CN107862150A - 一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法 - Google Patents

一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107862150A
CN107862150A CN201711154683.6A CN201711154683A CN107862150A CN 107862150 A CN107862150 A CN 107862150A CN 201711154683 A CN201711154683 A CN 201711154683A CN 107862150 A CN107862150 A CN 107862150A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tower
impedance
line
same
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711154683.6A
Other languages
English (en)
Inventor
李晓华
刘飘
李帆
蔡旺延
曹杰
张少凡
杨咏梅
王聪
王历晔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Guangzhou Power Supply Bureau Co Ltd
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Guangzhou Power Supply Bureau Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT, Guangzhou Power Supply Bureau Co Ltd filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201711154683.6A priority Critical patent/CN107862150A/zh
Publication of CN107862150A publication Critical patent/CN107862150A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/18—Network design, e.g. design based on topological or interconnect aspects of utility systems, piping, heating ventilation air conditioning [HVAC] or cabling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G1/00—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines
    • H02G1/02—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for overhead lines or cables
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/16—Cables, cable trees or wire harnesses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，首先采集建模过程中所需基础信息，然后计算出消除地线影响后每一种杆塔结构对应单位长度的阻抗/导纳矩阵，对于架设不同导线同塔多回线部分的杆塔，则需要对阻抗/导纳矩阵进行替换操作以得到其对应的阻抗/导纳矩阵。在此基础上计算出每回线的正序阻抗及零序阻抗，将其与各回线对应的实测值进行比较，根据误差大小调节土壤电阻，直至误差符合要求。将同塔多回输电系统进行分段处理，并以每一分段的线路长度、分段是否设置故障、分段的导线种类，分段的杆塔构成情况为评价标准，为各分段匹配线路模型，当故障点及故障分段发生改变时，为各分段线路动态匹配线路模型。

Description

一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建 模方法
技术领域
本发明涉及交流高压输电系统仿真建模技术领域，具体涉及一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法。
背景技术
对输电线路进行建模分析时，目前有两种主流的计算模型：集中参数模型和分布参数模型。集中参数模型在线路长度小于60km时具有较高的计算精度；而分布参数模型则适用于线路长度大于光速与时域计算步长之积的情形，通常时域计算步长取为50us，即需要每一段线路的长度大于15km。
对于一条输电线路在架设过程中使用到多种结构杆塔的情形，若要精确考虑杆塔结构之间的差异性，用以上两种模型对线路建模时，需基于杆塔逐一建模，且无法考虑到土壤电阻率的影响；尤其对于分布参数模型而言，基于杆塔逐一建模不仅费时费力，还存在线路长度过短计算精度不够的问题。
