CN106649944A - 一种输电线路工频序参数仿真计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路工频序参数仿真计算方法，包括以下步骤：获取参数传输至ATP‑EMTP仿真系统；搭建ATP‑EMTP仿真模型；输电线路参数设置：根据获取输电线路、地线及输电杆塔的基本参数、输电线路沿线的土壤电阻率设置ATP‑EMTP仿真系统中的输电线路模块的相关参数；对待计算输电线路施加源；输电线路工频序参数的计算：根据仿真探测到的电压、电流相量计算正序短路阻抗、正序开路阻抗，并根据正序短路、开路阻抗计算正序阻抗及正序电容；根据仿真探测到的电压、电流相量计算零序短路阻抗、零序开路阻抗并根据零序短路、开路阻抗计算零序阻抗及零序电容。本发明研究的输电线路工频序参数的仿真计算方法，适用于任意输电线路。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路工频参数计算领域，具体涉及一种输电线路工频序参数仿真计算方法。
背景技术
EMTP(Electro-Magnetic Transient Program)是用于电力系统电磁暂态分析的仿真软件，是电力系统中高电压等级的电力网络和电力电子仿真应用最广泛的程序。
目前国内外获取工频参数的两类基本方法，第一类方法主要是通过公式计算得出线路参数。计算法又可以分为两种:一种是根据架空导线的结构、材料、气温环境等情况把具体的参量逐项代入计算公式得到，称为精确计算；另外一种是从手册或产品目录中查取单位长度线路的参数，称为近似计算。精确计算方法需要预先知道的参数较多，计算公式复杂。
在工程上常采用近似计算，该方法忽略了地理环境、气候条件等因素的影响，其计算结果有时误差较大。
第二类是通过输电线路架通后，现场实际测量取得线路参数。实际测量时，由于运行线路对测量线路存在感应电压及感应电流，对测试过程形成干扰，严重影响测量结果的准确性。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种输电线路工频序参数仿真计算方法，本发明为基于ATP-EMTP的输电线路工频参数仿真计算方法，主要提供了输电线路工频序参数的仿真计算方法。该方法采取了程序仿真与公式计算相结合的方式，比公式精确计算高效便捷，比近似估算精确，同时又可为现场实测提供测试校验。从而为继电保护整定计算、潮流计算、故障测距、短路电流计算、网损计算以及选择电力系统运行方式等提供可靠的输电线路工频参数。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种输电线路工频序参数仿真计算方法，包括以下步骤：
获取输电线路、地线、输电杆塔的基本参数及输电线路沿线的土壤电阻率，并将上述参数传输至ATP-EMTP仿真系统；
搭建ATP-EMTP仿真模型；
输电线路参数设置：根据获取输电线路、地线及输电杆塔的基本参数、输电线路沿线的土壤电阻率设置ATP-EMTP仿真系统中的输电线路模块的相关参数；
对待计算输电线路施加源；
输电线路工频序参数的计算：根据仿真探测到的电压、电流相量计算正序开路、短路阻抗并根据正序开路、短路阻抗计算正序阻抗与正序电容；根据仿真探测到的电压、电流相量计算零序开路、短路阻抗并根据零序开路、短路阻抗计算零序阻抗及零序电容。
进一步的，搭建ATP-EMTP仿真模型时，根据输电线路沿线土壤电阻率、输电线路架设方式、输电线路相序、地线型号及架设方式四个因素确定输电线路模型分段点，四个因素为与的关系，若四个因素同时一致，则在一个设计段中；
输电线路模型搭建：对短距离输电线路可选择ATP-EMTP仿真系统中的集中参数模型，对长距离输电线路需选择ATP-EMTP仿真系统中的分布参数模型。
进一步的，输电线路参数设置时，设置的参数包括ATP-EMTP仿真系统中的输电线路模块中的Model模块及data模块的参数；
Model模块中设置输电线路类型及对应的特征、设置土壤电阻率、输电线路输送频率及输电线路长度；
data模块设置输电线路相号、内径、外径、直流电阻、水平距离Horiz、导线高度Vtower、档距中央导线高度Vmid、分裂间距、地线保护角及分裂数。
进一步的，在对待计算输电线路施加源时，施加源为电压源。
进一步的，输电线路工频序参数计算时，在输电线路终端设置分相器，将一条三相输电线路分成三个单相输电线路，实现输电线路电压及电流的分相探测。
