CN107104445A

CN107104445A - 过压补偿方法及装置

Info

Publication number: CN107104445A
Application number: CN201710418210.6A
Authority: CN
Inventors: 黎灿兵; 张子杰; 周斌; 邱璐; 方八零; 旷永红; 陈迅
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2017-08-29

Abstract

本申请提供了过压补偿方法及装置，涉及电力系统技术领域，其中，该过压补偿方法包括：在半波长交流输电的输电线路末端连接并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量，这样，在输电线路轻载或空载的情况下，通过采集输电线路的传输功率，并计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系，使得输电线路在轻载或者空载的情况下，通过调整并联电抗的数值，使输电线路在保持输电长度的前提下，抑制输电线路的电压，使其电气长度保持半波长，通过上述方法进一步提高了输电线路运行的安全性。

Description

过压补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及过压补偿方法及装置。

背景技术

半波长交流输电方式指输电线路的距离接近一个工频半波，即3000公里(50Hz)或2500公里(60Hz)的三相交流输电方式。采用这种输电方式在无损情况下，半波长输电线路就像一台变比为-1的理想变压器，首末端电压的稳定性好，输电能力强。原因在于，半波长输电为点对点输电，沿途不给负载供电，输电设备数量较少，经济性好。但是，在实际的线路传输过程中，有多种因素(比如，电源和特高压变压器的内阻抗以及线路的实际长度)会影响线路的电气长度，使其电气长度难以保持为半波长，影响其良好特性。

针对上述问题，现有的许多研究从调谐的角度入手，以确保其电气长度，但在调谐的过程中，难以全面考虑实际线路中电源和特高压变压器的电抗影响。因此，在实际运行中，即使输电距离满足要求，但线路的电气长度仍然不会为半波长，特别是在线路轻载或者空载的情况下，时常面临线路末端过电压的问题。

目前，保证线路输电长度的技术都为人工调谐(T型调谐或者π型调谐)，但未考虑半波长输电系统的等值电源阻抗和特高压变压器电抗的影响，而无法保证电气长度一定为半波长，这样，在输电线路轻载或者空载的情况下，可能会出现过电压的情况，导致实际过程中输电线路运行不安全。

综上，关于上述输电线路在轻载或者空载的情况下，电气长度难以保持半波长的问题，目前尚无有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供了过压补偿方法及装置，通过在输电线路末端设置并联电抗，提高了线路运行的安全性。

第一方面，本发明实施例提供了过压补偿方法，包括：

在输电线路末端连接并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量；

在输电线路轻载或空载的情况下，采集输电线路的传输功率；

计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，在输电线路末端连接并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量包括：

测量输电线路的长度；

测量输电线路首末端的电气参数；

在输电线路末端连接一个并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，在输电线路轻载或空载的情况下，采集输电线路的传输功率包括：

检测输电线路是否处于轻载或者空载；

当检测到输电线路处于轻载或者空载的情况时，采集输电线路的传输功率。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系包括：

计算输电线路首端和末端的电压关系；

根据功率因数和电压关系计算补偿后的末端电流；

根据末端电流计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系，其中，长度和传输功率均为标幺值。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，方法还包括：

在磁阀式可控并联电抗中，根据长度、并联电抗值和传输功率之间的关系推导触发角控制规律。

第二方面，本发明实施例提供了过压补偿装置，包括：

电抗连接模块，用于在输电线路末端连接并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量；

功率采集模块，用于在输电线路轻载或空载的情况下，采集输电线路的传输功率；

关系计算模块，用于计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，电抗连接模块包括：

长度测量单元，用于测量输电线路的长度；

参数采集单元，用于测量输电线路首末端的电气参数；

连接单元，用于在输电线路末端连接一个并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，功率采集模块包括：

检测单元，用于检测输电线路是否处于轻载或者空载；

采集单元，用于当检测到输电线路处于轻载或者空载的情况时，采集输电线路的传输功率。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，关系计算模块包括：

电压计算单元，用于计算输电线路首端和末端的电压关系；

电流计算单元，用于根据功率因数和电压关系计算补偿后的末端电流；

关系计算单元，用于根据末端电流计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系，其中，长度和传输功率均为标幺值。