此外，在同塔多回输电线路中，不同回线采用不同的导线的情况非常普遍，而常规的分布参数模型和集中参数模型均无法计及不同导线之间的参数差别，进行计算分析时必然会引入一个不可避免地固定误差项，降低了计算结果的可靠性。
基于此，针对同塔多回输电线路中杆塔结构的多样性问题，尤其是具有不同导线的同塔多回输电线路，如何建立其精确计算的线路模型，成为当前一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，以弥补分布参数模型和集中参数模型应用到短距离架设的同塔多回输电线路中存在的不足，尽量减小计算分析的工作量，消除由于不同电压等级导线参数差异及分布参数模型的适用性问题等因素而造成的误差，提高电力系统故障分析计算的准确性。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路统一建模方法，对现行的输电线路计算模型进行改进。首先采集建模过程中所需要的基础信息，然后计算出消除地线影响后，每一种杆塔结构对应单位长度的阻抗/导纳矩阵，对于架设不同导线同塔多回线部分的杆塔，则需要对阻抗/导纳矩阵进行替换操作以得到其对应的阻抗/导纳矩阵。在此基础上，计算出每回线的正序阻抗及零序阻抗，将其与各回线对应的实测值进行比较，根据误差大小调节土壤电阻，直至误差符合要求，则认为此时得到的阻抗/导纳矩阵为实际值，土壤电阻率符合计算要求。进而将同塔多回输电系统进行分段处理，并以每一分段的线路长度、分段是否设置故障、分段的导线种类，分段的杆塔构成情况为评价标准，为各分段匹配合适的线路模型，当故障点及故障分段发生改变时，为各分段线路动态匹配相应的线路模型。最后根据采集到的信息及计算得到的阻抗/导纳矩阵，求解各分段线路模型的具体参数。
该方法具体步骤如下：
步骤S1、基础信息采集；
建立短线的参数模型前，需要对同塔架设的每一回线进行数据采集，具体包括：每一回线从起点到终点过程中所用到的杆塔型号和结构参数、全线的长度、同塔多回架设部分的长度、进线的长度、每一基杆塔对应的档距、地线的数目、所有导线的参数(分裂数、导线半径、单位电阻等)，每一基杆塔上输电导线的相序排列，每一回输电线路的实测正/零序阻抗值。
步骤S2、阻抗及导纳参数的计算；
根据采集到的信息，土壤电阻率取为114.78Ω·m，计算出每一种杆塔结构在当前相序排列方式下，消去地线影响后单位长度的阻抗矩阵及导纳矩阵：
1)对于同塔双回线以及同塔多回线全部采用同一种导线时，直接计算其消去地线影响后单位长度的阻抗矩阵及导纳矩阵即可。需要说明的是，本方法所述的同一种导线，指的是导线的截面、分裂数、材质均相同，否则视为不同导线。
2)对于同塔多回输电线路部分，若存在不同导线的情形，则需考虑不同导线在参数上的差异。若同塔多回线部分有m种导线，需要分别计算出每一种架设同塔多回线路的杆塔结构，当其全部采用一种导线架设时，对应的消除地线影响后的阻抗/导纳矩阵。即对于每一种架设同塔多回线路的杆塔，需要计算m种导线对应的m个阻抗矩阵和m个导纳矩阵。
步骤S3、阻抗/导纳的处理；
对于同塔双回线以及同塔多回线全部采用同一种导线时，经过步骤S2计算得到的阻抗/导纳矩阵在本步骤中无需进行操作。
对于同塔多回输电线路部分存在不同导线的情形，则需要对步骤S2中计算得到的阻抗/导纳矩阵的对角线元素进行替换操作。仍以架设同塔多回线的杆塔结构J1为例，对步骤S2中得到的阻抗矩阵：
从m个阻抗矩阵中，不妨选定第1种导线计算得到的阻抗矩阵Z1作为替换对象。若第1种型号的导线在同塔多回线路中对应编号a1～ap的导体，第2种型号的导线在同塔多回线路中对应编号b1～bq的导体……第m种型号的导体在同塔多回线路中对应编号m1～mr的导体。则保持Z1矩阵中第a1～ap行的对角线元素不变，b1～bq行的对角线元素用第2种导线计算得到的阻抗矩阵Z2中相应的对角元素替换……m1～mr行的对角线元素用第m种导线计算得到的阻抗矩阵Zm中相应的对角元素替换，最终得到J1杆塔的实际阻抗矩阵ZJ1。进行类似的操作，可得到J1杆塔的实际导纳矩阵YJ1。
同理，可得到每一种架设不同导线同塔多回输电线路的杆塔对应的阻抗/导纳矩阵。
步骤S4、序阻抗的计算；
经过步骤S3处理后得到每一种结构杆塔对应的实际阻抗矩阵，累加每一基杆塔对应的实际阻抗矩阵与档距之积，可得到同塔多回线的整体阻抗矩阵，对其进行对称分量变换，可得到各回线的正/零序阻抗值。
步骤S5、土壤电阻率的匹配；
将步骤S4中计算得到的各回线的正/零序阻抗值与各回线正/零序阻抗值实测值进行比较，若误差均在5％范围内，则认为步骤S2中土壤电阻率114.78Ω·m的选取正确。否则，重复步骤S2～S4，在114.78Ω·m的基础上根据误差大小修正土壤电阻率的取值，直至各回线正/零序阻抗计算值的误差均小于5％，则认为步骤S3的最后一次操作得到的阻抗/导纳矩阵精度符合要求，此时的土壤电阻率ρ为精确值。
步骤S6、线路模型的选择；
选择线路模型前，需要先将同塔多回线进行分段处理，分段原则为：对于从同一个电源出发的线路，从线路起点到多回线同塔架设处为一个分段，多回线同塔架设部分整体为一个分段，从多回线同塔架设末端终止于同一个电源的线路为一个分段。
由于分布参数模型与集中参数模型各有所长，在建立同塔多回线各分段线路的模型时，以每一分段的线路长度、分段是否设置故障、分段的导线种类，分段的杆塔构成情况为评价标准，为各分段匹配合适的线路模型，实现各分段线路模型的动态切换。
步骤S7、线路模型的建立；
分布参数模型的建立可采用成熟的方法理论，不再赘述。