进一步的，输电线路电压及电流在探测时，将探测电流源串联接在每个单相输电线路中，将探测电压源并联接在感应的每个单相输电线路两端，探测电流源显示通过的电流幅值及角度，探测电压源显示并接线路点的电压幅值与角度。
进一步的，输电线路工频序参数包含正序参数和零序参数，正序参数为正序阻抗、正序电容；零序参数为零序阻抗、零序电容。
进一步的，输电线路正序参数仿真计算时，步骤如下：
仿真计算输电线路正序短路阻抗：将一回输电线路末端三相短路，在输电线路首端施加电压源，探测该输电线路首端电压、首端电流；
仿真计算输电线路正序开路阻抗：将一回输电线路末端三相开路，在输电线路首端施加电压源，探测该输电线路首端电压、首端电流；
正序参数计算：根据仿真探测到的电压、电流相量计算正序短路、开路阻抗，根据正序短路阻抗及正序开路阻抗计算正序阻抗及正序电容。
进一步的，输电线路零序参数仿真计算步骤如下：
仿真计算输电线路零序短路阻抗：将一回输电线路末端三相短路并接地，首端三相线路并联，在输电线路首端施加单相电压源，探测该输电线路首端电压、首端电流；
仿真计算输电线路零序开路阻抗：将一回输电线路末端三相开路，首端三相线路并联，在输电线路首端单相电压源，探测该输电线路首端电压、首端电流；
零序参数计算：根据仿真探测到的电压、电流相量计算零序短路、开路阻抗，根据零序短路阻抗及零序开路阻抗计算零序阻抗及零序电容。
进一步的，仿真计算输电线路零序短路阻抗时，若有邻近并行输电线路，邻近并行输电线路开路。
进一步的，在仿真计算输电线路正序短路阻抗时，若有邻近并行输电线路，则邻近并行输电线路开路。
进一步的，档距中央导线高度Vmid＝导线高度-弧垂。
进一步的，若将连续若干级杆塔所假设的导线合并在一个设计段，则平均档距中央导线高度Vmid′：
Vmid'＝加权平均导线高度-平均弧垂
加权平均导线高度—该设计段内的不同导线高度与其所占的百分比乘积的加和；
平均弧垂—该设计段平均档距对应的弧垂。
进一步的，水平距离Horiz在设置时，首先选定一个参考的水平距离，若选定杆塔中线为参考水平距离0点，设参考坐标点左方为负，右方为正，输电线路距该参考点的绝对间距为d；
若输电线路在杆塔右侧，则Horiz输电线路＝d
若输电线路在杆塔左侧，则：Horiz输电线路＝-d。
本发明的有益效果：
本发明研究的输电线路工频序参数的仿真计算方法，适用于任意输电线路。
本发明采取了程序仿真与公式计算相结合的方式，比公式精确计算高效便捷，比近似估算精确，同时又可为现场实测提供测试校验。从而为继电保护整定计算、潮流计算、故障测距、短路电流计算、网损计算以及选择电力系统运行方式等提供可靠的输电线路工频参数。
附图说明
图1正序短路阻抗仿真计算示意图；
图2正序开路阻抗仿真计算示意图；
图3零序短路阻抗仿真计算示意图；
图4零序开路阻抗仿真计算示意图；
图5本发明的整体数据处理流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
本发明的一种输电线路工频序参数仿真计算方法，整体流程如图5所示，包括以下步骤：
1、数据采集
1)获取所涉及的输电线路资料，包括输电线路型号、内径、外径、直流电阻值，分裂数，分裂间距，弧垂、相序。
2)获取所涉及的地线资料，包括地线型号，内径，外径、直流电阻，弧垂，接地方式、地线保护角。
3)获取所涉及的输电杆塔资料，包括杆塔型号、呼高、档距、导线在杆塔悬挂点及参数。
4)获取所涉及的土壤电阻率参数。
2.数据分析计算
将获取到的上述数据根据下述公式进行数据分析计算：
1)Vmid＝导线高度-弧垂
Vmid—档距中央导线高度。
2)若将连续若干级杆塔所假设的导线合并在一个设计段，则：
Vmid'＝加权平均导线高度-平均弧垂
加权平均导线高度—该设计段内的不同导线高度与其所占的百分比乘积的加和。
平均弧垂—该设计段平均档距对应的弧垂。
3)在同塔双回、同塔多回、并行架设的输电线路间的距离是影响输电线路参数的重要因素。ATP-EMTP软件中的LCC(输电线路模块)中Model中的Horiz参数设定同塔双回、同塔多回、并行架设线路的距离。首先选定一个参考的水平距离，若选定任一杆塔中线为参考水平距离0点，输电线路距该参考点的绝对间距为d。设参考坐标点左方为负，右方为正。
若输电线路在杆塔左侧，则Horiz输电线路＝-d
