CN114117754A - 一种交直流电网谐波耦合建模方法及*** - Google Patents

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CN114117754A CN202111332714.9A CN202111332714A CN114117754A CN 114117754 A CN114117754 A CN 114117754A CN 202111332714 A CN202111332714 A CN 202111332714A CN 114117754 A CN114117754 A CN 114117754A
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刘万福
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经慧英
刁凤新
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Electric Power Research Institute of State Grid Eastern Inner Mongolia Power Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种交直流电网谐波耦合建模方法及***，方法包括：获取发生地磁暴时的感应地电场历史数据；根据地磁暴时的感应地电场历史数据，构建交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型；基于交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型，构建交直流电网谐波耦合模型。本发明通过构建交直流电网谐波耦合模型，能够实现对地磁感应电流影响下的交直流电网谐波分布计算与分析，进而提高电网地磁感应电流引起谐波风险的预测能力。

Description

一种交直流电网谐波耦合建模方法及***
技术领域
本发明涉及交直流电网技术领域，特别是涉及一种交直流电网谐波耦合建模方法及***。
背景技术
加拿大和美国分别建了400mm2四***导线的735kV和760kV电压等级电网，由于735kV和760kV电压等级电网导线的单位长度电阻相对小，致使地磁暴在735kV和760kV电网产生的地磁感应电流(geomagnetic induced current，GIC)相对大，1989年3月13日的强地磁暴在北美735kV和760kV电网产生的GIC及其侵害变压器次生的谐波、无功消耗增大干扰，诱发了加拿大魁北克735kV电网发生了大停电，并造成北美60多条输电线路和变电站变压器保护装置相继跳闸，美国多座厂站变压器因谐波引起温升过高导致永久损毁。
随着中国经济的快速发展，中国部分500kV及以上电压等级电网导线的电阻越来越小，特别是与特高压交直流电网配套的500kV输电线路也采用了630mm2和720mm2的四***及导线，输电线路电阻小。根据1989年3月13日地磁暴的强度估算，如果再次发生1989年3月13日相同或类似强度的地磁暴，1000kV淮南和上海站GIC可达700A水平。对比北美电网和中国电网的GIC数据，随着大规模电网的发展，中国已成为世界上地磁暴电网灾害风险最高的国家。中国特高压交直流电网的规模大且复杂，地磁暴产生的GIC侵害特高压交直流电网引起变压器集群谐波干扰的响应机制，以及集群谐波干扰在交直流电网中的传播特征与规律是目前没有研究过的一个新问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种交直流电网谐波耦合建模方法及***，以实现对地磁感应电流影响下的交直流电网谐波分布计算与分析，进而提高电网地磁感应电流引起谐波风险的预测能力。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种交直流电网谐波耦合建模方法，包括：
获取发生地磁暴时的感应地电场历史数据；
根据所述地磁暴时的感应地电场历史数据，构建交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型；
基于所述交流电网变压器谐波源模型、所述直流电网换流变压器谐波源模型、所述直流电网换流桥谐波源模型、所述直流电网谐波网络模型和所述交流电网谐波网络模型，构建交直流电网谐波耦合模型。
可选的，所述交流电网变压器谐波源模型为：
IGIC＝(Vi-Vj)Gij