但针对各分段建立起计及杆塔结构与导线差异的集中参数模型，当前无相关的方法可用，下面介绍本发明中π型集中参数模型的建模方法。
由步骤S3可得到的各基杆塔的阻抗/导纳矩阵，对于步骤S6中确定需要采用集中参数模型的分段，累加每一分段线路下各基杆塔的阻抗/导纳矩阵与档距之积，得到各分段线路的阻抗/导纳矩阵；再利用各分段线路阻抗/导纳矩阵的物理意义，分别计算出每一分段对应的π型等值电路中的各电阻、电感、互感、线间电容和对地电容参数值。由此，即可得到各分段的π型集中参数模型。
经过上述步骤S1～S7，即可实现对同塔多回输电线路的建模，并能实现集中参数模型与分布参数模型的动态切换。本发明方法在建模时充分考虑了不同导线、不同杆塔结构之间的差异，并对土壤电阻率进行了匹配以尽量模拟实际线路情形，在减少计算工作量的同时，极大地提高了电力系统故障特性分析、输电线路潮流计算、继电保护保护整定计算等工作的精确度。此外，本方法所需要的数据均可从电力部门获取，相关计算过程均可通过计算机编程实现，实际操作较为简单，具有很强的可实现性。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
采用本方法建立同塔多回输电线路模型，能精确计及输电线路同塔多回架设时不同导线在参数上存在的差异，并考虑到不同杆塔结构的影响；也无需考虑所计算线路的长度问题，能实现集中参数模型与分布参数模型之间的动态切换，精确模拟同塔多回输电线路的各种运行状态与故障特性，且模型中各参数已经考虑到土壤电阻率的影响，能够极大地提高电力系统故障特性分析、输电线路潮流计算、继电保护保护整定计算等工作的精确度。此外，本方法所需要的数据均可从电力部门获取，相关计算过程均可通过计算机编程实现，实际操作较为简单，具有很强的可实现性。
附图说明
图1是短线架设的同塔多回线路建模流程图；
图2是同塔四回线中线路的分段示意图；
图3是n根导线的π型集中参数等值电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例
输电线路在走线过程中，由于跨越需求的不同，可能会用到多种不同结构的杆塔架设。此外，在输电走廊紧张的地区，还需要与其他线路共用输电走廊，组成同塔多回输电线路。
目前输电线路的计算模型主要有两种：分布参数模型和集中参数模型。分布参数模型的计算精度非常高，但需要满足每一段线路的长度L≥cμ，其中c为光速3×108m/s，μ为时域计算步长，通常取为50us，因此需要每一段线路的长度大于15km。此外，即便对于长度大于15km的线路，进行故障计算时，需要将线路进行拆分，若要实现能在线路的任意位置设置故障，无法保证拆分后每一段的线路长度都大于15km。
集中参数模型在线路长度小于60km时，具有很高的计算精度，能适用同输电线路短距离架设的情形。但使用集中参数模型进行计算分析，若要考虑不同杆塔结构之间的差别时，需对应于每一种结构的杆塔分别建模，将会使得计算模型非常庞大，计算分析的工作量十分巨大。
此外，对于同塔多回输电线路中存在不同导线的情形，当前的分布参数模型和集中参数模型都无法计及不同导线在参数上的差别，这两种模型只能用一种型号的导线进行计算，因此其计算结果必然会引入误差，且输电线路的输送距离越长，计算结果的误差越大。
基于此，本发明提出了一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路统一建模方法，算法流程如图1所示，分以下七个步骤进行：
步骤S1、基础信息采集；
建立同塔多回输电线路的参数模型前，需要对同塔架设的每一回线进行数据采集，具体包括：每一回线从起点到终点过程中所用到的杆塔型号和结构参数、全线的长度、同塔多回架设部分的长度、每一基杆塔对应的档距、地线的数目、所有导线的参数(分裂数、导线半径、单位电阻等)，每一基杆塔上输电导线的相序排列，每一回输电线路的实测正/零序阻抗值。
步骤S2、阻抗及导纳参数的计算；
根据采集到的信息，土壤电阻率取为114.78Ω·m，计算出每一种杆塔结构在当前相序排列方式下，消去地线影响后单位长度的阻抗矩阵及导纳矩阵：
1)对于同塔双回线以及同塔多回线全部采用同一种导线时，直接计算其消去地线影响后单位长度的阻抗矩阵及导纳矩阵即可。需要说明的是，本方法所述的同一种导线，指的是导线的截面、分裂数、材质均相同，否则视为不同导线。
2)对于同塔多回输电线路部分，若存在不同导线的情形，则需考虑不同导线在参数上的差异。若同塔多回线部分有m种导线，需要分别计算出每一种架设同塔多回线路的杆塔结构，当其全部采用一种导线架设时，对应的消除地线影响后的阻抗/导纳矩阵。即对于每一种架设同塔多回线路的杆塔，需要计算m种导线对应的m个阻抗矩阵和m个导纳矩阵。对于架设同塔多回线的杆塔结构J1，需计算的阻抗/导纳矩阵包括：
导线1共有p根，在杆塔中对应的导体编号设为a1，a2…...ap，当杆塔上的输电导线全部为导线1时，计算得到消去地线影响后的阻抗矩阵Z1，导纳矩阵Y1；
导线2共有q根，在杆塔中对应的导体编号设为b1，b2…...bq，当杆塔上的输电导线全部为导线2时，计算得到消去地线影响后的阻抗矩阵Z2，导纳矩阵Y2；
……
导线m共有r根，在杆塔中对应的导体编号设为m1，m2…...mr，当杆塔上的输电导线全部为导体m时，计算得到消去地线影响后的阻抗矩阵Zm，导纳矩阵Ym。
在实际电网中，一基杆塔上所悬挂的导线类型不会超过为4种，即m≤4。为便于理解，下面给出矩阵Z1和Y1的形式，Z2～Zm,Y2～Ym的矩阵形式类似：
