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1、10申请公布号CN104201664A43申请公布日20141210CN104201664A21申请号201410474607322申请日20140917H02J1/0020060171申请人国家电网公司地址100031北京市西城区西长安街86号申请人国网湖北省电力公司电力科学研究院武汉大学72发明人阮羚周友斌潘卓洪李念李伟邓万婷杨琪徐碧川文习山鲁海亮74专利代理机构武汉楚天专利事务所42113代理人孔敏54发明名称一种用于高压直流输电系统的分布式接地极的设计方法57摘要一种用于高压直流输电系统的分布式接地极的设计方法，包括步骤一、根据规划和征地初步选定新建接地极的范围，通过全局最优位置变异粒。
2、子群优化算法确定新建接地极的最佳位置；步骤二、由接地极温升确定子极的最大电位升高，并校验跨步电势；步骤三、通过架空线路将所有的接地极以及新建的子极连接；步骤四、建立分布式接地极和交流电网直流电流分布的统一模型；步骤五、根据求解的交流电网中的直流电流分布，预测交流电网中各变压器发生直流偏磁的风险；步骤六、对预测存在直流偏磁风险的变压器，采取措施抑制甚至消除直流偏磁问题带来的不利影响。本发明可减小直流偏磁风险并可预估建成后直流偏磁程度，减少直流偏磁造成的危害。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图1页10申请公布号。
3、CN104201664ACN104201664A1/1页21一种用于高压直流输电系统的分布式接地极的设计方法，其特征在于包括如下步骤步骤一、根据规划和征地初步选定新建接地极的范围，通过全局最优位置变异粒子群优化算法确定新建接地极的最佳位置；步骤二、由接地极温升确定子极的最大电位升高,并校验跨步电势；步骤三、通过架空线路将所有的接地极以及新建的子极连接，组成分布式接地极，分布式接地极的接线方式参考电力系统的变电站接线方式进行；步骤四、建立分布式接地极和交流电网直流电流分布的统一模型，以评估分布式接地极对交流电网直流电流分布的影响；步骤五、根据上述步骤中求解的交流电网中的直流电流分布，预测交流电网。
4、中各变压器发生直流偏磁的风险；步骤六、对预测中存在直流偏磁风险的变压器，采取措施抑制甚至消除直流偏磁问题带来的不利影响。2如权利要求1所述的用于高压直流输电系统的分布式接地极的设计方法，其特征在于步骤一具体为A、定义目标函数，将系统内变压器磁动势平均值最小、变压器平均中性点电流最小或变压器最大中性点电流最小作为目标函数；B、初始化粒子的位置和速度，并取得起始的全局最优解GMINFP1,FPN，T0，其中P1，PN为初始化的N组解，均为包含解的横坐标和纵坐标信息的二维向量，FP1，FPN为P1，PN分别对应的目标函数值，T为优化计算的循环次数，粒子的起始位置和速度应当均匀地分布在整个反演参数的有。
5、效值域之中公式1、2中，XMAX、YMAX和XMIN、YMIN分别为新建直流接地极或变电站横、纵坐标的最大值和最小值，I为01之间的随机数，粒子的起始速度设为0，即C、TT1，对所有NP个粒子，使用公式3产生新的速度VTI，然后按公式4更新粒子位置，并计算每个粒子的目标函数，更新每个粒子的最优位置XI，并取得当前的全局最优解G；公式1中，PI和VI分别为粒子I的速度和位置，为惯性权重，其作用是保持粒子运动的惯性，使算法具有扩展搜索空间的趋势并有能力探索新的区域，05,09，1和2是两个2维的01之间的随机向量；XYXIYI，和为加速系数；D、若目标函数值不再减少或者超出迭代次数，则输出结果，否。
6、则TT1，转入步骤C。权利要求书CN104201664A1/5页3一种用于高压直流输电系统的分布式接地极的设计方法技术领域0001本发明涉及高压直流输电工程设计领域，具体是一种用于高压直流输电系统的分布式接地极的设计方法。背景技术0002目前，我国受端换流站落点往往位于经济发达地区，这些地区人口密度大，电网结构庞大且复杂，而且地下金属设施如输油气和供水管道等众多，这使得传统的常规接地极设计方式下直流接地极选址工作变得越来越困难。同时，随着大容量特高压直流输电工程的大量投运，直流输电入地电流和换流站谐波引发的电磁兼容问题更加突出，直流输电入地电流对环境和其他系统产生一系列不良影响。但传统的换流站。
7、选址主要考虑防止闪络的防污问题、噪声对环境的影响、大件设备运输和安装等问题，鲜有考虑直流输电入地电流对交流电网的影响程度。0003分布式直流接地极，在地理位置看是由数个位于不同地区的子接地极简称子极组成，在电气上是看多个子极通过馈流线路实现电气连接的接地系统。分布式接地极的地理接线图见图1。采用分布式接地极不仅可以降低直流极选址难度，还能降低直流系统对交流电网的影响，交流电网无需采取措施或者只少量地采取抑制措施，就能取得良好的抑制直流偏磁效果。0004但是，传统分布式接地极选址没有考虑直流入地电流对交流电网的影响程度，这样就不能预测交流电网各变压器发生直流偏磁的风险，导致对发生直流偏磁风险较高。
