CN111624510A - 基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法及装置,先根据接地极线路短路故障类型建立故障等效电路;由故障等效电路得到故障点边界条件;将故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流代入故障点边界条件,得到线模电压电流与零模电压电流之间的关系;由故障点处线模电压、线模电流和零模电压、零模电流的关系,建立接地极线路不同短路故障下的复合模量网络;由复合模量网络结合传输线沿线电压电流的分布特性,计算接地极线路短路故障后的短路阻。建立接地极线路故障复合网络,推导获得接地极线路不同短路故障下的等效阻抗表达式,能够用于精确计算不同故障距离、不同故障电阻、不同故障类型下的接地极线路短路阻抗。
Description
技术领域
本发明涉及短路阻抗的计算方法领域,具体涉及一种基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法及装置。
背景技术
目前,在特高压直流接地极线路上配置了阻抗监视系统用来检测双极平衡运行方式下接地极线路上的故障。阻抗监视系统的动作性能与接地极线路短路阻抗的计算密切相关。在充分掌握接地极线路短路阻抗特性的基础上,可以对阻抗监视系统的保护性能、整定原则等进行充分的评估和改进,对接地极线路故障的识别具有重要作用。
然而,目前工程中缺少对接地极线路短路阻抗的有效计算方法。现有对接地极线路短路阻抗的计算多采用把接地极线路简化为无损线的形式,未考虑实际故障时接地极线路的耦合电感和线路电阻,且在单回线故障时,由于等效电路过于复杂,现有方法只能利用π模型进行阻抗计算,但π模型仅适用于低频阻抗的计算,在高频段,利用π模型计算得到的阻抗值与实际值存在较大的误差,不利于研究人员有效接地极线路短路阻抗的特性规律。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法及装置;
一种基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法,包括以下步骤:
S1:根据接地极线路短路故障类型,建立故障等效电路;
S2:根据故障等效电路得到故障点边界条件;
S3:计算故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流,并代入S2的故障点边界条件,得到线模电压电流与零模电压电流之间的关系;
S4:根据故障点处线模电压、线模电流和零模电压、零模电流的关系,建立接地极线路不同短路故障下的复合模量网络;
S5:根据建立的复合模量网络,结合传输线沿线电压电流的分布特性,计算接地极线路短路故障后的短路阻抗。
进一步优选方案为,接地极线路短路故障类型包括:单回线短路故障和双回线短路故障。
进一步优选方案为,S2中故障处接地短路的过渡电阻记为Rg。
单回线短路故障的边界条件为:未故障支路的电流为零,同时故障处的电压等于Rg与流过其上的电流的乘积;
双回线短路故障的边界条件为:双回线短路故障的边界条件为:两回线路故障处的电压相等且等于过渡电阻Rg两端的电压,同时两回线路流过故障支路的电流分别等于流过故障支路总电流的1/2。
进一步优选方案为,S4中复合模量网络是根据接地极线路故障点处线模电压、线模电流与零模电压、零模电流之间的关系建立的等效电路网络,所述复合模量网络包括零模网络支路和线模网络支路。
进一步优选方案为,对于接地极线路而言,传输线沿线电压电流分布特性为:线路首尾两点间的电压电流满足:
本发明还提供一种基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗的获取装置,包括:
等效电路建立模块,用于根据接地极线路短路故障类型,建立故障等效电路;
边界条件建立模块,用于根据故障等效电路得到故障点边界条件;
第一计算模块,用于计算故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流;
关系获取模块,用于获取故障点处线模电压、线模电流与零模电压、零模电流之间关系;
网络建立模块,用于建立接地极线路不同短路故障下的复合模量网络;
阻抗计算模块,用于根据复合模量网络,结合相应传输线沿线电压电流的分布特性,获得接地极线路短路故障后的短路阻抗。
