基于并联可调电阻组的直流偏磁柔性治理策略

1   项目背景

直流电流通过中性点侵入变压器绕组时，将造成变压器噪声增加、振动加剧、油温过热等一系列影响其运行状态及绝缘的不良后果。传统偏磁治理方法缺乏对电流全局分布的考虑，容易造成区域内其他变压器出现中性点直流电流被动超标的现象。随着直流输电系统在我国的大力推广，适用于新形势下的变压器直流偏磁治理策略研究亟待开展。

2   论文所解决的问题及意义

传统的直流偏磁治理方法是在直流电流超标后，简单投入隔直装置，对超标中性点直流电流进行阻断，但是，这种“刚性”的治理方式是通过将本来会从该变压器中性点流通的直流电流驱赶到大地以及临近的未投入隔直装置的变压器中性点，容易造成区域内其他变压器中性点直流电流被动超标，因此，本文从电网全局协同治理偏磁的角度出发，提出了一种均直的治理思路。所谓均直，就是不完全阻断变压器中性点直流通道，而是采用可调节阻值的电阻型隔直装置代替电容型隔直装置，柔性改变变压器中性点对直流的阻断性能(即改变直流通道的直流阻值)，尽可能引导其在交流网络中接地变压器中性点均匀分布，使得偏磁的治理从刚性“驱赶”转变为柔性“疏导”。本文的研究结果，可为新形势下变压器直流偏磁的治理提供重要的参考与建议。

3   论文重点内容

本文设计了一种基于可调并联电阻组的均直装置。其主回路结构如图1所示。

图1   基于并联可调电阻组的均直装置主回路

为了引导直流电流在交流系统中均匀分布，实现直流偏磁的有效治理，基于上述均直装置，本文提出了一种区域电网直流偏磁柔性治理方法：首先，结合交流系统等效电阻网络、变电站与接地极地理位置分布情况，建立全局均直装置优化投切数学模型。然后以全局中性点直流电流最大值最小为目标进行寻优，得到最优投切方案，实现对直流偏磁的柔性治理。具体步骤如图2所示。

(a) 等效电阻网络建立流程

(b) 均直装置投切方式优化流程

图2 区域电网直流偏磁柔性治理方法流程图

在固定交流系统运行方式不变的情况下，调整直流运行方式，获取传统方法(电容型)、穷举法(电阻型)、穷举法(电容型)以及GSA法(电阻型)的治理效果对比情况，以及不同直流运行方式下隔直/均直装置投入数量的比较。以“葛+1200A三0A” 运行方式为例，该情况下的治理效果如表1所示。

表1   “葛+1200A三0A”方式下治理效果比较

不同直流运行方式下不同方法需要投入的隔直装置/均直装置数量对比情况如表2所示。

表2   不同直流运行方式下装置投入数量的比较

从表中的结果可以看出，不论从技术层面以及经济层面综合考量，本文所设计的均直装置相比于隔直电容具有明显的优势。

4   结论

针对现有直流偏磁治理方法存在的不足，本文设计了一种基于并联可调电阻组的均直装置，并以此为基础，提出了区域电网偏磁柔性治理策略，形成以下结论：

1)与传统电容型隔直装置“非通即阻”的刚性投切方式相比，本文所设计的基于并联可调电阻组的均直装置以可调电阻的形式对变压器中性点直流通道进行柔性阻断，丰富了全局投切组合方式的样本空间，使得直流电流在交流系统中更可能实现均匀分布，在改善偏磁问题治理效果的同时，也节约了大量的治理成本。此外该装置接入系统前后，系统零序保护灵敏度虽然有一定变化，但仍然满足要求;

2)与传统电流超标即投入隔直电容的投切方法相比，本文所提出的区域电网偏磁柔性治理方法能够从全局角度出发，兼顾区域电网内所有变压器中性点电流分布情况实现偏磁问题的治理;

3)考虑到应对交流系统规模扩大后穷举法寻优计算效率较低的问题，本文还研究了智能算法对该问题的求解效果，验证了智能算法同样可以实现趋近于穷举法的隔直效果。

引文信息

谢志成，林湘宁，李正天，等.基于并联可调电阻组的直流偏磁柔性治理策略[J].中国电机工程学报，2017，37(20)：5862-5872.

团队介绍

林湘宁(1970-   )，男，教授，博士生导师，研究方向包括电力系统保护、分析与控制、新型发电技术和新型电网技术等。到目前为止共发表学术论文200多篇，其中IEEE 期刊29篇，SCI检索37篇，他引2021次，单篇论文最高他引93次，论文H指数为27;在2006年电工技术学科高被引作者排名中，位列全国第一。

谢志成(1990-   )，男，博士，2017年毕业于华中科技大学，现就职于中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心，主要从事直流系统主设备保护与控制方面的研究工作。

李正天(1979-  )，男，副教授，硕士生导师，研究方向为电力系统分析与控制。