若输电线路在杆塔右侧，则Horiz输电线路＝d
3、ATP-EMTP仿真模型搭建。
1)输电线路模型设计。根据输电线路沿线土壤电阻率、输电线路架设方式、输电线路相序、地线型号及架设方式四个因素确定输电线路模型分段点。四个因素为与的关系，若四个因素同时一致，则在一个设计段中。
2)搭建输电线路模型。对短距离输电线路可选择ATP-EMTP中的集中参数模型，对长距离输电线路需选择ATP-EMTP中的分布参数模型，将步骤1)设计好的各段输电线路，在ATP-EMTP中用选择的输电线路模型模拟，并根据输电线路相序图将各段输电线路连接起来。
3)输电线路参数设置。需设置的参数有ATP-EMTP中的LCC(输电线路模块)中的Model、data模块。此部分参数的设置根据上述1资料收集及上述2数据分析计算得到，具体为Model模块中设置输电线路类型及对应的特征，设置土壤电阻率，输电线路输送频率，输电线路长度；data模块设置输电线路相号，内径，外径，直流电阻，水平距离Horiz,导线高度Vtower,档距中央导线高度Vmid，分裂间距，地线保护角，分裂数。
4)输电线路施加信号源设置。选择施加信号源为电压源，并设置该电压源的幅值、频率、角度、起止时间。
5)仿真时间步长设置。打开ATP-EMTP中的ATP模块下的ATP-Settings,设置仿真步长deltaT＜1×10-3，仿真时间Tmax>deltaT。
4.ATP-EMTP计算调试
1)运行ATP程序，查看各段换位及相序是否准确，若错误，逐段核对LCC(输电线路模块)相序，并修正，直到相序全部与设计相序一致为止。
2)由于输电线路每相导线出厂工况、架设高度、换位方式、沿线环境等都有所不同，故线路参数也会有所不同，仿真计算中的电压及电流需分相探测，故需在输电线路终端设置分相器，即选择Probe&3-phase中的Splitter(3phase)模块，将一条三相输电线路分成三个单相输电线路。
3)将探测电流源串联接在每个单相输电线路中，将探测电压源并联接在感应的每个单相输电线路两端，双击探测电流源设定探测电流源显示的内容，选择Steady-state的curr/Power,选择Onscreen中的Curr.Ampl,则调试计算结束后该探测电流源显示通过的电流幅值及角度。双击探测电压源设定探测电压源显示的内容，选择Steady-state的Voltage,选择Onscreen中的U,则调试计算结束后该探测电压源显示并接线路点的电压幅值与角度。
4)安排计算方式。输电线路序参数包含正序参数和零序参数。正序参数为正序阻抗、正序电容；零序参数为零序阻抗、零序电容。各参数计算方式安排如下：
a)输电线路正序参数仿真计算，仿真时，步骤1，仿真计算输电线路正序短路阻抗。将一回输电线路末端三相短路，在输电线路首端施加三相频率为50赫兹的电压源，探测该输电线路首端电压US1、首端电流IS1。若有邻近并行输电线路(同塔双回或同塔多回)，邻近并行输电线路开路。仿真图如图1所示。步骤2，仿真计算输电线路正序开路阻抗。将一回输电线路末端三相开路，在输电线路首端施加三相频率为50赫兹的电压源，探测该输电线路首端电压UO1、首端电流IO1。仿真图如图2所示。步骤3，正序参数计算。根据仿真探测到的电压、电流相量计算正序阻抗。设正序短路阻抗为ZS1，则有设正序开路阻抗为ZO1,则有其中：a＝ej2π/3。输电线路单位长度的正序阻抗单位长度的正序导纳为单位长度的正序电容为其中L为输电线路长度，f为频率，上述数据的计算应用Matlab程序软件写入公式获得。
b)输电线路零序参数仿真计算，仿真时，步骤1，仿真计算输电线路零序短路阻抗。将一回输电线路末端三相短路并接地，首端三相线路并联，在输电线路首端施加频率为50赫兹的单相电压源，探测该输电线路首端电压US0、首端电流IS0。若有邻近并行输电线路(同塔双回或同塔多回)，邻近并行输电线路开路。仿真图如图3所示。步骤2，仿真计算输电线路零序开路阻抗。将一回输电线路末端三相开路，首端三相线路并联，在输电线路首端施加频率为50赫兹的单相电压源，探测该输电线路首端电压UO0、首端电流IO0。仿真图如图4所示。步骤3，零序参数计算。根据仿真探测到的电压、电流相量计算零序阻抗。设零序短路阻抗为ZS0，则有设零序开路阻抗为ZO0,则有输电线路单位长度的零序阻抗单位长度的零序导纳为单位长度的零序电容其中L为输电线路长度，f为频率。上述计算数据采用Matlab软件写入公式计算获得。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种输电线路工频序参数仿真计算方法，其特征是，包括以下步骤：