结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括：

触发角规律计算模块，用于在磁阀式可控并联电抗中，根据长度、并联电抗值和传输功率之间的关系推导触发角控制规律。

本发明实施例提供的过压补偿方法及装置，其中，该过压补偿方法包括：在半波长交流输电的输电线路末端连接并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量，这样，在输电线路轻载或空载的情况下，能够采集输电线路的传输功率，并计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系，以通过调整并联电抗值的大小来改善输电线路的电压情况，通过上述方法有效提高了输电线路运行的安全性，在输电线路在轻载或者空载的情况下，通过调整并联电抗的数值，以抑制输电线路的末端出现过电压的情况。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的过压补偿方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的过压补偿装置的连接图；

图3示出了本发明实施例所提供的过压补偿装置的结构框架图；

图4示出了本发明实施例所提供的过压补偿装置的结构连接图；

图5示出了本发明实施例所提供的并联电抗的调节曲线图；

图6示出了本发明实施例所提供的磁阀式可控并联电抗的简化等效电路图；

图7示出了本发明实施例所提供的简单闭环控制系统图；

图8示出了本发明实施例所提供的半波长输电线路模型图；

图9示出了本发明实施例所提供的半波长线路末端并联电抗的仿真模型图；

图10示出了本发明实施例所提供的线路定长且空载下的线路首端和末端电压变化对比图；

图11示出了本发明实施例所提供的线路空载且输电长度变化下的末端电压变化曲线图；

图12示出了本发明实施例所提供的线路轻载且输电长度变化下的末端电压变化曲线图。

图标：1-电抗连接模块；2-功率采集模块；3-关系计算模块；11-长度测量单元；12-参数采集单元；13-连接单元；31-电压计算单元；32-电流计算单元；33-关系计算单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对上述问题，现有的许多研究从调谐的角度入手，以确保其输电长度，但在调谐的过程中，难以全面考虑实际线路中电源和特高压变压器的并联电抗以及功率因数的影响。因此，在实际运行中，即使输电距离满足要求，但线路的电气长度仍然不会为半波长，特别是在线路轻载或者空载的情况下，时常面临线路末端过电压的问题。

目前，为了保证线路的输电长度，大都采用人工调谐(T型调谐或者π型调谐)的方法，但是在实际传输过程中，在满足线路输电长度的前提下，输电线路的电气长度不一定能保证为半波长。即通过人工调谐的手段，未考虑电源和特高压变压器的电抗，难以保证电气长度一定为半波长，这样，在输电线路轻载或者空载的情况下，可能会出现过电压的情况，导致实际过程中输电线路运行不安全。

基于此，本发明实施例提供了过压补偿方法及装置，下面通过实施例进行描述。

实施例1

参见图1，本实施例提出的过压补偿方法具体包括以下步骤：

步骤S101：在输电线路末端连接并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量，具体实施时，先后顺序如下：

首先，测量输电线路的长度，并将上述长度记为l。

其次，测量输电线路首末端的电气参数，具体的电气参数如下：测量输电线路的首端电压，并记为测量输电线路的首端电流，并记为测量输电线路的末端电压，并记为测量输电线路的末端电流，并记为测量输电线路的波阻抗，并记为Z_c，测量输电线路的传播系数，并记为a，测量输电线路的电源电动势，并记为测量输电线路的特高压变压器并联电抗和电源漏抗的和，并记为X_S。

再次，在输电线路末端连接一个并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量，并将该并联电抗值记为X_l。

步骤S102：在输电线路轻载或空载的情况下，采集输电线路的传输功率。

首先，要检测输电线路是否处于轻载或者空载的情况，输电线路是否带载对其传输性能的影响很大，当电气长度不为半波长的情况下，在轻载或空载下线路末端会产生过电压。故在采集输电线路的传输功率之前，需要先测试输电线路是否处于轻载或者空载的情况。

当检测到输电线路处于轻载或者空载的情况时，采集输电线路的传输功率，以进一步测量输电线路的传输特性。

步骤S103：计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系。

首先，计算输电线路首端和末端的电压关系，计算公式如下：

联立上述公式(1)和(2)，可得如下公式(3)

其次，根据功率因数和电压关系计算补偿后的末端电流，考虑功率因数即并在线路末端并联一个感抗为jX_l的并联电抗，则经过补偿后的末端电流为

用代替公式(3)中的以P_*表示以视在功率为基准的输电功率的标幺值，以U_*表示末端电压与电源电动势的比值，令第一中间参量第二中间参量以及可得如下公式：

再次，根据末端电流计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系，其中，长度和传输功率均为标幺值。即化简上述公式(5)后，以表示以Z_c为基准值的X_l的标幺值，可得如下公式：

