CN104834789B - 一种建立电力线路π等效模型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种建立电力线路π等效模型的方法，包括一π型结构的RLC模型，π型结构的RLC模型包括一电感模块，电感模块包括第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3及一互感线圈L4，互感线圈L4为三线并饶线圈，互感线圈L4的三线的一端分别与第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3的一端连接，三个自感线圈的另一端分别经电容Cp+Cg后接地，且两两间接电容2Cp；互感线圈L4的三线的另一端分别与第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的一端一一对应连接，三个电阻的另一端分别经电容Cp+Cg后接地，且两两间接电容2Cp。本发明采用闭合磁路方式设计，实际运用不受摆放位置及周围材料的影响，感量不会出现偏差。
Description
技术领域
本发明涉及一种建立电力线路π等效模型的方法。
背景技术
在运行中的电网系统上进行故障实验虽然可以得到可靠的实验数据，但受到时间、经济、安全等多方面因素制约，往往是不允许进行的。因此，搭建实物化的电网等效模型进行实验，在电力系统的研究工作中是非常必要的。对于仿真系统而言，往往需要将线路中分布的自感、互感、电容、交流电阻等效成一个集中模型，进而实现该集中模型上电压与电流变化过程与实际线路相似。实际使用过程中一般采用三相π模型元件来模拟电网中的输电线路，如图1所示。自感、电阻和电容比较容易实现，而互感的感量较难处理。感量的设计有开放磁路和闭合磁路两种方式，开放磁路的磁力线没有受到约束，在空间中自由分布；闭合磁路的磁力线受到约束，只在一定区域里分布。感量设计对工艺和安装要求比较高，目前市面上没有合适的线路等效电感设计产品。
现有的技术往往采用3个线圈设计实现线路的自感与互感，如图2所示。通过控制线圈匝数实现线圈的自感，通过改变3个线圈彼此的距离d及相对面积S实现互感：线圈1与线圈2位置固定，线圈3与线圈1和2距离一定，通过移动线圈3来改变彼此间的正对面积，达到改变互感量的目的。此种方式存在三个弊端：（1）通过移动线圈位置设计感量，在安装时若出现位置偏差，感量容易变化；（2）该设计方法的磁路是开放的，磁场发散到周围，会对周围造成影响；（3）开放的磁路会影响周围环境，周围的铁质材料反过来也容易影响磁场，造成感量偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建立电力线路π等效模型的方法，采用闭合磁路方式设计，实际运用不受摆放位置及周围材料的影响，感量不会出现偏差。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种建立电力线路π等效模型的方法，包括一π型结构的RLC模型，其特征在于：所述π型结构的RLC模型包括一电感模块，所述电感模块包括第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3及一互感线圈L4，所述互感线圈L4为三线并饶线圈，所述互感线圈L4的三线的一端分别与所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3的一端连接，所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3的另一端分别与第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的一端一一对应连接，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的另一端与第七电容C7的一端连接，所述第七电容C7的另一端接地；所述互感线圈L4的三线的另一端分别与第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的一端一一对应连接，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的另一端分别与第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的一端一一对应连接，所述第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的另一端与第八电容C8的一端连接，所述第八电容C8的另一端接地。
进一步的，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8的容值关系为，C1=C2=C3=C4=C5=C6=Cp，C7=C8=Cg；Cp+Cg为线路对地电容，2Cp为线路之间的电容。
进一步的，所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3的自感量为L1=L2=L3=Lx1；所述互感线圈L4的电感量为Lx2，所述互感线圈L4的电感量为Lx2。
进一步的，所述电感模块的自感量为Zx=Lx1+Lx2，所述电感模块的互感量为Zy=Lx2。
进一步的，所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3和互感线圈L4的线圈参数确定方法如下：
步骤S1：由电感计算公式 ，式中L为线圈的电感量，N为线圈匝数，为磁阻，为导线所绕的铁环的中线半径，为导线绕制半径，为真空中的磁导率，推导出理论需要的线圈匝数；
步骤S2：计算实际所能绕制的线圈匝数，式中为导线直径；
步骤S3：取=a，a为实际需要的导线绕制半径，利用数学作图软件画出曲线与，在两曲线交点附近取得匝数N与导线所绕的铁环的中线半径。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明采用闭合磁路方式设计，实际运用不受摆放位置及周围材料的影响，且电感线圈感量稳定，电磁兼容性好，涡流损耗小，耦合系数能达0.9以上，使用效率高，安装使用方便，能够长期运行在实际现场中，具有很强的现实意义和使用意义。
附图说明
图1是现有π型结构的RLC模型示意图。
图2是现有采用3个线圈实现自感和互感的示意图。
图3是本发明π型结构的RLC模型示意图。
图4是本发明电感线圈结构示意图。