8、的变压器不能预先采取措施，进而导致新建接地极投运后因直流偏磁问题带来损失。发明内容0005本发明提供一种用于高压直流输电系统的分布式接地极的设计方法，可以在选址时考虑直流入地电流对交流电网的影响程度，进而预测建成后交流电网各变压器发生直流偏磁的风险，从而可以预先采取措施降低或消除新建接地极投运后因直流偏磁问题带来的损失。0006一种用于高压直流输电系统的分布式接地极的设计方法，包括如下步骤0007步骤一、根据规划和征地初步选定新建接地极的范围，通过全局最优位置变异粒子群优化算法确定新建接地极的最佳位置；0008步骤二、由接地极温升确定子极的最大电位升高,并校验跨步电势；0009步骤三、通过架空。
9、线路将所有的接地极以及新建的子极连接，组成分布式接地极，分布式接地极的接线方式参考电力系统的变电站接线方式进行；0010步骤四、建立分布式接地极和交流电网直流电流分布的统一模型，以评估分布式接地极对交流电网直流电流分布的影响；0011步骤五、根据上述步骤中求解的交流电网中的直流电流分布，预测交流电网中各变压器发生直流偏磁的风险；说明书CN104201664A2/5页40012步骤六、对预测中存在直流偏磁风险的变压器，采取措施抑制甚至消除直流偏磁问题带来的不利影响。0013其中，步骤一具体为0014A、定义目标函数，将系统内变压器磁动势平均值最小、变压器平均中性点电流最小或变压器最大中性点电流最。
10、小作为目标函数；0015B、初始化粒子的位置和速度，并取得起始的全局最优解GMINFP1,FPN，T0，其中P1，PN为初始化的N组解，均为包含解的横坐标和纵坐标信息的二维向量，FP1，FPN为P1，PN分别对应的目标函数值；T为优化计算的循环次数，粒子的起始位置和速度应当均匀地分布在整个反演参数的有效值域之中001600170018公式1、2中，XMAX、YMAX和XMIN、YMIN分别为新建直流接地极或变电站横、纵坐标的最大值和最小值，I为01之间的随机数，粒子的起始速度一般设为0，即0019C、TT1，对所有NP个粒子，使用公式3产生新的速度VTI，然后按公式4更新粒子位置，并计算每个粒。
11、子的目标函数，更新每个粒子的最优位置XI，并取得当前的全局最优解G；002000210022公式1中，PI和VI分别为粒子I的速度和位置，为惯性权重，其作用是保持粒子运动的惯性，使算法具有扩展搜索空间的趋势并有能力探索新的区域，05,09，1和2是两个2维的01之间的随机向量；XYXIYI，和为加速系数；0023D、若目标函数值不再减少或者超出迭代次数，则输出结果，否则TT1，转入步骤C。0024本发明有益效果00251、通过前期全局最优位置变异粒子群优化算法计算确定新建直流接地极的最佳选址，减小直流偏磁风险并可预估建成后直流偏磁程度，减少直流偏磁造成的危害。00262、在新建接地极选址时就预。
12、测建成后交流电网各变压器发生直流偏磁的风险，从而可以预先采取措施降低或消除新建接地极投运后因直流偏磁问题带来的损失。附图说明0027图1是分布式接地极系统接线示意图；0028图2是本发明用于高压直流输电系统的分布式接地极的设计方法的流程示意图。具体实施方式0029下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。0030本发明提供一种用于高压直流输电系统的分布式接地极的设计方法，包括如下步说明书CN104201664A3/5页5骤0031步骤一、根据规划和征地初步选定新建接地极的范围，通过全局最优位置变异粒子群优化算法确定新建接地极的最佳位置。0032具体的，步骤一具体为00。
13、33A、定义目标函数，可以将系统内变压器磁动势平均值最小、变压器平均中性点电流最小或变压器最大中性点电流最小作为目标函数。自变量PX，Y，代表新建直流接地极或变电站的坐标。0034B、初始化粒子的位置和速度，并取得起始的全局最优解GMINFP1,FPN，T0，其中P1，PN为初始化的N组解，均为包含解的横坐标和纵坐标信息的二维向量，FP1，FPN为P1，PN分别对应的目标函数值；T为优化计算的循环次数。粒子的起始位置和速度应当均匀地分布在整个反演参数的有效值域之中003500360037公式1、2中，XMAX、YMAX和XMIN、YMIN分别为新建直流接地极或变电站横、纵坐标的最大值和最小值，。