其中，IGIC为节点i到节点j的地磁感应电流，V和Vj分别为节点i和节点j处的电压值，
Figure BDA0003349509500000021
E为感应地电场，Lij为节点i到节点j的输电线路距离，Gij为导纳矩阵。
可选的，所述直流电网换流桥GIC谐波源模型为：
Figure BDA0003349509500000022
其中，
Figure BDA0003349509500000027
为谐波电流，kT为变压器阀侧空载相电压与网侧相电压的比值，
Figure BDA0003349509500000023
为相位，In为谐波电流有效值，n为谐波次数，n＝12m±1，m为常数，最大值取为15，m＝1,2,…。
可选的，所述直流电网谐波网络模型为：
Figure BDA0003349509500000024
其中，z0和zM分别为直流线路单位长度的自阻抗和互阻抗，rc为直流线路的电阻，μ0为真空导磁率；f(n)为频率，ω(n)为角频率；h为导线距地面高度；aeq为***导线的等值半径，
Figure BDA0003349509500000025
k为***导线数，a为***导线的半径，s为以***导线组成的正多边形的边长，
Figure BDA0003349509500000026
W11、V11、W12、V12均为为常系数，D为线路几何均距。
可选的，所述交流电网谐波网络模型为：
Figure BDA0003349509500000031
其中，Y(n)为网络矩阵，Zc(n)和γ(n)分别为第一函数和第二函数，
Figure BDA0003349509500000032
z(n)和y(n)分别为第三函数和第四函数，z(n)＝r+jω(n)L，y(n)＝g+jω(n)C，r和g分别为电阻和电导，ω(n)为n次谐波下的角频率，g为电导，L和C分别为电感和电容。
可选的，所述基于所述交流电网变压器谐波源模型、所述直流电网换流变压器谐波源模型、所述直流电网换流桥谐波源模型、所述直流电网谐波网络模型和所述交流电网谐波网络模型，构建交直流电网谐波耦合模型，具体包括：
根据所述交流电网变压器谐波源模型、所述直流电网换流变压器谐波源模型、所述直流电网换流桥谐波源模型输出的电流进行叠加，得到谐波电流注入量；
根据所述直流电网谐波网络模型和所述交流电网谐波网络模型，确定谐波耦合导纳矩阵；
将所述交流电网变压器谐波源模型和所述直流电网换流桥谐波源模型输出的电压进行叠加，得到谐波节点电压向量；
根据所述谐波电流注入量、所述谐波耦合导纳矩阵和所述谐波节点电压向量，构建交直流电网谐波耦合模型。
可选的，所述交直流电网谐波耦合模型为：
Figure BDA0003349509500000033
其中，
Figure BDA0003349509500000034
为谐波电流注入量，包括交流电网变压器、直流电网换流变压器以及直流电网换流桥的谐波电流注入；YN为谐波耦合导纳矩阵，包括交流电网谐波网络和直流电网谐波网络；
Figure BDA0003349509500000035
为谐波节点电压向量，包括交流电网变压器，直流电网变压器以及直流电网换流桥的节点谐波电压。
一种交直流电网谐波耦合建模***，包括：
历史数据获取模块，用于获取发生地磁暴时的感应地电场历史数据；
感应地电场模型构建模块，用于根据所述地磁暴时的感应地电场历史数据，构建交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型；
交直流电网谐波耦合模型构建模块，用于基于所述交流电网变压器谐波源模型、所述直流电网换流变压器谐波源模型、所述直流电网换流桥谐波源模型、所述直流电网谐波网络模型和所述交流电网谐波网络模型，构建交直流电网谐波耦合模型。
可选的，所述交流电网变压器谐波源模型为：
IGIC＝(Vi-Vj)Gij
其中，IGIC为节点i到节点j的地磁感应电流，V和Vj分别为节点i和节点j处的电压值，
Figure BDA0003349509500000041
E为感应地电场，Lij为节点i到节点j的输电线路距离，Gij为导纳矩阵。
可选的，所述直流电网换流桥GIC谐波源模型为：
Figure BDA0003349509500000042
其中，
Figure BDA0003349509500000043
为谐波电流，kT为变压器阀侧空载相电压与网侧相电压的比值，
Figure BDA0003349509500000044
