直流接地极电流场的直流通路网络建模计算与分析

论文摘要

随着超高压直流输电的广泛应用,直流输电系统对交流电网的影响日趋增大,尤其是直流输电系统采用单级大地回路运行方式时导致电网部分变压器振动加剧,噪声增大,影响了设备安全。目前国内外主要的研究工作集中于直流偏磁对变压器的影响和措施分析,对超高压直流输电系统地中电流在交流系统的分布研究较少。为了研究直流电流在交流系统中的传播,首先需要对接地极的接地电阻进行计算。本文应用静电比拟法中场量的相似性,通过求解静电场来求解电流场,采用数值计算的方法对处于均匀以及分层介质场中的接地网接地电阻进行了计算格式推导并编制了相关程序。从直流接地极与交流接地极存在一定强度耦合的观点出发,为了量化分析在有大直流电流入地情况下接地极之间的耦合效应,本文提出了互电阻的概念,并提出了两种计算互电阻的方法。法一将接地网等效为球形接地极,通过静电场理论推导出了互电阻的解析计算公式;法二则采用模拟电荷法通过数值计算的方法求解互电阻的大小。两种方法都基于第二章所述的静电比拟法,通过求解两接地极间的互电容得到互电阻。基于自电阻（接地电阻）以及互电阻的计算,本文从电网规划和电力系统运行的角度出发,对直流输电系统单极接地运行方式下直流接地极、土壤中的接地网、土壤之上的输电线-变压器绕组之间形成的直流通路进行建模,将复杂的大地电流场变换为电路计算,将电场、电路交替问题演化为纯电路问题,使分析简化。通过实例计算,证明本文提出的纯电阻网络的计算方法可以用来分析直流大地电流对交流电网的影响,并且为将来的直流接地极的选址计算提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1. 课题的背景
• 1.2. 直流接地极电流场电阻网络建模研究的意义
• 1.3. 直流接地极电流场电阻网络建模研究的现状
• 1.4. 论文工作介绍
• 第二章 电流场计算的理论基础
• 2.1. 概述
• 2.2. 静电比拟法与镜像原理
• 2.2.1. 静电比拟法
• 2.2.2. 镜像原理
• 2.3. 接地电阻计算原理
• 2.4. 距量法及其应用
• 2.4.1. 电磁场的数值计算
• 2.4.2. 距量法
• 2.4.3. 均匀介质中的距量法
• 2.4.4. 分层介质中的距量法
• 2.4.5. 系数矩阵元素的处理
• 2.5. 本章小结
• 第三章 直流接地极及接地网自电阻计算方法
• 3.1. 概述
• 3.2. 不同直流接地极的接地电阻计算
• 3.2.1. 半球型接地电极
• 3.2.2. 圆环形接地电极
• 3.2.3. 圆盘形接地电极
• 3.3. 位于均匀土壤中的地网接地电阻计算
• 3.3.1. 地网的数学模型
• 3.3.2. 接地电阻的计算格式
• 3.4. 位于不均匀土壤中的地网接地电阻计算
• 3.4.1. 分层土壤中地网的数学模型
• 3.4.2. 接地电阻的计算格式
• 3.5 本章小结
• 第四章 直流接地极及接地网互电阻计算方法
• 4.1. 互电阻的概念
• 4.2. 球形接地极的互电阻解析计算
• 4.2.1. 等效表面积法
• 4.2.2. 算法研究
• 4.2.3. 球形接地极的互电阻特性
• 4.3. 网状接地极的互电阻数值计算
• 4.3.1. 模拟电荷法
• 4.3.2. 算法研究
• 4.4. 算例分析
• 4.5. 本章小结
• 第五章 交流系统直流分布的电阻网络建模及算例分析
• 5.1. 概述
• 5.2. 电阻网络系统建模
• 5.3. 算例验证及分析
• 5.3.1. 单直流接地极算例分析
• 5.3.2. 接地网互电阻对网络模型的影响
• 5.3.3. 参数敏感性分析
• 5.3.4. 双直流接地极算例分析
• 5.4. 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 发表的学术论文