步骤S3、阻抗/导纳矩阵的处理；
对于同塔双回线以及同塔多回线全部采用同一种导线时，经过步骤S2计算得到的阻抗/导纳矩阵在本步骤中无需进行操作。
对于同塔多回输电线路部分存在不同导线的情形，则需要对步骤S2中计算得到的阻抗/导纳矩阵的对角线元素进行替换操作。仍以架设同塔多回线的杆塔结构J1为例，对步骤S2中得到的阻抗矩阵：
保持阻抗矩阵Z1中对角元素Z1a1,a1～Z1ap,ap不变，将其他对角元素分别用阻抗矩阵Z2～Zm中相应的对角元替代，即用Z2b1,b1～Z2bq,bq……Zmm1,m1～Zmmr,mr替代阻抗矩阵Z1中的对角元素Z1b1,b1～Z1bq,bq……Z1m1,m1～Z1mr,mr得到新的阻抗矩阵ZJ1。由此即得了到跨电压等级杆塔结构J1对应的实际阻抗矩阵ZJ1。
进行同样的替换操作，可得到杆塔结构J1对应的实际导纳矩阵YJ1。同理，可得到架设不同导线同塔多回线的其他结构杆塔对应的的实际阻抗/导纳矩阵。
步骤S4、序阻抗的计算；
经过步骤S3处理后得到每一种结构杆塔对应的实际阻抗矩阵，累加每一基杆塔对应的实际阻抗矩阵与档距之积，可得到同塔多回线的整体阻抗矩阵，对其进行对称分量变换，可得到各回线的正/零序阻抗值。
设同塔多回线系统在架设过程中一共使用了k基杆塔，分别编号为g1～gk，g1～gk对应的档距分别为gl1～glk，对应单位长度的阻抗分别为Zg1～Zgk，将各基杆塔按与档距之积按位置叠加，则同塔多回输电线路对应的整体阻抗矩阵Zt为：
对Zt进行对称分量变换，可以得到任一回线的正序阻抗及零序阻抗的计算值，记X回线的正序阻抗及零序阻抗分别为ZX1和ZX0。
步骤S5、土壤电阻率的匹配；
S501、误差计算；
设X回线实测正序阻抗及零序阻抗分别为ZX1＇和ZX0＇，则X回线的正序阻抗、零序阻抗实测值与计算值之间的误差△X1和△X0分别为：
由以上两式计算出各回线正序阻抗与零序阻抗的误差值，设所有误差中，绝对值最大的误差项为△max。
S502、土壤电阻率的迭代求解；
若△max的绝对值小于5％，则认为此时的土壤电阻率能真实反映沿线架设的土质情况，无需进行调整，认为步骤S3中最终得到的阻抗/导纳矩阵精度符合要求，土壤电阻率ρ取114.78Ω·m为精确值；
若△max小于-5％，则以10Ω·m为步长，将土壤电阻由初值114.78Ω·m逐步减小，并重复步骤S2～S4，直至△max绝对值小于5％，认为步骤S3的最后一次操作得到的阻抗/导纳矩阵精度符合要求，此时的土壤电阻率ρ为精确值；
若△max大于5％，则以10Ω·m为步长，将土壤电阻由初值114.78Ω·m逐步增加，并重复步骤S2～S4，直至△max绝对值小于5％，认为步骤S3的最后一次操作得到的阻抗/导纳矩阵精度符合要求，此时的土壤电阻率ρ为精确值。
步骤S6、线路模型的选择；
S601、线路的分段处理；
选择线路模型前，需要先将同塔多回线进行分段处理，分段原则为：对于从同一个电源出发的线路，从线路起点到多回线同塔架设处为一个分段，多回线同塔架设部分整体为一个分段，从多回线同塔架设末端终止于同一个电源的线路为一个分段。
以图2所示的同塔四回输电系统为例，I、II回线为一组双回线，III、IV回线为一组双回线，虚线之间的部分表示I～IV回线同塔架设，根据上述分段原则，将电源1到左侧虚线间I、II组成的双回线部分作为分段1；将电源2到左侧虚线间III、IV组成的双回线部分作为分段2；虚线之间的四回线作为分段3；右侧虚线到电源3间I、II回线组成的双回线部分作为分段4；右侧虚线到电源4间I、II回线组成的双回线部分作为分段5。
S602、线路模型的选择；
由于分布参数模型与集中参数模型各有所长，在建立同塔多回线各分段线路的模型时，需全面考虑两种模型的优点，根据各分段线路的特点，分别建立相应的线路模型。为实现线路模型的动态切换，精确模拟输电线路的运行及故障状态，本发明方法采用以下标准为同塔多回输电系统的各分段匹配线路模型：
标准①：分段长度大于15km，分段内的输电导线均为同一种，该分段不设置故障，且该段线路中主要使用某种特定结构的杆塔J2架设，杆塔J2在该分段的所有杆塔中占比超过80％，则该分段线路采用分布参数模型基于杆塔J2建模。
标准②：分段长度大于15km，分段内的输电导线均为同一种，在该分段设置故障，故障点将该分段分为l1与l2两小段，l1与l2中满足标准①的小段采用分布参数模型进行建模；
标准③：不满足标准①、标准②的分段，采用π型集中参数模型建模。
若故障线路、故障位置发生改变，则根据上述三个标准对各回线重新匹配一次即可。
步骤S7、线路模型的建立；
需要说明的是，上述步骤S6中标准①、标准②中所述的分布参数模型建模方法为成熟方法理论，本发明不再赘述。
但针对各分段建立起计及杆塔结构与导线差异的集中参数模型，当前无相关的方法可用，下面介绍本发明中π型集中参数模型的建模方法。
输电线路的π模型是应用最广泛的集中参数模型，一个由n根导线组成的π型等值电路如图3所示，需要确定的参数包括：各导线的电阻Ri，电感Lii，导线间互感Lij，导线间电容Cij、对地电容Cii、对地电导Gi(i，j分别表示不同的导线编号，其中1<i<n，1<j<n，且i≠j)。
上述参数的求解过程如下：
S701、由步骤S3可得到各基杆塔对应的实际阻抗/导纳矩阵，累加每一分段线路下各基杆塔的阻抗/导纳矩阵与档距之积，得到各分段线路的阻抗矩阵Zfdn和各分段的导纳矩阵Yfdn(n表示分段号，并设分段n中一共有h根导线)。