为相位，In为谐波电流有效值，n为谐波次数，n＝12m±1，m为常数，最大值取为15，m＝1,2,…。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种交直流电网谐波耦合建模方法及***，方法包括：获取发生地磁暴时的感应地电场历史数据；根据地磁暴时的感应地电场历史数据，构建交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型；基于交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型，构建交直流电网谐波耦合模型。本发明通过构建交直流电网谐波耦合模型，能够实现对地磁感应电流影响下的交直流电网谐波分布计算与分析，进而提高电网地磁感应电流引起谐波风险的预测能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中交直流电网谐波耦合建模方法流程图。
图2为本发明实施例中基于GIC的交直流电网谐波耦合建模方法的流程图；
图3为本发明实施例中提供的交流电网变压器GIC谐波源模型等值电路图；
图4为本发明实施例中交直流电网谐波耦合的等值电路示意图；
图5为本发明实施例中交直流电网谐波耦合建模***结构示意图。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，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。
本发明的目的是提供一种交直流电网谐波耦合建模方法及***，以实现对地磁感应电流影响下的交直流电网谐波分布计算与分析，进而提高电网地磁感应电流引起谐波风险的预测能力。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中交直流电网谐波耦合建模方法流程图，如图1所示，本发明提供了一种交直流电网谐波耦合建模方法，包括：
步骤101：获取发生地磁暴时的感应地电场历史数据；
步骤102：根据地磁暴时的感应地电场历史数据，构建交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型；
步骤103：基于交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型，构建交直流电网谐波耦合模型。
交流电网变压器谐波源模型为：
IGIC＝(Vi-Vj)Gij
其中，IGIC为节点i到节点j的地磁感应电流，V和Vj分别为节点i和节点j处的电压值，
Figure BDA0003349509500000061
E为感应地电场，Lij为节点i到节点j的输电线路距离，Gij为导纳矩阵。
直流电网换流桥GIC谐波源模型为：
Figure BDA0003349509500000062
其中，
Figure BDA0003349509500000063
为谐波电流，kT为变压器阀侧空载相电压与网侧相电压的比值，
Figure BDA0003349509500000064
为相位，In为谐波电流有效值，n为谐波次数，n＝12m±1，m为常数，最大值取为15，m＝1,2,…。
直流电网谐波网络模型为：
Figure BDA0003349509500000065
其中，z0和zM分别为直流线路单位长度的自阻抗和互阻抗，rc为直流线路的电阻，μ0为真空导磁率；f(n)为频率，ω(n)为角频率；h为导线距地面高度；aeq为***导线的等值半径，
Figure BDA0003349509500000066
k为***导线数，a为***导线的半径，s为以***导线组成的正多边形的边长，
Figure BDA0003349509500000067
W11、V11、W12、V12均为为常系数，D为线路几何均距。
交流电网谐波网络模型为：
Figure BDA0003349509500000068
其中，Y(n)为网络矩阵，Zc(n)和γ(n)分别为第一函数和第二函数，
Figure BDA0003349509500000071
z(n)和y(n)分别为第三函数和第四函数，z(n)＝r+jω(n)L，y(n)＝g+jω(n)C，r和g分别为电阻和电导，ω(n)为n次谐波下的角频率，g为电导，L和C分别为电感和电容。
步骤103，具体包括：
根据交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型输出的电流进行叠加，得到谐波电流注入量；
根据直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型，确定谐波耦合导纳矩阵；
将交流电网变压器谐波源模型和直流电网换流桥谐波源模型输出的电压进行叠加，得到谐波节点电压向量；