进一步优化方案为,关系获取模块将故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流导入故障点边界条件得到线模电压、线模电流与零模电压、零模电流之间的关系。
本发明工作原理:本发明通过建立接地极线路故障复合网络,推导获得接地极线路不同短路故障下的等效阻抗表达式以用于精确计算不同故障距离、不同故障电阻、不同故障类型下的接地极线路短路阻抗;考虑到了实际故障时接地极线路的耦合电感和线路电阻,通过建立接地极线路不同短路故障下的复合模量网络进行解耦,使用解耦后的零模网络和线模网络来计算接地极线路短路故障后的短路阻抗;而现有方法只能利用π模型进行阻抗计算,但π模型仅适用于低频阻抗的计算,在高频段,电压电流的波长将远小于线路长度,线路参数呈现分布效应,此时若利用π模型等效,难以有效反映线路参数的分布特性。此外,现有π模型未考虑线路的互感,导致计算得到的阻抗值与实际值存在较大的误差,不利于研究人员有效接地极线路短路阻抗的特性规律,而本发明中采用了分布参数线路模型,在高频段具有更好的计算准确性,同时考虑了接地极线路的互感等参数影响,使短路阻抗计算结果更接近实际。
具体的,步骤一:根据接地极线路的短路故障类型,建立等效电路的过程如下所示:
图1给出了正常运行时接地极线路的等效电路。图中,I、II分别表示两回接地极线路,M和N表示接地极线路的首端和末端,RP为接地极线路末端连接的匹配电阻。为注入接地极线路首端的高频电流,用以计算接地极线路的测量阻抗。
在图1所示的接地极线路发生单回线短路故障时,以接地极线路II经过渡电阻Rg单回线接地短路为例,故障点F距线路首端M处的距离为d,距末端N处的距离为x,线长为l,对应的等效电路如图2所示。
在图1所示的接地极线路发生双回线短路故障时,故障点距线路首端距离为d,过渡电阻为Rg,对应的等效电路如图3所示。
步骤二:根据故障等效电路得到故障点边界条件,具体过程为:
由图2所示单回线故障等效电路中,可得故障点的边界条件为:
由图3所述双回线故障等效电路中,可得故障点的边界条件为:
步骤三:计算故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流,具体计算过程为:
利用凯伦布尔变换矩阵S,对接地极线路的电压电流进行相模变换。凯伦布尔变换矩阵为:
故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流的计算公式如下:
在故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流计算公式中代入故障点边界条件,得到线模电压电流与零模电压电流之间的关系:
对于单回线故障,将式(1)代入式(4),可得线模电压电流与零模电压电流之间的关系为:
对于双回线故障,将式(2)代入式(4),可得线模电压电流与零模电压电流之间的关系为
步骤四:根据故障点处线模电压电流和零模电压电流的关系,建立接地极线路不同短路故障下的复合模量网络,具体过程为:
由式(5)可知,在接地极线路发生单回线接地故障后,解耦后的零模网络和线模网络将在故障点F处通过电阻2Rg连接起来。根据式(5)建立的接地极线路单回线故障复合模量网络如图4所示。
由式(6)可知,在接地线路双回线故障后线模分量全部为零,只存在零模分量。根据式(6)建立的接地极线路双回线故障复合模量网络如图5所示。
步骤五:根据建立的复合模量网络,结合传输线沿线电压电流的分布特性,计算接地极线路短路故障后的短路阻抗,其过程为:
对于接地极线路而言,由传输线沿线电压电流分布特性可知,线路上两点间的电压电流满足
l为线路上M、N两点间的距离,
γ为线路传播系数,
ZC为线路波阻抗,
Z为线路单位长度的阻抗,
Y为线路单位长度的导纳。
则对于图1中所示接地极线路而言,由式(7)可得由M端看进去的等效阻抗为
对于单回线故障,利用式(8)所示的阻抗计算公式和末端电压电流关系,计算出图4接地极线路单回线故障时复合模量网络中零模网络F点右侧及线模网络F点两侧的等效阻抗。
进而得出则接地极线路单回线故障后M端的短路阻抗ZMs为
对于双回线故障,利用式(8)所示的阻抗计算公式,计算出接地极线路双回线故障后M端的短路阻抗ZMd为
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明提供的基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法及装置,通过建立接地极线路故障复合网络,推导获得接地极线路不同短路故障下的等效阻抗表达式,能够用于精确计算不同故障距离、不同故障电阻、不同故障类型下的接地极线路短路阻抗。