获取输电线路、地线、输电杆塔的基本参数及输电线路沿线的土壤电阻率，并将上述参数传输至ATP-EMTP仿真系统；
搭建ATP-EMTP仿真模型；
输电线路参数设置：根据获取输电线路、地线及输电杆塔的基本参数、输电线路沿线的土壤电阻率设置ATP-EMTP仿真系统中的输电线路模块的相关参数；
对待计算输电线路施加源；
输电线路工频序参数的计算：根据仿真探测到的电压、电流相量计算正序开路、短路阻抗并根据正序开路、短路阻抗计算正序阻抗与正序电容；根据仿真探测到的电压、电流相量计算零序开路、短路阻抗并根据零序开路、短路阻抗计算零序阻抗及零序电容。
2.如权利要求1所述的一种输电线路工频序参数仿真计算方法，其特征是，搭建ATP-EMTP仿真模型时，根据输电线路沿线土壤电阻率、输电线路架设方式、输电线路相序、地线型号及架设方式四个因素确定输电线路模型分段点，四个因素为与的关系，若四个因素同时一致，则在一个设计段中；
输电线路模型搭建：对短距离输电线路可选择ATP-EMTP仿真系统中的集中参数模型，对长距离输电线路需选择ATP-EMTP仿真系统中的分布参数模型。
3.如权利要求1所述的一种输电线路工频序参数仿真计算方法，其特征是，输电线路参数设置时，设置的参数包括ATP-EMTP仿真系统中的输电线路模块中的Model模块及data模块的参数；
Model模块中设置输电线路类型及对应的特征、设置土壤电阻率、输电线路输送频率及输电线路长度；
data模块设置输电线路相号、内径、外径、直流电阻、水平距离Horiz、导线高度Vtower、档距中央导线高度Vmid、分裂间距、地线保护角及分裂数。
4.如权利要求1所述的一种输电线路工频序参数仿真计算方法，其特征是，在对待计算输电线路施加源时，施加源为电压源。
5.如权利要求1所述的一种输电线路工频序参数仿真计算方法，其特征是，输电线路工频序参数计算时，在输电线路终端设置分相器，将一条三相输电线路分成三个单相输电线路，实现输电线路电压及电流的分相探测。
6.如权利要求5所述的一种输电线路工频序参数仿真计算方法，其特征是，输电线路电压及电流在探测时，将探测电流源串联接在每个单相输电线路中，将探测电压源并联接在感应的每个单相输电线路两端，探测电流源显示通过的电流幅值及角度，探测电压源显示并接线路点的电压幅值与角度。
7.如权利要求1所述的一种输电线路工频序参数仿真计算方法，其特征是，输电线路工频序参数包含正序参数和零序参数，正序参数为正序阻抗、正序电容；零序参数为零序阻抗、零序电容。
8.如权利要求7所述的一种输电线路工频序参数仿真计算方法，其特征是，输电线路正序参数仿真计算时，步骤如下：
仿真计算输电线路正序短路阻抗：将一回输电线路末端三相短路，在输电线路首端施加电压源，探测该输电线路首端电压、首端电流；
仿真计算输电线路正序开路阻抗：将一回输电线路末端三相开路，在输电线路首端施加电压源，探测该输电线路首端电压、首端电流；
正序参数计算：根据仿真探测到的电压、电流相量计算正序阻抗，根据正序短路阻抗及正序开路阻抗计算正序阻抗。
9.如权利要求8所述的一种输电线路工频序参数仿真计算方法，其特征是，输电线路零序参数仿真计算步骤如下：
仿真计算输电线路零序短路阻抗：将一回输电线路末端三相短路并接地，首端三相线路并联，在输电线路首端施加单相电压源，探测该输电线路首端电压、首端电流；
仿真计算输电线路零序开路阻抗：将一回输电线路末端三相开路，首端三相线路并联，在输电线路首端单相电压源，探测该输电线路首端电压、首端电流；
零序参数计算：根据仿真探测到的电压、电流相量计算零序阻抗，根据零序短路阻抗及零序开路阻抗计算零序阻抗。
10.如权利要求9所述的一种输电线路工频序参数仿真计算方法，其特征是，仿真计算输电线路零序短路阻抗时，若有邻近并行输电线路，邻近并行输电线路开路；
在仿真计算输电线路正序短路阻抗时，若有邻近并行输电线路，则邻近并行输电线路开路。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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