CN108490314A - 一种基于配网gis系统的配网线路参数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于配网GIS系统的配网线路参数计算方法，它包括：步骤1、配网线路数据库建立：根据配网GIS系统建立配网线路的数据库，内容包括杆塔编号、架空线编号、杆塔的三维坐标、杆塔型号、架空线型号和避雷线型号；步骤2、参数预处理：将配网线路数据库中的数据信息转化为后续参数计算过程能直接使用的输入量；步骤3、计算配网线路参数；包括计算电容矩阵和阻抗矩阵；解决了现有技术针对配网线路参数计算存在的精度差等技术问题。

Description

一种基于配网GIS系统的配网线路参数计算方法

技术领域

本发明属于配网线路参数计算领域，尤其涉及一种基于配网GIS系统的配网线路参数计算方法。

背景技术

配电网是电力系统的重要组成部分，也是地区经济稳定发展的重要保障。配电网线路具有线路数量量大，覆盖面积面广，拓扑结构复杂等诸多特点，承担着向大量低压负荷分配电能的重任。但是作为构成配电网线路主要部分的中、低压架空线路普遍具有绝缘水平较低，一般无避雷线保护，网络结构复杂，故障发生后自动切除故障能力较弱等特点。因此在电力系统内部发生开关操作或者在雷暴等灾害天气下，线路往往会受到较大扰动，相比于高电压的输电线路，配电线路更容易在这些情况下发生跳闸，造成电力中断，影响供电的可靠性。因此建立一套有效的配网雷害风险评估体系对于掌握配电网在雷电工况下的工作特性和采取高效、经济的防雷措施提高配网的工作稳定性具有重要意义。

配电网地理信息系统即配网GIS是计算机图形技术、数据库技术、网络技术和地理信息系统技术的综合应用成果。相对于常规的配网MIS系统、配网自动化系统，配网GIS系统的最大特点是基于地理信息系统所特有的地理空间信息的描述、贮存、分析功能，实现配电网设施的空间地理位置与配电网设施设备及运行数据的相互映射与统一管理。同时，利用配网GIS所形成的配网设施地理网络和进一步形成的几何网络，描述了配电设施设备的空间位置和连通关系，为实现配网线路参数的精确计算及其他各种配电专业分析奠定了基础。

由于雷电在配网线路上是以电磁波的形式传播，而且传播过程与线路的分布参数紧密相关，因此需要精确计算配网线路参数。目前配电线路参数理论计算的方法主要是人工分析为主，计算机计算为辅。在一些对准确性要求不太高的情况下也可以考虑采用查表的方法。随着导线回数的增加，配电网线路参数的理论计算量将显著增加，考虑到人工分析的局限性，在进行计算时往往会引入了相当多的假设和近似，因此传统方法不仅只能用于回数较少的情况，而且计算精度很差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于配网GIS系统的配网线路参数计算方法，以解决现有技术针对配网线路参数计算存在的精度差等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种基于配网GIS系统的配网线路参数计算方法，它包括：

步骤1、配网线路数据库建立：根据配网GIS系统建立配网线路的数据库，内容包括杆塔编号、架空线编号、杆塔的三维坐标、杆塔型号、架空线型号和避雷线型号；

步骤2、参数预处理：将配网线路数据库中的数据信息转化为后续参数计算过程能直接使用的输入量；

步骤3、计算配网线路参数；包括计算电容矩阵和阻抗矩阵。

步骤2所述将配网线路数据库中的数据信息转化为后续参数计算过程能直接使用的输入量的方法为：根据线路编号和杆塔编号确定线路的架空线型号，避雷线数量，避雷线型号以及两端杆塔的型号和三维坐标；根据杆塔型号，杆塔的三维坐标确定架空线的回数，总数电线根数和避雷线根数以及每根输电线和避雷线两端的三维坐标；根据架空线型号确定架空线的半径和电导率；根据避雷线型号确定避雷线的半径和电导率。