此外，该过压补偿方法还包括：

如图6所示，在磁阀式可控并联电抗中，根据长度、并联电抗值和传输功率之间的关系推导触发角控制规律。

其中，E_m为磁阀式可控并联电抗中的电源电动势，E_y为磁阀式可控并联电抗中的输出电动势。其简单的闭环控制系统如图7所示。

当U_*＝1、l＝2960km时，令第三中间参量则和的关系曲线如图5所示。

综上所述，本实施例提供的过压补偿方法包括：首先，需要在输电线路末端连接并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量，之后，在输电线路轻载或空载的情况下，采集输电线路的传输功率后，并且，计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系，通过上述在输电线路末端连接并联电抗的方法，使得输电线路在轻载或者空载的情况下，能使线路末端电压稳定，从而进一步保证了输电线路的安全运行。

实施例2

参见图8，基于我国特高压输电线路的参数构建了特高压半波长输电线路的仿真模型，即令特高压半波长交流输电线路电压等级为1000kV，由8组发电机供电，各个发电机的额定容量、额定电压分别为667MVA、20kV，发电机的并联电抗为2.087、暂态并联电抗为0.2942，次暂态并联电抗为0.2942，首端的升压变压器的参数为：额定电压20/1050kV，额定容量720MVA，每台变压器的漏抗为0.18pu，输电线路的长度为3000km，线路末端送至500kV电网一侧。半波长输电线路的参数为R0＝0.1542Ω/km，L0＝0.0166H/km，C0＝0.0093μF/km，R1＝0.0076Ω/km，L1＝0.0053H/km，C1＝0.0140μF/km。以V_B＝1050kV，为基准，对线路参数进行折算。

经过折算，上面的线路模型可以等效为一个单源供电模型，基于以上线路模型，采用10个分段等值的π型链模拟半波长输电线路(图中只画了3段)，可控并联电抗安置于输电线路的末端，图中可控并联电抗的直流控制回路如图9所示，并使用MATLAB进行仿真。

在仿真过程中，当线路长度定为3000km且空载时，线路末端未加并联电抗时，首端电压和末端电压的对比如图10所示，其中，A线表示末端电压，B线表示首端电压。可以看出，线路空载时本应不具备容升效应，但末端电压明显比首端要高，这是由于线路电气长度不为半波长所导致的。

当线路长度不确定时，第一种情况，空载时，θ＝30度，随着线路长度变化时，末端电压标幺值的变化情况如图11所示，其中，C线表示加并联电抗后末端电压标幺值的变化情况，D线表示加并联电抗前末端电压标幺值的变化情况。第二种情况，轻载时，当P_*＝0.3，θ＝30度时，随着线路长度的变化，末端电压标幺值的变化情况如图12所示，其中，E线表示加并联电抗前末端电压标幺值的变化情况，F线表示加并联电抗后末端电压标幺值的变化情况。可见，在加上并联电抗后，线路末端的电压在3000km附近均有所下降。加上并联电抗后不仅使电压下降还改善了线路的电气长度。而当线路长度不足或超过3000km时，不加并联电抗产生的过电压和线路最高电压的偏移仍然会产生。

综上所述，本实施例提供的过压补偿方法包括：以上述额定容量、额定电压、并联电抗等具体数值运用到特高压半波长输电线路的仿真模型中，通过结果数值等的运算结果，验证了在输电线路中加入并联电抗后，能够使输电线路在保证线路长度的同时使其电气长度维持半波长特性。

实施例3

参见图2、图3和图4，本实施例提供了过压补偿装置包括：依次相连的电抗连接模块1、功率采集模块2和关系计算模块3。在使用过程中，首先，由电抗连接模块1在输电线路末端连接并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量，其次，由功率采集模块2在输电线路轻载或空载的情况下，采集输电线路的传输功率，再次，由关系计算模块3计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系。

在该过压补偿装置中，电抗连接模块1包括：依次相连的长度测量单元11、参数采集单元12和连接单元13，工作时，长度测量单元11用来测量输电线路的长度，参数采集单元12用来测量输电线路首末端的电气参数，连接单元13用来在输电线路末端连接一个并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量。

在该过压补偿装置中，功率采集模块2包括：依次相连的检测单元和采集单元，使用过程中，检测单元用来检测输电线路是否处于轻载或者空载，采集单元用于当检测到输电线路处于轻载或者空载的情况时，采集输电线路的传输功率。