根据谐波电流注入量、谐波耦合导纳矩阵和谐波节点电压向量，构建交直流电网谐波耦合模型。
交直流电网谐波耦合模型为：
Figure BDA0003349509500000072
其中，
Figure BDA0003349509500000073
为谐波电流注入量，包括交流电网变压器、直流电网换流变压器以及直流电网换流桥的谐波电流注入；YN为谐波耦合导纳矩阵，包括交流电网谐波网络和直流电网谐波网络；
Figure BDA0003349509500000074
为谐波节点电压向量，包括交流电网变压器，直流电网变压器以及直流电网换流桥的节点谐波电压。
图2为本发明实施例中基于GIC的交直流电网谐波耦合建模方法的流程图，如图2，本发明提供了一种考虑地磁感应电流的交直流电网谐波耦合建模方法。依据地磁暴引起的感应地电场历史典型值，计算交流电网变压器绕组和直流电网换流变绕组的GIC分布，分析交流电网变压器和直流电网换流变压器的直流偏磁特性，建立交流电网变压器和直流电网换流变的谐波源模型，同时，直流电网侧还需考虑换流桥的固有谐波特性，建立换流桥谐波源模型。建立交直流电网的谐波参数网络模型，结合交流电网变压器谐波源模型和直流电网的等值谐波模型，进一步构建交直流电网的谐波耦合模型。本发明可以为交直流电网空间天气灾害下的谐波治理提供理论依据，提高电网的抗灾害风险能力，保证电网的安全运行。
具体的，本发明考虑地磁感应电流的交直流电网谐波耦合建模方法，包括：
构建交流电网变压器GIC谐波源模型。
依据地磁暴引起的感应地电场历史典型值，计算交流电网的GIC分布，具体计算模型为：
网络中任意两点间的GIC值有：
IGIC＝(Vi-Vj)Gij
其中，节点电压Vi为
Figure BDA0003349509500000081
其中，Gij为导纳矩阵，E为感应地电场，V/km，Lij为输电线路距离，km。
交流电网中的GIC流经变压器绕组时会造成变压器发生半波饱和现象。由安培环路定律可知，
Ni＝Hl
其中，N为绕组匝数，i为绕组电流，H为磁场强度，l为铁芯磁路的有效长度。
GIC作为准直流，在本发明中按直流电流来处理，直流电流流经变压器绕组后，直流电流流经绕组后会产生一个直流磁通。同时，安培环路定律中的电流I由直流电和交流电组成。GIC作用下安培环路定律为：
NI＝Hl
本发明采用双曲函数拟合磁化曲线，则有
H＝xsh(yB)
其中，B为磁通密度，x、y为与铁芯磁化取向相关的参数Sh()表示双曲函数。
GIC作用下磁通密度为：
Figure BDA0003349509500000082
其中，A为铁芯的有效面积，K为漏磁系数，Φ为磁通量。ΦAC、ΦDC和Φm表示交流磁通、直流磁通和主磁通；
GIC作用下，变压器空载下的励磁电流则为：
Figure BDA0003349509500000091
其中，
Figure BDA0003349509500000092
与变压器设计有关，作为一设计参数本发明中为常数，地电场E一定的情况下，ΦDC也为一常数。
将
Figure BDA0003349509500000093
分别进行傅里叶级数展开，则可获得GIC作用下励磁电流的谐波成分。
将获得的GIC作用下的励磁电流描述为：
Figure BDA0003349509500000094
其中，n为谐波次数，
Figure BDA0003349509500000095
为相位。
将励磁电流in作为一个电流源，替代变压器模型中励磁支路，进一步构建了变压器的GIC谐波源模型。
直流电网换流变GIC谐波源模型的构建，与交流电网变压器GIC谐波源的建模方法一致，这里不再累述。
构建直流电网换流桥GIC谐波源模型。
采用双12脉动换流桥结构，构建特征谐波，其数学模型为：
Figure BDA0003349509500000096
其中，kT为变压器阀侧空载相电压与网侧相电压的比值，
Figure BDA0003349509500000097
为相位，I(n)为谐波电流有效值，n＝12m±1，m＝1,2,…
构建直流电网谐波网络模型。
在谐波作用下，直流线路单位长度的自阻抗和互阻抗可表示为：
Figure BDA0003349509500000098
其中，rc为直流线路的电阻；μ0为真空导磁率；f(n)为频率，ω(n)为角频率；h为导线距地面高度；aeq为***导线的等值半径，W11、W12、V11、V12分别为常系数。
其中，***导线的等效半径的计算公式为：
Figure BDA0003349509500000101
其中，
Figure BDA0003349509500000102
k为***导线数，a为***导线的半径，s为以***导线组成的正多边形的边长。