图5是本发明使用mathcad所做曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图3，本发明提供一种建立电力线路π等效模型的方法，包括一π型结构的RLC模型，其特征在于：所述π型结构的RLC模型包括一电感模块，所述电感模块包括第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3及一互感线圈L4，所述互感线圈L4为三线并饶线圈，所述互感线圈L4的三线的一端分别与所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3的一端连接，所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3的另一端分别与第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的一端一一对应连接，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的另一端与第七电容C7的一端连接，所述第七电容C7的另一端接地；所述互感线圈L4的三线的另一端分别与第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的一端一一对应连接，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的另一端分别与第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的一端一一对应连接，所述第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的另一端与第八电容C8的一端连接，所述第八电容C8的另一端接地。
于本实施例中，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8的容值关系为，C1=C2=C3=C4=C5=C6=Cp，C7=C8=Cg；Cp+Cg为线路对地电容，2Cp为线路之间的电容。
于本实施例中，所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3的电感量为L1=L2=L3=Lx1；所述互感线圈L4的电感量为Lx2，所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3彼此间耦合系数K<0.1,互感线圈L4彼此将耦合系数K>0.9，且该两类线圈不仅限于圆形，还可以是四方形、六边形等。
于本实施例中，所述电感模块的自感量为Zx=Lx1+Lx2，所述电感模块的互感量为Zy=Lx2。
于本实施例中，所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3和互感线圈L4的线圈参数确定方法如下：
步骤S1：由电感计算公式 ，式中L为线圈的电感量，N为线圈匝数，为磁阻，为导线所绕的铁环的中线半径，为导线绕制半径，为真空中的磁导率，推导出理论需要的线圈匝数；
步骤S2：计算实际所能绕制的线圈匝数，式中为导线直径；
步骤S3：取=a，a为实际需要的导线绕制半径，利用数学作图软件画出曲线与，在两曲线交点附近取得匝数N与导线所绕的铁环的中线半径。
为了让一般技术人员更好的理解本发明的技术方案，以下结合一具体实施例对本发明进行详细介绍。
若需要设计一个自感量Zx=256uH，互感量Zy=128uH的电感模块，则需要构造3个电感量Lx1=128uH的自感线圈和1个电感量Lx2=128uH的3相耦合互感线圈，按本发明电感线圈参数的确定方法，取=20mm，用mathcad作与两条曲线，如图5所示，考虑到实际绕制匝数小于理论所需的匝数，交点处得N=227，=120mm，即采用无磁芯单层均匀绕线227匝作为自感线圈，3根线同时并绕227匝作为互感线圈，即三根线并在一起同时绕227匝，一层绕227匝，绕3层，导线所绕的铁环的中线半径均为120mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变
化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种建立电力线路π等效模型的方法，包括一π型结构的RLC模型，其特征在于：所述π型结构的RLC模型包括一电感模块，所述电感模块包括第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3及一互感线圈L4，所述互感线圈L4为三线并饶线圈，所述互感线圈L4的三线的一端分别与所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3的一端连接，所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3的另一端分别与第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的一端一一对应连接，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的另一端与第七电容C7的一端连接，所述第七电容C7的另一端接地；所述互感线圈L4的三线的另一端分别与第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的一端一一对应连接，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的另一端分别与第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的一端一一对应连接，所述第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的另一端与第八电容C8的一端连接，所述第八电容C8的另一端接地；
所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8的容值关系为，C1=C2=C3=C4=C5=C6=Cp，C7=C8=Cg；Cp+Cg为线路对地电容，2Cp为线路之间的电容；
所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3的电感量为L1=L2=L3=Lx1；所述互感线圈L4的电感量为Lx2。
2.根据权利要求1所述的建立电力线路π等效模型的方法，其特征在于：所述电感模块的自感量为Zx=Lx1+Lx2，所述电感模块的互感量为Zy=Lx2。
3.根据权利要求1所述的建立电力线路π等效模型的方法，其特征在于：所述第一自感线圈L1、第二自感线圈L2、第三自感线圈L3和互感线圈L4的线圈参数确定方法如下：
步骤S1：由电感计算公式，式中L为线圈的电感量，N为线圈匝数，为磁阻，A=，为导线所绕的铁环的中线半径，为导线绕制半径，为真空中的磁导率，推导出理论需要的线圈匝数；
步骤S2：计算实际所能绕制的线圈匝数，式中为导线直径；
步骤S3：取=a，a为实际需要的导线绕制半径，利用数学作图软件画出曲线与，在两曲线交点附近取得匝数N与导线所绕的铁环的中线半径。
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