在该过压补偿装置中，关系计算模块3中包括：依次相连的电压计算单元31、电流计算单元32和关系计算单元33。首先，由电压计算单元31来计算输电线路首端和末端的电压关系，其次，电流计算单元32用来根据功率因数和电压关系计算补偿后的末端电流，再次，由关系计算单元33根据末端电流计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系，其中，长度和传输功率均为标幺值。

此外，该过压补偿装置还包括：由触发角规律计算模块在磁阀式可控并联电抗中，根据长度、并联电抗值和传输功率之间的关系推导触发角控制规律。

综上所述，本实施例提供的过压补偿装置包括：依次相连的电抗连接模块1、功率采集模块2和关系计算模块3，在工作时，首先，由电抗连接模块1在输电线路末端连接并联电抗，其中，并联电抗的并联电抗值为可控变量，其次，功率采集模块2在输电线路轻载或空载的情况下，用来采集输电线路的传输功率，再次，由关系计算模块3计算长度、并联电抗值和传输功率之间的关系，通过上述模块的设置，能够使输电线路在轻载或者空载的情况下，电气长度保持半波长，以增强输电线路运行的安全性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.过压补偿方法，其特征在于，包括：

在输电线路末端连接并联电抗，其中，所述并联电抗的并联电抗值为可控变量；

在所述输电线路轻载或空载的情况下，采集所述输电线路的传输功率；

计算输电线路的长度、所述并联电抗值和所述传输功率之间的关系。

2.根据权利要求1所述的过压补偿方法，其特征在于，所述在输电线路末端连接并联电抗，其中，所述并联电抗的并联电抗值为可控变量包括：

测量输电线路的长度；

测量输电线路首末端的电气参数；

在输电线路末端连接一个并联电抗，其中，所述并联电抗的并联电抗值为可控变量。

3.根据权利要求2所述的过压补偿方法，其特征在于，所述在输电线路轻载或空载的情况下，采集所述输电线路的传输功率包括：

检测所述输电线路是否处于轻载或者空载；

当检测到所述输电线路处于轻载或者空载的情况时，采集所述输电线路的传输功率。

4.根据权利要求3所述的过压补偿方法，其特征在于，所述计算所述长度、所述并联电抗值和所述传输功率之间的关系包括：

计算所述输电线路首端和末端的电压关系；

根据功率因数和所述电压关系计算补偿后的末端电流；

根据所述末端电流计算所述长度、所述并联电抗值和所述传输功率之间的关系，其中，所述长度和所述传输功率均为标幺值。

5.根据权利要求4所述的过压补偿方法，其特征在于，所述方法还包括：

在磁阀式可控并联电抗中，根据所述长度、所述并联电抗值和所述传输功率之间的关系推导触发角控制规律。

6.过压补偿装置，其特征在于，包括：

电抗连接模块，用于在输电线路末端连接并联电抗，其中，所述并联电抗的并联电抗值为可控变量；

功率采集模块，用于在所述输电线路轻载或空载的情况下，采集所述输电线路的传输功率；

关系计算模块，用于计算输电线路的长度、所述并联电抗值和所述传输功率之间的关系。

7.根据权利要求6所述的过压补偿装置，其特征在于，所述电抗连接模块包括：

长度测量单元，用于测量输电线路的长度；

参数采集单元，用于测量输电线路首末端的电气参数；

连接单元，用于在输电线路末端连接一个并联电抗，其中，所述并联电抗的并联电抗值为可控变量。

8.根据权利要求7所述的过压补偿装置，其特征在于，所述功率采集模块包括：

检测单元，用于检测所述输电线路是否处于轻载或者空载；

采集单元，用于当检测到所述输电线路处于轻载或者空载的情况时，采集所述输电线路的传输功率。

9.根据权利要求8所述的过压补偿装置，其特征在于，所述关系计算模块包括：

电压计算单元，用于计算所述输电线路首端和末端的电压关系；

电流计算单元，用于根据功率因数和所述电压关系计算补偿后的末端电流；

关系计算单元，用于根据所述末端电流计算所述长度、所述并联电抗值和所述传输功率之间的关系，其中，所述长度和所述传输功率均为标幺值。

10.根据权利要求9所述的过压补偿装置，其特征在于，还包括：

触发角规律计算模块，用于在磁阀式可控并联电抗中，根据所述长度、所述并联电抗值和所述传输功率之间的关系推导触发角控制规律。