14、I为01之间的随机数。粒子的起始速度一般设为0，即0038C、TT1，对所有NP个粒子，使用公式3产生新的速度VTI，然后按公式4更新粒子位置，并计算每个粒子的目标函数，更新每个粒子的最优位置XI，并取得当前的全局最优解G。003900400041公式1中，PI和VI分别为粒子I的速度和位置，为惯性权重，其作用是保持粒子运动的惯性，使算法具有扩展搜索空间的趋势并有能力探索新的区域，05,09，本实施例取07；1和2是两个2维的01之间的随机向量；XYXIYI，和为加速系数，一般情况下2。另外，VI可能任意取值，但在实际中应设置速度的上下限来防止发散，速度的上下限一般按照元素区间范围来设定。00。
15、42D、若目标函数值不再减少或者超出迭代次数，则输出结果，否则TT1，转入步骤C。0043本发明通过全局最优位置变异粒子群优化算法计算确定新建直流接地极的最佳选址，可以减小直流偏磁风险并可预估建成后直流偏磁程度，减少直流偏磁造成的危害。0044步骤二、由接地极温升确定子极的最大电位升高,并校验跨步电势00450046上式5中，VE为接地极允许的电位升高V，为土壤的热导率W/M/，为土壤的电阻率M，C为接地极的极址最大大地温度，MY为设计允许的接地极最高温度。0047跨步电势可由如下公式校验EM说明书CN104201664A4/5页60048EM74200318S60049式6中，S为表层大地电。
16、阻率。0050步骤三、通过架空线路将所有的接地极以及新建的子极连接，组成分布式接地极，分布式接地极的接线方式可以参考电力系统的多个变电站接线方式进行，如图1所示。0051步骤四、建立分布式接地极和交流电网直流电流分布的统一模型，以评估分布式接地极对交流电网直流电流分布的影响。0052分布式接地极与交流电网直流电流分布统一网络的节点电压方程0053YUJ70054式7中，Y是节点电导阵，U为节点电压阵，J为节点注入电流向量，其表达式分别为0055UUA；UD800560057由节点注入电流向量的定义有0058JHGP100059上式10中，HGP为统一网络所有节点的等效电流注入向量；H为变电站节。
17、点与所有节点间的关联矩阵，H为H的转置；P为变电站的感应电位列向量。00600061上式811式中，带下标A的变量表示交流电网的变量，带下标D的变量表示分布式接地极的变量。0062对于接地电导有00630064对于感应电位有0065PMI130066式13中，M代表统一网络中变电站和子极组成的大系统的互阻矩阵，而I代表的是变电站和子极的入地电流列向量。由入地电流的定义有0067IGHUP140068联立公式7、11、13和14即可完成整个分布式接地极与交流电网直流电流分布计算的统一模型，得到最终的求解公式如下0069CYHGMRM1HU150070求解公式15的方程，即可得到统一模型的节点电压。
18、分布，进而可以求得整个电网的直流电流分布。0071步骤五、根据上述步骤中求解的交流电网中的直流电流分布，预测交流电网中各变压器发生直流偏磁的风险。假如交流电网中监测到的变压器中性点电流的绝对值分别说明书CN104201664A5/5页7为A1、A2AN，对单个变压器，可根据DL/T4372012高压直流接地极技术导则要求，或根据当地实际情况设置中性点直流电流阈值I，对于中性点电流AII的变压器，可认为在新建接地极投运后，存在直流偏磁风险。0072步骤六、对预测中存在直流偏磁风险的变压器，可采取中性点加电阻、电容，或可采取隔直措施等抑制甚至消除直流偏磁问题带来的不利影响。0073以湖北省内某直流。
19、极为例，假设由于勘测以及征地问题，新建的直流接地极的范围限定在11137,3051，11150,3051，11150,3063，11137,3063的区域内，新建直流接地极入地电流3000A，接地电阻02欧姆，埋深3M，运用本发明方法对接地极极址进行优化计算，优化目标分别为1、100KM范围系统内变压器的平均直流磁动势最小；2、100KM范围系统内变压器的平均中性点电流最小；3、100KM范围系统内变压器最大中性点电流最小；4、100KM范围系统内变压器最大直流磁动势最小；5、100KM范围系统内500KV变压器平均中性点电流最小；6、100KM范围内系统内220KV变压器平均中性点电流最小；7、100KM范围内系统内500KV变压器平均直流磁动势最小；8、100KM范围内系统内220KV变压器平均直流磁动势最小。8种情况下优化效果见表1。0074表1直流接地极选址优化结果00750076由表1可知，无论取那种优化目标函数，全局最优位置变异粒子群优化算法都取得良好的应用效果，实际应用中目标函数取100KM范围系统内变压器的平均直流磁动势最小即可。说明书CN104201664A1/1页8图1图2说明书附图CN104201664A。