构建交流电网谐波网络模型。
交流线路的模型采用导纳矩阵的形式给出，具体为：
Figure BDA0003349509500000103
其中，
Figure BDA0003349509500000104
z(n)＝r+jω(n)L，y(n)＝g+jω(n)C，ω(n)为n次谐波下的角频率，r为电阻，g为电导，L为电感，C为电容。
交流电网中，谐波作用下变压器的模型仅对等值电路参数中L进行调整，即n次谐波下，电感增加n倍，其余参数不变。
交流电网中，谐波作用下补偿装置和滤波装置的模型对其模型参数中L和C进行调整，即n次谐波下，电感L增加n倍，电容C增加1/n倍，其余参数不变。
构建交直流电网谐波耦合模型。
采用导纳矩阵进行耦合建模，本发明是基于地磁感应电流注入交流电网变压器和直流电网换流变压器中性点后，引起了变压器直流偏磁，进而产生谐波。同时，直流电网换流桥作为一特征谐波源，也会引起电网谐波分布。为此，交直流电网中存在三个谐波源，根据三个谐波源计算电网的谐波分布，此时，可以用一个通用公式来描述，具体模型为：
Figure BDA0003349509500000105
其中，
Figure BDA0003349509500000106
为谐波电流注入量，包括交流电网变压器，直流电网换流变以及直流电网换流桥的谐波电流注入；YN为谐波耦合导纳矩阵，包括交直流网络；
Figure BDA0003349509500000107
为谐波节点电压向量，包括交流电网变压器，直流电网换流变以及直流电网换流桥的节点谐波电压。
具体而言，该建模方法的主要流程是，计算电网GIC的分布以及流经交流电网变压器绕组和直流电网换流变压器绕组的GIC量值，根据GIC量值计算交流电网的变压器谐波源模型和直流电网的换流变压器谐波源模型，考虑到直流电网换流桥本身也是谐波源，本发明将换流桥采用特征谐波进行建模，通过交直流电网网络模型，将交流电网变压器谐波源、直流电网换流变谐波源以及直流电网换流桥谐波源关联起来，建立了交直流电网谐波耦合模型，其整体建模流程如图2所示。
其中，计算电网GIC分布是依据地磁暴引起的感应地电场，感应地电场的大小与地磁暴的强度有关，地磁暴越大，电网GIC的量值也越大。1989年3月13日诱发加拿大魁北克电网大停电的地磁暴的Dst极大值为-548nT，2004年11月9日地磁暴Dst指数极大值为-282nT，该次地磁暴期间造成广东岭澳核电站的变压器出现了强烈振动和噪声，同时，变压器中性点实测的GIC峰值高达75.5A，1分钟连续均值也超过了50A。由于谐波只与变压器绕组的GIC量值有关，与持续时间无关，为此，分析地磁暴下的电网谐波效益应以最严重的程度进行。本发明计算电网GIC分布时选择三种不同量值的感应地电场，即1V/km、2V/km和3V/km，且3V/km的地电场基本接近1989年3月13日诱发加拿大魁北克电网大停电的地磁暴。
根据电网GIC分布情况，进一步获得交流电网中所有变压器绕组的GIC量值和直流电网中所有环流变压器绕组的GIC量值，即
IGICi＝(Vi-V0)Gi
其中，IGICi为变压器绕组GIC量值，Vi为变压器绕组高压端的节点感应电压，V0为大地感应电压，Gi为变压器绕组电导。
根据变压器绕组GIC量值，按照变压器直流偏磁特性，计算交流电网变压器和直流电网环流变压器的励磁电流，将其计算结果描述为：
Figure BDA0003349509500000111
其中，n为谐波次数，
Figure BDA0003349509500000112
为相位。
根据变压器等值模型，将励磁支路用励磁电流源替代，即可完成变压器GIC谐波源模型的建立。
直流电网换流桥采用特征谐波建立谐波源模型，具体为：
Figure BDA0003349509500000121
其中，kT为变压器阀侧空载相电压与网侧相电压的比值，
Figure BDA0003349509500000122
为相位，I(n)为谐波电流有效值，n＝12m±1，m＝1,2,…
根据谐波源模型，结合交直流电网的谐波网络模型，建立谐波耦合模型，将其描述为：
Figure BDA0003349509500000123
其中，
Figure BDA0003349509500000124
为谐波电流注入量，包括交流电网变压器，直流电网换流变以及直流电网换流桥的谐波电流注入；YN为谐波耦合导纳矩阵，包括交直流网络；
Figure BDA0003349509500000125
为谐波节点电压向量，包括交流电网变压器，直流电网换流变以及直流电网换流桥的节点谐波电压。
