[发明专利]一种三维非对称结构土壤模型下基于场路耦合的直流偏磁计算方法

说明书

一种三维非对称结构土壤模型下基于场路耦合的直流偏磁计算方法，通过需要计及的直流偏磁影响范围确定土壤模型的尺寸，将模型离散为边长2m的小立方体；通过实际的测点数据，确定模型的区块划分；将反演的三维电阻率映射至各区块，非三维电阻率数据通过转换后映射；通过注流试验数据确定注流点坐标，施加激励，确定边界条件，划分网格，进行地表电位计算；确定观测路径，与注流试验结果进行对比，修正土壤模型；获取接地极周边电力系统接线图，坐标等参数，搭建直流电路模型；输入各节点电势，进行直流偏磁计算。本发明从初始模型出发，提高了直流偏磁的计算精度，在直流工程投运后减少了保护误动或拒动的可能，提高了电力系统运行的稳定性。

技术领域

本发明属于大地土壤电性结构建模及变压器偏磁电流计算领域，特别涉及一种三维非对称结构土壤模型下基于场路耦合的直流偏磁计算方法，主要用于直流偏磁的计算。

背景技术

高压直流输电具有输送容量大，经济性高等特点，在我国能源与负荷中心不平衡分布的背景下发展迅速。随着输送容量，电压等级的提高，直流接地极对周边电力系统的直流偏磁影响也愈发突出。所以，在直流接地极选址与设计阶段，必须对周边电力系统的偏磁影响进行评估。而评估的精准度直接受所采用的土壤模型影响。

现有的土壤电性结构建模主要有两种方法，一是将土壤在深度方向分层，认为在单个层深范围内的土壤电阻率是均匀的；二是先将土壤在深度方向分层，然后在单个层深范围内认为土壤电阻率关于垂直于层深方向的轴对称，电阻率自注流点呈射线状变化。上述两种建模方法均均忽略了土壤电阻率各向异性特性，致使其计算的地表电位分布存在较大误差，最终导致对直流偏磁影响的评估失准，不利于电力系统的安全运行。

现有的土壤电性建模中，主要有水平分层土壤模型和复合分层土壤模型。水平分层结构将某一深度区域电阻率变化较小的土壤近似处理为一个电阻率分布均匀的分层结构，一般将整个土壤模型分为三至七个分层；主要缺点在于只考虑了土壤电阻率在深度方向的变化，且分层数较少。复合分层结构在深度方向的分层结构与水平分层结构类似，在垂直于深度方向认为电阻率以接地极为原点沿射线方向变化，其最终的分层结构关于深度方向呈轴对称分布；然而实际的土壤因为岩层和土体的组合方式的不同，在横、纵方向上呈现出不同的电阻率，且可能具有很大差异，如在横向上表现为高阻特性，而在纵向上表现为低阻特性。所以，上述的两种土壤模型均不能真实的反映土壤的电性结构，最终将使得偏磁电流评估失准，危害电网的安全运行和增大经济投入。

现阶段的偏磁电流主要是根据水平分层或复合分层土壤模型正演得到的地表电位进行计算。现有的关于偏磁电流计算方法的专利，如ZL201510093440.0“多直流接地极不同运行方式下直流偏磁电流影响站点的预测方法”，提供了一种多直流接地极不同运行方式下直流偏磁电流影响站点的预测方法，通过监测装置获取变压器中的偏磁电流数据，采用这些数据对假想的水平分层模型进行修正，由此得到较为准确的地表电位分布情况，进而对偏磁电流的分布进行预测。这一方法虽然对土壤模型进行了修正，但其采用的水平分层土壤模型将真实的电性结构做了很大程度的简化，只考虑了土壤电阻率在深度方向上的变化，与实际情况差别较大，所以使得其偏磁电流计算结果仍存在较大误差。

发明内容

为此，本发明提供一种三维非对称结构土壤模型下基于场路耦合的直流偏磁计算方法，通过建立高度模拟真实电性结构的土壤模型，充分考虑土壤电阻率的各向异性特性，提高偏磁电流的计算精度。

本发明采取的技术方案为：

一种三维非对称结构土壤模型下基于场路耦合的直流偏磁计算方法，通过需要计及的直流偏磁影响范围确定土壤模型的尺寸，将模型离散为边长2m的小立方体；通过实际的测点数据，确定模型的区块划分；将反演的三维电阻率映射至各区块，非三维电阻率数据通过转换后映射；通过注流试验数据确定注流点坐标，施加激励，确定边界条件，划分网格，进行地表电位计算；确定观测路径，与注流试验结果进行对比，修正土壤模型；获取接地极周边电力系统接线图，坐标等参数，搭建直流电路模型；输入各节点电势，进行直流偏磁计算。