S702、电阻Ri，电感Lii，导线间的互感Lij的求解。根据π型等值电路的性质，在分段n中：
第i根导线的电阻Ri为该分段阻抗矩阵Zfdn中第i行第i列元素的实部，Ri＝Re(Zfdn(i，i))；
第i根导线的感抗值ωLii为该分段阻抗矩阵Zfdn中第i行第i列元素的虚部，即Lii＝Im(Zfdn(i，i))/ω，其中ω＝100π；
第i根导线与第j根导线之间的互电抗值ωLii为该分段阻抗矩阵Zfdn中第i行第j列元素的虚部，即Lij＝Im(Zfdn(i，j))/ω，其中ω＝100π；
S703、线间电容Cij、对地电容Cii、对地电导Gi的求解。根据π型等值电路的性质，在分段n中：
第i根导线与第j根导线之间的电纳值ωCij为该分段导纳矩阵Yfdn中第i行第j列元素的虚部，即Cij＝Im(Yfdn(i，j))/ω，其中ω＝100π；
第i根导线的对地电纳值ωCii等于Yfdn中第i行第i列的元素减去第i行所有其他元素后剩下的虚部，即
第i根导线的对地电导值Gi等于Yfdn中第i行第i列的元素减去第i行所有其他元素后剩下的实部，即
通过上述S701至S703求解过程，即求解了各分段线路π模型的所有参数。
经过上述步骤S1～S7，即可实现对同塔多回输电线路的建模，并能实现集中参数模型与分布参数模型的动态切换。
综上所述，上述实施例提供了一种基于杆塔结构和导线参数的同塔多回输电线路建模方法，采用本发明方法建立的同塔多回输电线路模型，能计及同塔多回输电线路在导线上存在的差异，并能考虑到不同结构杆塔的影响，且无需考虑输电线路的长度问题，无需串联庞大基于杆塔结构的π型等值电路，可以实现分布参数模型与集中参数模型之间的动态切换，能精确计算输电线路的各种运行状态及故障状态。本方法能够极大地提高电力系统故障特性分析、输电线路潮流计算、继电保护保护整定计算等工作的精确度。此外，本方法所需要的数据均可从电力部门获取，相关计算过程均可通过计算机编程实现，实际操作较为简单，具有很强的可实现性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，其特征在于，所述的统一建模方法包括下列步骤：
S1、基础信息采集，建立同塔多回输电线路的参数模型前，需要对同塔架设的每一回线进行数据采集，包括：每一回线从起点到终点过程中所用到的杆塔型号和结构参数、全线的长度、同塔多回架设部分的长度、进线的长度、每一基杆塔对应的档距、地线的数目、所有导线的参数、每一基杆塔上输电导线的相序排列、每一回输电线路的实测正/零序阻抗值，其中所述的导线的参数包括分裂数、导线半径和单位电阻；
S2、阻抗及导纳参数的计算，土壤电阻率初值取为114.78Ω·m，计算出每一种杆塔结构在当前相序排列方式下，消去地线影响后单位长度的阻抗矩阵及导纳矩阵，对于同塔多回输电线路部分有m种不同导线的情况，需要分别计算出每一种架设同塔多回输电线路的杆塔结构，当其分别采用这m种导线架设时，对应的消除地线影响后的阻抗/导纳矩阵；
S3、阻抗/导纳矩阵的处理，对于同塔双回线以及同塔多回线全部采用同一种导线时，经过步骤S2计算得到的阻抗/导纳矩阵在本步骤中无需进行操作，对于架设具有不同导线同塔多回输电线路的杆塔，先选定某种型号导线计算出的阻抗/导纳矩阵，根据实际架设时导体的编号，将阻抗/导纳矩阵中的对角元素分别用该编号导体对应的阻抗/导纳矩阵中相应的对角元素进行替换，得到每一种架设具有不同导线同塔多回输电线路的杆塔实际对应的阻抗/导纳矩阵；
S4、序阻抗的计算，经过步骤S3处理后得到每一种结构杆塔对应的实际阻抗矩阵，累加每一基杆塔对应的实际阻抗矩阵与档距之积，可得到同塔多回线的整体阻抗矩阵，对其进行对称分量变换，可得到各回线的正/零序阻抗值；
S5、土壤电阻率的匹配，将步骤S4中计算得到的各回线的正/零序阻抗值与各回线正/零序阻抗值实测值进行比较，根据误差大小调节土壤电阻，直至误差符合工程要求，则认为此时得到的阻抗/导纳矩阵为实际值，土壤电阻率符合计算要求；
S6、线路模型的选择，先将同塔多回线进行分段处理，在建立同塔多回线各分段线路的模型时，以每一分段的线路长度、分段是否设置故障、分段的导线种类，分段的杆塔构成情况为评价标准，为各分段匹配合适的线路模型，实现各分段线路模型的动态切换；
S7、线路模型的建立，由步骤S3得到的各基杆塔的阻抗/导纳矩阵，对于步骤S6中确定需要采用集中参数模型的分段，累加每一分段线路下各基杆塔的阻抗/导纳矩阵与档距之积，得到各分段线路的阻抗/导纳矩阵；再利用各分段线路阻抗/导纳矩阵的物理意义，分别计算出每一分段对应的π型等值电路中的各电阻、电感、互感、线间电容和对地电容参数值，由此，即可得到各分段的π型集中参数模型，对于分布参数模型的建立则可直接采用成熟的方法理论。
2.根据权利要求1所述的一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，其特征在于，所述的步骤S2、阻抗及导纳参数的计算中，对于每一种架设跨电压等级线路的杆塔，需要分别计算出m种导线对应的m个阻抗矩阵和m个导纳矩阵。
3.根据权利要求1所述的一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，其特征在于，所述的步骤S2中的导线种类数m≤4。