变压器GIC谐波源模型，通过变压器等值电路进行GIC谐波源建模。本发明采用变压器T型等值电路，将原有等值电路中的励磁支路更换为励磁电流源，该励磁电流源是由变压器直流偏磁后计算而得，这也是GIC作用下电网产生谐波的起因和源头，此时的励磁电流作为已知值进行计算谐波分布，图2中，R1、L1表示变压器一次绕组的电阻和电感参数，R2、L2表示变压器二次绕组的电阻和电感参数。进行谐波计算时，变压器绕组参数与电网参数合并，按照电网谐波网络建模的方法建立对应的模型，为交直流电网谐波耦合建模提供基础参数数据。
交直流电网谐波的耦合过程，由于引起地磁感应电流的地磁暴在全球几乎同时发生，电网中中性点直接接地的变压器均会有不同量值的GIC流经，这些变压器均为谐波源，同时，由于直流电网换流变压器中性点也直接接地，通过交流电网也可将GIC注入换流变压器绕组，直流输电***的换流变压器也均为谐波源。还有，直流***的换流桥也是造成电网谐波的源头，由于换流器件的开关特性，本发明采用特征谐波进行建模。本发明中，考虑地磁感应电流的影响下，交直流电网存在三类谐波源。将这三类谐波源作为交直流电网的激励，进行谐波耦合建模。交直流多谐波源耦合建模的网络示意图如图4。
图4给出了一条直流线路，直流线路两端均与交流电网相联，
Figure BDA0003349509500000126
和
Figure BDA0003349509500000127
分别表示直流线路两端的谐波电压，
Figure BDA0003349509500000128
和
Figure BDA0003349509500000129
分别表示交流电网变压器GIC引起的谐波注入电流，
Figure BDA0003349509500000131
和
Figure BDA0003349509500000132
分别表示直流线路两端换流变GIC引起的谐波注入电流。通过交直流网络将谐波源关联起来，利用交直流网络矩阵进一步建立谐波耦合模型。
图5为本发明实施例中交直流电网谐波耦合建模***结构示意图，如图5，本发明还一种交直流电网谐波耦合建模***，包括：
历史数据获取模块501，用于获取发生地磁暴时的感应地电场历史数据；
感应地电场模型构建模块502，用于根据地磁暴时的感应地电场历史数据，构建交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型；
交直流电网谐波耦合模型构建模块503，用于基于交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型，构建交直流电网谐波耦合模型。
交流电网变压器谐波源模型为：
IGIC＝(Vi-Vj)Gij
其中，IGIC为节点i到节点j的地磁感应电流，V和Vj分别为节点i和节点j处的电压值，
Figure BDA0003349509500000133
E为感应地电场，Lij为节点i到节点j的输电线路距离，Gij为导纳矩阵。
直流电网换流桥GIC谐波源模型为：
Figure BDA0003349509500000134
其中，
Figure BDA0003349509500000135
为谐波电流，kT为变压器阀侧空载相电压与网侧相电压的比值，
Figure BDA0003349509500000136
为相位，In为谐波电流有效值，n为谐波次数，n＝12m±1，m为常数，最大值取为15，m＝1,2,…。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种交直流电网谐波耦合建模方法，其特征在于，所述方法，包括：
获取发生地磁暴时的感应地电场历史数据；
根据所述地磁暴时的感应地电场历史数据，构建交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型；
基于所述交流电网变压器谐波源模型、所述直流电网换流变压器谐波源模型、所述直流电网换流桥谐波源模型、所述直流电网谐波网络模型和所述交流电网谐波网络模型，构建交直流电网谐波耦合模型。
2.根据权利要求1所述的交直流电网谐波耦合建模方法，其特征在于，所述交流电网变压器谐波源模型为：
IGIC＝(Vi-Vj)Gij
其中，IGIC为节点i到节点j的地磁感应电流，V和Vj分别为节点i和节点j处的电压值，
Figure FDA0003349509490000011
E为感应地电场，Lij为节点i到节点j的输电线路距离，Gij为导纳矩阵。
3.根据权利要求2所述的交直流电网谐波耦合建模方法，其特征在于，所述直流电网换流桥GIC谐波源模型为：
Figure FDA0003349509490000012
其中，
Figure FDA0003349509490000013