步骤3所述电容矩阵，电感矩阵和电阻矩阵的计算方法包括：

步骤3.1、通过计算任意两根导体间的电位系数得到一个n阶的电位系数矩阵[P]_n,n；

步骤3.2、设n根耦合导体的表面单位长度的电荷分别为q₁,q₂,q₃,...,q_n；各导体的对地电位分别为U₁,U₂,U₃,...,U_n。建立方程组：

对电位系数矩阵求逆可得中间矩阵[B]_n,n：

对于n根耦合导体的电容矩阵[C]_n,n与矩阵[B]_n,n满足以下关系；当i≠j时，第i根和第j根导线的互电容为：

C_ij＝-B_ij(i,j＝1,2...n,i≠j)；

当i＝j时，第i根导线的自电容为：

步骤3.3、建立n根耦合导体的阻抗矩阵[Z]_n,n；考虑到复镜像深度是随角频率ω变化的复数，计算得到的阻抗Z(ω)也是一复数，其实部R(ω)对应的就是阻抗中的电阻，虚部L(ω)对应的就是阻抗中的感抗，即

Z(ω)＝R(ω)+jω*L(ω)

当i≠j时，第i根和第j根导线的互阻抗、互电阻、互电感分别为：

Z(ω)_ij、R(ω)_ij、L(ω)_ij；

当i＝j时，第i根导线的自电阻、自电感分别为：

Z(ω)_ii、R(ω)_ii、L(ω)_ii。

本发明有益效果：

本发明为了高效、精确计算配网线路分布参数，本发明提出一种基于配网GIS的配网线路参数计算方法；这种方法能够实现与配网的实际运行情况和发展建设情况的高度配合，进而为配网的相关专业管理提供有效的指导，具有很高的实用价值；本发明根据现有的配网GIS系统，通过预置数据库并更新，可以随着配电网的建设，改造同步更新数据库，实际应用价值高；参数计算的过程中采用的假设和近似较少，计算结果的准确度高；解决了现有有技术针对配网线路参数计算存在的精度差等技术问题。

具体实施方式

本发明主要解决的问题比较精确的计算配网线路的分布参数，即电容矩阵，电感矩阵和电阻矩阵。

本发明针对参数计算问题所采用的技术方案如下：

基于配网GIS的配网输电线路参数计算包括配网数据库的建立，参数预处理，线路参数计算三部分。

配网GIS系统是对配电网各个环节准确管控的系统，其中不但包括与线路参数计算相关的杆塔和线路的信息，还包括大量与本算法无关的信息，因此我们首先要把需要的信息抽取出来单独建立一个数据库。配网数据库建立就是根据配网GIS系统建立配网线路的数据库，包括杆塔编号，架空线编号，杆塔的三维坐标，杆塔型号，架空线型号以及避雷线型号。其中，

由于架空线两端是连接在杆塔上的，所以架空线编号可以由两端杆塔编号确定，所以架空线编号与两端杆塔的编号是一一对应的。架空线编号方便确定所要研究的对象线路，杆塔编号可以提供求解过程所需要的有效数值信息；