4.根据权利要求1所述的一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，其特征在于，所述的步骤S3、阻抗/导纳矩阵的处理中，在选定某种型号导线计算出的阻抗/导纳矩阵后，对于杆塔上编号为t的导体，若t导体的导线型号与选定的导线型号不一致，则需要用t导体对应的导线型号计算出的阻抗/导纳矩阵中第t行第t列的对角线元素，替换掉选定阻抗/导纳矩阵中第t行第t列的对角线元素。
5.根据权利要求1所述的一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，其特征在于，所述的步骤S5、土壤电阻率的匹配具体包括：
S501、误差计算：
设X回线实测正序阻抗及零序阻抗分别为ZX1＇和ZX0＇，则X回线的正序阻抗、零序阻抗实测值与计算值之间的误差△X1和△X0分别为：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>X</mi> <mn>1</mn> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>X</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>X</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>X</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>X</mi> <mn>0</mn> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>X</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>X</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>X</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>
由以上两式计算出各回线正序阻抗与零序阻抗的误差值，设所有误差中，绝对值最大的误差项为△max；
S502、土壤电阻率的迭代求解：
若△max的绝对值小于5％，则认为此时的土壤电阻率能真实反映沿线架设的土质情况，无需进行调整，判定步骤S3中最终得到的阻抗/导纳矩阵精度符合要求，土壤电阻率ρ取114.78Ω·m为精确值；
若△max小于-5％，则以10Ω·m为步长，将土壤电阻由初值114.78Ω·m逐步减小，并重复步骤S2～S4，直至△max绝对值小于5％，判定步骤S3的最后一次操作得到的阻抗/导纳矩阵精度符合要求，此时的土壤电阻率ρ为精确值；
若△max大于5％，则以10Ω·m为步长，将土壤电阻由初值114.78Ω·m逐步增加，并重复步骤S2～S4，直至△max绝对值小于5％，判定步骤S3的最后一次操作得到的阻抗/导纳矩阵精度符合要求，此时的土壤电阻率ρ为精确值。
6.根据权利要求1所述的一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，其特征在于，所述的步骤S6、线路模型的选择中，线路进行分段处理时的分段原则为：对于从同一个电源出发的线路，从线路起点到同塔多回线架设处为一个分段，输电线同塔多回架设部分整体为一个分段，从同塔多回线部分末端终止于同一个电源的线路为一个分段。
7.根据权利要求1所述的一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，其特征在于，所述的步骤S6、线路模型的选择中，采用以下标准为同塔多回输电系统的各分段匹配线路模型：
标准①：分段长度大于15km，分段内的输电导线均为同一种，该分段不设置故障，且该段线路中主要使用某种特定结构的杆塔J2架设，杆塔J2在该分段的所有杆塔中占比超过80％，则该分段线路采用分布参数模型基于杆塔J2建模；
标准②：分段长度大于15km，分段内的输电导线均为同一种，在该分段设置故障，故障点将该分段分为l1与l2两小段，l1与l2中满足标准①的小段采用分布参数模型进行建模；
标准③：不满足标准①、标准②的分段，采用π型集中参数模型建模。
8.根据权利要求1所述的一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，其特征在于，所述的步骤S7、线路模型的建立中π型集中参数模型的建模方法如下：
假设一个由n根导线组成的π型等值电路，需要确定的参数包括：各导线的电阻Ri，电感Lii，导线间互感Lij，导线间电容Cij、对地电容Cii、对地电导Gi，其中，i，j分别表示不同的导线编号中1<i<n，1<j<n，且i≠j；上述参数的求解过程如下：
S701、由步骤S3可得到各基杆塔对应的实际阻抗/导纳矩阵，累加每一分段线路下各基杆塔的阻抗/导纳矩阵与档距之积，得到各分段线路的阻抗矩阵Zfdn和各分段的导纳矩阵Yfdn，式中n表示分段号，并设分段n中一共有h根导线；
S702、电阻Ri、电感Lii、导线间的互感Lij的求解，根据π型等值电路的性质，在分段n中：
第i根导线的电阻Ri为该分段阻抗矩阵Zfdn中第i行第i列元素的实部，Ri＝Re(Zfdn(i，i))；
第i根导线的感抗值ωLii为该分段阻抗矩阵Zfdn中第i行第i列元素的虚部，即Lii＝Im(Zfdn(i，i))/ω，其中ω＝100π；