2、本发明提供的基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法及装置,采用了分布参数线路模型,考虑了接地极线路的互感等参数影响,对于高频网络适用性更强,与现有方法相比,其短路阻抗计算结果更接近实际。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为接地极线路正常运行时的等效电路图;
图2为单回线接地故障接地极线路等效电路图;
图3为双回线接地故障接地极线路等效电路图;
图4为接地极线路单回线故障复合模量网络图;
图5为接地极线路双回线故障复合模量网络图;
图6为接地极线路杆塔结构截面图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1-第一回接地极线路,2-接地线,3-第二回接地极线路,4-四分裂线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
首先,步骤1中根据接地极线路的短路故障类型,建立等效电路的过程如下所示:
图1给出了正常运行时接地极线路的等效电路。图1中,I、II分别表示两回接地极线路,M和N表示接地极线路的首端和末端,RP为接地极线路末端连接的匹配电阻。为注入接地极线路首端的高频电流,用以计算接地极线路的测量阻抗。
在图1所示的接地极线路发生单回线短路故障时,以接地极线路II经过渡电阻Rg单回线接地短路为例,故障点F距线路首端M处的距离为d,距末端N处的距离为x,线长为l,对应的等效电路如图2所示。
在图1所示的接地极线路发生双回线短路故障时,故障点距线路首端距离为d,过渡电阻为Rg,对应的等效电路如图3所示。
具体地,所述步骤2中,根据故障等效电路得到故障点边界条件,具体过程为,由图2所示单回线故障等效电路中,可得故障点的边界条件为
由图3所述双回线故障等效电路中,可得故障点的边界条件为
具体地,所述步骤3中计算故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流,具体计算过程为:
利用凯伦布尔变换矩阵S,对接地极线路的电压电流进行相模变换。凯伦布尔变换矩阵为
故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流的计算公式如下
具体地,所述步骤3中代入故障点边界条件,得到线模电压电流与零模电压电流之间的关系,其过程如下。
对于单回线故障,将式(1)代入式(4),可得线模电压电流与零模电压电流之间的关系为
对于双回线故障,将式(2)代入式(4),可得线模电压电流与零模电压电流之间的关系为
具体地,所述步骤4中,根据故障点处线模电压电流和零模电压电流的关系,建立接地极线路不同短路故障下的复合模量网络,具体过程为:
由式(5)可知,在接地极线路发生单回线接地故障后,解耦后的零模网络和线模网络将在故障点F处通过电阻2Rg连接起来。根据式(5)建立的接地极线路单回线故障复合模量网络如图4所示。
由式(6)可知,在接地线路双回线故障后线模分量全部为零,只存在零模分量。根据式(6)建立的接地极线路双回线故障复合模量网络如图5所示。
具体地,所述步骤5中,根据建立的复合模量网络,结合传输线沿线电压电流的分布特性,计算接地极线路短路故障后的短路阻抗,其过程为:
对于接地极线路而言,由传输线沿线电压电流分布特性可知,线路上两点间的电压电流满足
则对于图1中所示接地极线路而言,由式(7)可得由M端看进去的等效阻抗为
对于单回线故障,利用式(8)所示的阻抗计算公式和末端电压电流关系,计算出图4接地极线路单回线故障时复合模量网络中零模网络F点右侧及线模网络F点两侧的等效阻抗。
进而得出则接地极线路单回线故障后M端的短路阻抗ZMs为
对于双回线故障,利用式(8)所示的阻抗计算公式,计算出接地极线路双回线故障后M端的短路阻抗ZMd为
本发明还提供一种基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗的获取装置,包括:
等效电路建立模块,用于根据接地极线路短路故障类型,建立故障等效电路;
边界条件建立模块,用于根据故障等效电路得到故障点边界条件;
