。
进一步地，所述步骤S3中的过程是：
令S＝UI，其中，S为电导矩阵，U为节点电压，I为节点注入电流：
即
其中Ag节点电压与接地节点电压间关联矩阵，Gg变电站接地电导矩阵；
P＝ФgCG+ФdcCdc (3)
其中P为地表电位，Фg为变电站间互阻，Фdc为变电站波动源间互阻，Cg为变电站注入电流，Cdc为波动源注入电流；
Cg＝Фg(Ug-P)＝Фg(AgU-P) (4)
联立(2),(3),(4)，得到U：
其中K1，K2均为中间矩阵，式(5)代表变压器中性点对干扰源的响应。
进一步地，当误差在0.1％以下时，确定波动源电流大小。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明方法根据区域交流电网变电站接地中性点直流监测***，获取区域电网所有接地中性点直流电流大小和方向；考虑导线直流阻抗、变电站接地电阻、大地土壤电阻率等因素，结合中性点电流监测网络，根据区域交流电网中数个边沿位置的变电站变压器中性点电流的方向确定波动源电流的方向，即波动源电流方向与边沿变电站的中性点电流方向相同。如果出现边沿变电站与波动源方向相反的情况，则以该区域作为波动源区域；轨道交通运行方式下已有的变压器直流电流监测数据为基础，考虑网络直流电流参数和大地电阻率参数，开发地电位分布计算软件；然后结合变电站地理位置信息，在波动源区域机设置波动源位置和大小，得出变电站中性点直流电流分布，并与测量结果作对比，调整波动源大小和位置，直到误差满足要求。
附图说明
图1为本发方法的流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种区域直流地电位波动源的定位方法，包括以下步骤：
S1：监测区域交流电网变电站接地中性点，获取区域电网所有接地中性点直流电流大小和方向；
S2：根据区域交流电网中数个边沿位置的变电站变压器中性点电流的方向确定波动源电流的方向，并确定波动源区域；
S3：交流电网的直流电流分布模型由节点和支路组成，结合场路耦合模型建立波动源与直流分布电流关系；
S4：结合变电站地理位置信息，在波动源区域随机设置波动源位置和大小，得出变电站中性点直流电流分布，并与测量结果作对比，调整波动源大小和位置，直到误差满足要求。
根据区域交流电网中边沿位置的变电站变压器中性点电流的方向与波动源电流的方向相同，选取变压器中性点电流方向与波动源方向相反的变电站附近区域作为波动源区域。
步骤S3中的过程是：
令S＝UI，其中，S为电导矩阵，U为节点电压，I为节点注入电流：
即
其中Ag节点电压与接地节点电压间关联矩阵，Gg变电站接地电导矩阵；
P＝ФgCg+ФdcCdc (3)
其中P为地表电位，Фg为变电站间互阻，Фdc为变电站波动源间互阻，Cg为变电站注入电流，Cdc为波动源注入电流；
Cg＝Фg(Ug-P)＝Фg(AgU-P) (4)
联立(2),(3),(4)，得到U：
其中K1，K2均为中间矩阵，式(5)代表变压器中性点对干扰源的响应。
在地电位分布软件中，建立电网模型，并在波动源区域对其进行网格划分；在每个网格中心逐次放置波动源进行仿真计算；变电站中性点电流值与波动源电流值呈线性关系，将仿真结果与监测变中性点直流特征值进行对比，确定波动源位置；在上述步骤的基础上，增减仿真电流值，当误差在0.1％以下时，确定波动源电流大小。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种区域直流地电位波动源的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：监测区域交流电网变电站接地中性点，获取区域电网所有接地中性点直流电流大小和方向；
S2：根据区域交流电网中数个边沿位置的变电站变压器中性点电流的方向确定波动源电流的方向，并确定波动源区域；
S3：交流电网的直流电流分布模型由节点和支路组成，结合场路耦合模型建立波动源与直流分布电流关系；
S4：结合变电站地理位置信息，在波动源区域随机设置波动源位置和大小，得出变电站中性点直流电流分布，并与测量结果作对比，调整波动源大小和位置，直到误差满足要求。
2.根据权利要求1所述的区域直流地电位波动源的定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据区域交流电网中边沿位置的变电站变压器中性点电流的方向与波动源电流的方向相同，选取变压器中性点电流方向与波动源方向相反的变电站附近区域作为波动源区域。
3.根据权利要求1所述的区域直流地电位波动源的定位方法，其特征在于，所述步骤S3中的过程是：
令S＝UI，其中，S为电导矩阵，U为节点电压，I为节点注入电流：
即
其中Ag节点电压与接地节点电压间关联矩阵，Gg变电站接地电导矩阵；
P＝ΦgCg+ΦdcCdc (3)
其中P为地表电位，Φg为变电站间互阻，Φdc为变电站波动源间互阻，Cg为变电站注入电流，Cdc为波动源注入电流；
Cg＝Φg(Ug-P)＝Φg(AgU-P) (4)
联立(2)，(3)，(4)，得到U：
其中K1，K2均为中间矩阵，式(5)代表变压器中性点对干扰源的响应。
4.根据权利要求1所述的区域直流地电位波动源的定位方法，其特征在于，所述步骤S4中，当误差在0.1％以下时，确定波动源电流大小。
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