第i根导线与第j根导线之间的互电抗值ωLii为该分段阻抗矩阵Zfdn中第i行第j列元素的虚部，即Lij＝Im(Zfdn(i，j))/ω，其中ω＝100π；
S703、线间电容Cij、对地电容Cii、对地电导Gi的求解，根据π型等值电路的性质，在分段n中：
第i根导线与第j根导线之间的电纳值ωCij为该分段导纳矩阵Yfdn中第i行第j列元素的虚部，即Cij＝Im(Yfdn(i，j))/ω，其中ω＝100π；
第i根导线的对地电纳值ωCii等于Yfdn中第i行第i列的元素减去第i行所有其他元素后剩下的虚部，即
第i根导线的对地电导值Gi等于Yfdn中第i行第i列的元素减去第i行所有其他元素后剩下的实部，即
9.根据权利要求1至8任一所述的一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法，其特征在于，所述的同塔多回输电线路包括：交流同塔多回输电线路、直流同塔多回输电线路和交直流同塔多回输电线路。
CN201711154683.6A 2017-11-20 2017-11-20 一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法 Pending CN107862150A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711154683.6A CN107862150A (zh) 2017-11-20 2017-11-20 一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711154683.6A CN107862150A (zh) 2017-11-20 2017-11-20 一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107862150A true CN107862150A (zh) 2018-03-30

Family

ID=61702130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711154683.6A Pending CN107862150A (zh) 2017-11-20 2017-11-20 一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107862150A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112711865A (zh) * 2021-01-19 2021-04-27 国网河北省电力有限公司 一种输电线路感应电仿真精细化建模方法
CN113094889A (zh) * 2021-04-01 2021-07-09 湖南经研电力设计有限公司 基于钢筒桩基础的输电线路接地方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102930140A (zh) * 2012-09-29 2013-02-13 广东电网公司电力科学研究院 一种同塔多回复杂输电线路传输方程的求解方法
CN104573245A (zh) * 2015-01-15 2015-04-29 国家电网公司 一种特高压输电线路中地线损耗的计算方法
CN105653760A (zh) * 2015-12-17 2016-06-08 山东大学 考虑导体空间布置的线路分布参数三维计算模型设计方法
CN106199192A (zh) * 2015-11-09 2016-12-07 全玉生 平行多回输电线路零序参数的正序在线测试方法
CN106649944A (zh) * 2016-09-29 2017-05-10 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种输电线路工频序参数仿真计算方法
CN107271941A (zh) * 2017-04-26 2017-10-20 广州供电局有限公司 一种同塔多回输电线路上的零序互感阻抗计算方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102930140A (zh) * 2012-09-29 2013-02-13 广东电网公司电力科学研究院 一种同塔多回复杂输电线路传输方程的求解方法
CN104573245A (zh) * 2015-01-15 2015-04-29 国家电网公司 一种特高压输电线路中地线损耗的计算方法
CN106199192A (zh) * 2015-11-09 2016-12-07 全玉生 平行多回输电线路零序参数的正序在线测试方法
CN105653760A (zh) * 2015-12-17 2016-06-08 山东大学 考虑导体空间布置的线路分布参数三维计算模型设计方法
CN106649944A (zh) * 2016-09-29 2017-05-10 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种输电线路工频序参数仿真计算方法