杆塔的三维坐标一般指的是杆塔基座的空间三维坐标；

杆塔型号可以提供杆塔的高度，架空线回数以及导线的排列方式(如：单回线路有一字形排列，三角形排列；双回线路有正六边形，伞形，倒伞形，平行形)；

参数预处理是将配网线路数据库中的杆塔和线路信息转化为后续参数计算过程可直接使用的输入量，其对应关系如下：

线路编号和杆塔编号确定了所研究的线路的架空线型号，避雷线数量，避雷线型号以及两端杆塔的型号和三维坐标；

根据杆塔型号，杆塔的三维坐标可以确定架空线的回数，总数电线根数和避雷线根数以及每根输电线和避雷线两端的三维坐标；

根据架空线型号可以确定架空线的半径和电导率；

根据避雷线型号可以确定避雷线的半径和电导率。

线路参数计算过程实质上是对线路电容矩阵，阻抗矩阵的求解。

(1)对于n根耦合导体的电容矩阵通常使用平均电位法进行精确求解，即通过计算任意两根导体间的电位系数得到一个n阶的电位系数矩阵[P]_n,n

设n根耦合导体的表面单位长度的电荷分别为q₁,q₂,q₃,...,q_n；各导体的对地电位分别为U₁,U₂,U₃,...,U_n。则有下列方程组：

对电位系数矩阵求逆可得中间矩阵[B]_n,n：

对于n根耦合导体的电容矩阵[C]_n,n与矩阵[B]_n,n满足以下关系；当i≠j时，第i根和第j根导线的互电容为：

C_ij＝-B_ij(i,j＝1,2...n,i≠j)；

当i＝j时，第i根导线的自电容为：

(2)阻抗矩阵的精确计算是采用复镜像深度等效模型下的诺伊曼积分公式来实现。类似n根耦合导体的电容矩阵的计算方法，我们也可以计算出n根耦合导体的阻抗矩阵[Z]_n,n。考虑到复镜像深度是随角频率ω变化的复数，计算得到的Z(ω)也是一复数，其实部R(ω)对应的就是阻抗中的电阻，虚部L(ω)对应的就是阻抗中的感抗，即

Z(ω)＝R(ω)+jω*L(ω)

当i≠j时，第i根和第j根导线的互阻抗、互电阻、互电感分别为：

Z(ω)_ij、R(ω)_ij、L(ω)_ij；

当i＝j时，第i根导线的自电阻、自电感分别为：

Z(ω)_ii、R(ω)_ii、L(ω)_ii。

Claims (3)

1.一种基于配网GIS系统的配网线路参数计算方法，它包括：

步骤1、配网线路数据库建立：根据配网GIS系统建立配网线路的数据库，内容包括杆塔编号、架空线编号、杆塔的三维坐标、杆塔型号、架空线型号和避雷线型号；

步骤2、参数预处理：将配网线路数据库中的数据信息转化为后续参数计算过程能直接使用的输入量；

步骤3、计算配网线路参数；包括计算电容矩阵和阻抗矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于配网GIS系统的配网线路参数计算方法，其特征在于：步骤2所述将配网线路数据库中的数据信息转化为后续参数计算过程能直接使用的输入量的方法为：根据线路编号和杆塔编号确定线路的架空线型号，避雷线数量，避雷线型号以及两端杆塔的型号和三维坐标；根据杆塔型号，杆塔的三维坐标确定架空线的回数，总数电线根数和避雷线根数以及每根输电线和避雷线两端的三维坐标；根据架空线型号确定架空线的半径和电导率；根据避雷线型号确定避雷线的半径和电导率。

3.根据权利要求1所述的一种基于配网GIS系统的配网线路参数计算方法，其特征在于：步骤3所述计算电容矩阵和阻抗矩阵的计算方法包括：

步骤3.1、通过计算任意两根导体间的电位系数得到一个n阶的电位系数矩阵[P]_n,n；

步骤3.2、设n根耦合导体的表面单位长度的电荷分别为q₁,q₂,q₃,...,q_n；各导体的对地电位分别为U₁,U₂,U₃,...,U_n。建立方程组：

式中P_ij表示电位系数值，若i≠j则表示第i根和第j根导线的互电位系数值；若i＝j则表示第i根导线的自电位系数值。

对电位系数矩阵求逆可得中间矩阵[B]_n,n：

对于n根耦合导体的电容矩阵[C]_n,n与矩阵[B]_n,n满足以下关系；电容矩阵[C]_n,n中元素表示电容值；

当i≠j时，第i根和第j根导线的互电容为：

C_ij＝-B_ij(i,j＝1,2...n,i≠j)；

当i＝j时，第i根导线的自电容为：

步骤3.3、建立n根耦合导体的阻抗矩阵[Z]_n,n；考虑到复镜像深度是随角频率ω变化的复数，计算得到的阻抗Z(ω)也是一复数，其实部R(ω)对应的就是阻抗中的电阻，虚部L(ω)对应的就是阻抗中的感抗，即

Z(ω)＝R(ω)+jω*L(ω)

当i≠j时，第i根和第j根导线的互阻抗、互电阻、互电感分别为：

Z(ω)_ij、R(ω)_ij、L(ω)_ij；

当i＝j时，第i根导线的自电阻、自电感分别为：

Z(ω)_ii、R(ω)_ii、L(ω)_ii。