第一计算模块,用于计算故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流;
关系获取模块,用于获取故障点处线模电压、线模电流与零模电压、零模电流之间关系;
网络建立模块,用于建立接地极线路不同短路故障下的复合模量网络;
阻抗计算模块,用于根据复合模量网络,结合相应传输线沿线电压电流的分布特性,获得接地极线路短路故障后的短路阻抗。
关系获取模块将故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流导入故障点边界条件得到线模电压、线模电流与零模电压、零模电流之间的关系。
实施例2
本发明方法的实施例涉及到的接地极线路杆塔结构如图6所示。
接地极线路采用频率相关模型,线长101km,第一回接地极线路1和第二回接地极线路3分别采用四分裂线,型号为:LGJ-400/35。根据图6所示线路杆塔结构,在PSCAD软件中建立仿真模型,得到13.95kHz频率下接地极线路单位长度的阻抗和导纳为:
考虑不同故障距离、不同过渡电阻,分别利用理论公式和仿真软件计算接地极线路单回线故障和双回线故障时等效阻抗的仿真值和计算值,具体结果如表1、表2所示。
表1 单回线接地故障时等效阻抗计算值和仿真值
表2 双回线接地故障时等效阻抗计算值和仿真值
由表1、表2可知,接地极线路不同短路故障后短路阻抗的计算值与仿真计算值之间误差很小,验证了本发明提出的计算方法的有效性。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:根据接地极线路短路故障类型,建立故障等效电路;
S2:根据故障等效电路得到故障点边界条件;
S3:计算故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流,并代入S2的故障点边界条件,得到线模电压、线模电流与零模电压、零模电流之间的关系;
S4:根据故障点处线模电压、线模电流和零模电压、零模电流的关系,建立接地极线路不同短路故障下的复合模量网络;
S5:根据建立的复合模量网络,结合传输线沿线电压电流的分布特性,计算接地极线路短路故障后的短路阻抗。
2.根据权利要求1所述的一种基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法,其特征在于,S1中接地极线路短路故障类型包括:单回线短路故障和双回线短路故障。
3.根据权利要求2所述的一种基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法,其特征在于,S2中故障处接地短路的过渡电阻记为Rg;
单回线短路故障的边界条件为:未故障支路的电流为零,同时故障处的电压等于Rg与流过其上的电流的乘积;双回线短路故障的边界条件为:两回线路故障处的电压相等且等于过渡电阻Rg两端的电压,同时两回线路流过故障支路的电流分别等于流过故障支路总电流的1/2。
6.根据权利要求1所述的一种基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗获取方法,其特征在于,S4中复合模量网络是根据接地极线路故障点处的线模电压、线模电流与零模电压、零模电流之间的关系式建立的等效电路网络,所述复合模量网络包括零模网络和线模网络。
8.一种基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗的获取装置,其特征在于,包括:
等效电路建立模块,用于根据接地极线路短路故障类型,建立故障等效电路;
边界条件建立模块,用于根据故障等效电路得到故障点边界条件;
第一计算模块,用于计算故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流;
关系获取模块,用于获取故障点处线模电压、线模电流与零模电压、零模电流之间关系;
网络建立模块,用于建立接地极线路不同短路故障下的复合模量网络;
阻抗计算模块,用于根据复合模量网络,结合相应传输线沿线电压电流的分布特性,获得接地极线路短路故障后的短路阻抗。
10.根据权利要求8所述的一种基于复合模量网络的接地极线路短路阻抗的获取装置,其特征在于,关系获取模块具体用于将故障点处的线模电压、零模电压、线模电流和零模电流导入故障点边界条件得到线模电压、线模电流与零模电压、零模电流之间的关系。
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