CN107271941A (zh) * 2017-04-26 2017-10-20 广州供电局有限公司 一种同塔多回输电线路上的零序互感阻抗计算方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.H.G.J. LANSINK ROTGERINK ET AL.: "Multi-conductor transmission line modelling of transfer impedance measurement methods", 《INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY - EMC EUROPE》 *
袁忠君等: "基于分段传输线模型的同杆双回线路反击耐雷性能研究", 《东北电力大学学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112711865A (zh) * 2021-01-19 2021-04-27 国网河北省电力有限公司 一种输电线路感应电仿真精细化建模方法
CN112711865B (zh) * 2021-01-19 2022-09-02 国网河北省电力有限公司 一种输电线路感应电仿真精细化建模方法
CN113094889A (zh) * 2021-04-01 2021-07-09 湖南经研电力设计有限公司 基于钢筒桩基础的输电线路接地方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6025575B2 (ja) 三相電力潮流解析のためのシステムおよび方法
CN106972504B (zh) 基于遗传算法的区间无功优化方法
Dashti et al. Impedance-based fault location method for four-wire power distribution networks
CN111542980B (zh) 用于识别电力传输线路中的故障位置的装置和方法
CN110850236A (zh) 一种基于参数估计的配电网故障定位方法
Usman et al. Fault classification and location identification in a smart distribution network using ANN
Jamali et al. A Fast and accurate fault location method for distribution networks with DG using genetic algorithms
CN106228459A (zh) 基于蒙特卡洛的等值可靠性评估方法
CN104052053B (zh) 基于一元线性回归模型的配电网双端线路段阻抗分析方法
CN107862150A (zh) 一种基于杆塔结构与导线参数的同塔多回输电线路的统一建模方法
Swetapadma et al. A hybrid method for fault location estimation in a fixed series compensated lines
WO2012048746A1 (de) Verfahren und einrichtung zum erzeugen eines zustandssignals
CN115128395A (zh) 一种电压暂降源定位方法和装置
CN107271941B (zh) 一种同塔多回输电线路上的零序互感阻抗计算方法
CN105021980B (zh) 交流滤波器断路器双断口电压分布特性评估系统及方法
CN110907720B (zh) 基于pmu量测的短线路同杆并架双回线完整参数辨识方法
Gupta et al. Power system network equivalents: Key issues and challenges
Cao et al. A new computational method for cable theory problems
Daisy et al. Single phase fault location in power distribution network using combination of impedance based method and voltage sage matching algorithm
Acácio et al. Evaluation of the impact of different neural network structure and data input on fault detection
CN111125906A (zh) 一种基于输电线路分布式温度的载流量计算方法及装置
JP3756026B2 (ja) 送電線の故障点標定方法
CN114755530A (zh) 一种输电线路鲁棒故障定位方法
Al-Sakkaf et al. Power Flow Analysis of Weakly Meshed Distribution Network Including DG.
Patra et al. Voltage sag assessment of distribution system using Monte Carlo simulation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20201030

AD01 Patent right deemed abandoned