为谐波电流，kT为变压器阀侧空载相电压与网侧相电压的比值，
Figure FDA0003349509490000014
为相位，In为谐波电流有效值，n为谐波次数，n＝12m±1，m为常数，最大值取为15，m＝1,2,…。
4.根据权利要求3所述的交直流电网谐波耦合建模方法，其特征在于，所述直流电网谐波网络模型为：
Figure FDA0003349509490000015
其中，z0和zM分别为直流线路单位长度的自阻抗和互阻抗，rc为直流线路的电阻，μ0为真空导磁率；f(n)为频率，ω(n)为角频率；h为导线距地面高度；aeq为***导线的等值半径，
Figure FDA0003349509490000016
k为***导线数，a为***导线的半径，s为以***导线组成的正多边形的边长，
Figure FDA0003349509490000021
W11、V11、W12、V12均为为常系数，D为线路几何均距。
5.根据权利要求4所述的交直流电网谐波耦合建模方法，其特征在于，所述交流电网谐波网络模型为：
Figure FDA0003349509490000022
其中，Y(n)为网络矩阵，Zc(n)和γ(n)分别为第一函数和第二函数，
Figure FDA0003349509490000023
z(n)和y(n)分别为第三函数和第四函数，z(n)＝r+jω(n)L，y(n)＝g+jω(n)C，r和g分别为电阻和电导，ω(n)为n次谐波下的角频率，g为电导，L和C分别为电感和电容。
6.根据权利要求5所述的交直流电网谐波耦合建模方法，其特征在于，所述基于所述交流电网变压器谐波源模型、所述直流电网换流变压器谐波源模型、所述直流电网换流桥谐波源模型、所述直流电网谐波网络模型和所述交流电网谐波网络模型，构建交直流电网谐波耦合模型，具体包括：
根据所述交流电网变压器谐波源模型、所述直流电网换流变压器谐波源模型、所述直流电网换流桥谐波源模型输出的电流进行叠加，得到谐波电流注入量；
根据所述直流电网谐波网络模型和所述交流电网谐波网络模型，确定谐波耦合导纳矩阵；
将所述交流电网变压器谐波源模型和所述直流电网换流桥谐波源模型输出的电压进行叠加，得到谐波节点电压向量；
根据所述谐波电流注入量、所述谐波耦合导纳矩阵和所述谐波节点电压向量，构建交直流电网谐波耦合模型。
7.根据权利要求6所述的交直流电网谐波耦合建模方法，其特征在于，所述交直流电网谐波耦合模型为：
Figure FDA0003349509490000024
其中，
Figure FDA0003349509490000025
为谐波电流注入量，包括交流电网变压器、直流电网换流变压器以及直流电网换流桥的谐波电流注入；YN为谐波耦合导纳矩阵，包括交流电网谐波网络和直流电网谐波网络；
Figure FDA0003349509490000031
为谐波节点电压向量，包括交流电网变压器，直流电网变压器以及直流电网换流桥的节点谐波电压。
8.一种交直流电网谐波耦合建模***，其特征在于，所述***，包括：
历史数据获取模块，用于获取发生地磁暴时的感应地电场历史数据；
感应地电场模型构建模块，用于根据所述地磁暴时的感应地电场历史数据，构建交流电网变压器谐波源模型、直流电网换流变压器谐波源模型、直流电网换流桥谐波源模型、直流电网谐波网络模型和交流电网谐波网络模型；
交直流电网谐波耦合模型构建模块，用于基于所述交流电网变压器谐波源模型、所述直流电网换流变压器谐波源模型、所述直流电网换流桥谐波源模型、所述直流电网谐波网络模型和所述交流电网谐波网络模型，构建交直流电网谐波耦合模型。
9.根据权利要求8所述的交直流电网谐波耦合建模***，其特征在于，所述交流电网变压器谐波源模型为：
IGIC＝(Vi-Vj)Gij
其中，IGIC为节点i到节点j的地磁感应电流，V和Vj分别为节点i和节点j处的电压值，
Figure FDA0003349509490000032
E为感应地电场，Lij为节点i到节点j的输电线路距离，Gij为导纳矩阵。
10.根据权利要求9所述的交直流电网谐波耦合建模***，其特征在于，所述直流电网换流桥GIC谐波源模型为：
Figure FDA0003349509490000033
其中，
Figure FDA0003349509490000034
为谐波电流，kT为变压器阀侧空载相电压与网侧相电压的比值，
Figure FDA0003349509490000035
为相位，In为谐波电流有效值，n为谐波次数，n＝12m±1，m为常数，最大值取为15，m＝1,2,…。
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