CN112952840B - 一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法 - Google Patents

一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法，包括：首先根据初始潮流结果提取线路相关信息；然后对线路进行合理分段，逐段求解各段充电功率、无功功率及分段末端电压，并将本段末端电压作为下个分段计算初始值，逐步求解沿线各分段电压；全部分段求解完毕后，返回计算值和初始值进行比较，若误差大于预设偏差值则重新迭代计算；若误差小于预设偏差值则结束计算，返回沿线各分段电压值，绘制线路沿线电压分布特性。本发明可针对含并联高抗、串联补偿电容等超/特高压输电线路空充时的沿线电压分布特性进行快速计算，对防止电网新建输电线路调试期间因长时间过电压导致的设备损害具有重要意义。

Description

一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法
技术领域
本发明涉及电力系统交流输电线路电压分布特性的计算方法，具体是一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法。
背景技术
当电力系统新建超/特高压输电线路在投产前，需在线路投运前对进行启动调试工作，调试工作将会涉及对线路进行空充的过程。在空充状态下，线路电压最高值一般会超过设备额定运行电压，由于超/特高压输电线路电压等级较高，即使仅1.2倍额定电压下长时间运行，也可能会给电力设备的绝缘带来严峻的考验，造成设备的不可逆损害。
因此，需在超/特高压输电线启动调试工作开展前，对线路空充状态下的电压最高值进行计算，防止电力设备损害。目前，我国现有主流电力系统潮流仿真软件仅能够对线路两侧电压进行计算，但当末端装设高抗的线路空充时，线路电压最高值往往不在线路末端，而在线路中间某处；当线路上装设有串联补偿电容时，电压分布特性将更为复杂。因此亟需找到一种方法，对超/特高压输电线路空充状态下的沿线电压分布特性进行快速估算。
因此，本发明提出一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法，对电力系统新建超/特高压输电线路(尤其是装设有并联高压电抗器的线路)在启动调试工作前进行空充状态下的沿线电压快速估算，防止电力设备因在启动调试期间长时间处于过电压状态下而产生损害。
发明内容
有鉴于此，本发明提一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法，该方案针对电力系统新建超/特高压输电线路(尤其是线路装设并联高压电抗器的线路)在启动调试工作前展开输电线路空充状态下的沿线电压快速估算，以免输电线路沿线电压最大值超过规程运行范围，防止电力设备因在启动调试期间长时间处于过电压状态下而产生损害，造成电网运行风险和国民经济损失。
本发明采用如下技术方案实现：
一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法，包括如下步骤：
(1)根据初始潮流结果提取线路相关信息；
(2)根据步骤(1)获取的信息对线路进行分段，然后逐段求解各段对地充电功率、无功功率及末端电压，并将本段末端电压作为下个分段计算初始值，沿线逐段计算各分段电压直至线路末端电压被求解；
(3)全部分段求解完毕后，返回计算值和初始值进行比较，若误差大于预设偏差值则重新迭代计算；若误差小于预设偏差值则结束计算，返回沿线各分段电压值，绘制线路沿线电压分布特性。
进一步的，步骤(1)根据初始潮流结果提取的线路相关信息，包括线路总长度、线路总阻抗X、总二分之一对地电纳B12、并联高压电抗器容量QL、串联补偿电容阻抗XC、装设位置LC、线路系统侧电压U0。
进一步的，步骤(2)中根据步骤(1)获取的线路总长度对线路进行等间距分段，并将每个分段线路视作独立的
Figure GDA0002998418950000021
型等效线路，整条线路视作若干段
Figure GDA0002998418950000022
型等效线路串联而成；再利用线路系统侧电压U0、各分段线路二分之一对地电纳B1/2、各分段线路阻抗、线路装设的串联补偿电容XC及其装设位置LC和线路末端装设的并联高压电抗器容量QL，计算每个分段的对地充电功率Qib，估计各个分段上流过的无功功率Qi，并求解该分段线路的压降ΔUi，得到该分段的末端电压Uim，进而逐段推算得线路末端电压UNm。
进一步的，步骤(2)具体为：
假设该线路一共被分为N段，第i段的首端电压为Uid，末端电压为Uim，其中i＝1,2,...,N，则有第i段的首端和末端电压为：
Figure GDA0002998418950000031
而每个分段的对地充电功率
Figure GDA0002998418950000032
由此估算该分段上流过的无功功率
Figure GDA0002998418950000033
若线路上装设有串联补偿电容，则对于第i段来说串联补偿电容系数Ci有：
Figure GDA0002998418950000034
该分段上的压降
Figure GDA0002998418950000035
求解完分段线路压降，根据该分段首端电压，计算下个分段线路的首端电压，然后沿线逐段计算直至线路末端电压被求解得：
该分段的末端电压为：
Figure GDA0002998418950000036
逐段推算得：
线路末端电压
Figure GDA0002998418950000037
本发明具有如下有益效果：
1、在计算超/特高压输电线路沿线电压分布特性时，可以计及线路高压并联电抗器和串联补偿电容对电压分布特性的影响，在线路沿线电压分布特性十分复杂时，仍然可以准确地求解线路电压分布特性，计算电压最高值和最高值地点；
2、在计算前，仅仅只需要对线路总阻抗、总二分之一对地电纳B1/2，系统侧电压以及高压并联电抗器容量、串联补偿电容阻抗等参数进行收集，就可以对超/特高压输电线路沿线电压分布特性进行快速估算，和现有的方法相比，本方法需要的参数少、计算速度快、计算结果准确；
3、该超/特高压输电线路沿线电压分布特性快速估算方法收敛特性较好，即使预设偏差值ΔQ取仅为高抗容量的0.1％，也能在3-5次内迭代收敛，与现有方法相比本方法在保证了较高计算精度的同时还大大节省了计算时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法其中一个实施例的流程示意图；
图2是本发明线路等效为若干独立的“Г”型等效线路串联示意图；
图3是线路分段数为10时的沿线电压分布特性；
图4是线路分段数为20时的沿线电压分布特性；
图5是线路分段数为50时的沿线电压分布特性；
图6是线路分段数为100时的沿线电压分布特性；
图7是线路分段数为200时的沿线电压分布特性。
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作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。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
如图1所示，本发明实施例提供一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法，包括如下步骤：
(1)根据初始潮流结果提取线路相关信息；
根据初始潮流结果提取线路相关信息，包括线路总长度、线路总阻抗X、总二分之一对地电纳B1/2、并联高压电抗器容量QL、串联补偿电容阻抗XC、装设位置LC、线路系统侧电压U0、等信息。
若线路总阻抗、总二分之一对地电纳B1/2无法获取，则可以采取该线路导线型号的典型参数；若线路的系统侧电压无法获取，则可以通过系统侧等值阻抗进行推算。
(2)根据步骤(1)获取的信息对线路进行分段，然后逐段求解各段对地充电功率、无功功率及末端电压，并将本段末端电压作为下个分段计算初始值，沿线逐段计算各分段电压直至线路末端电压被求解；
步骤(2)根据步骤(1)获取的线路总长度信息对线路进行等间距分段(一般取2-5km作为一个分段的长度)，并将每个分段线路视作独立的
Figure GDA0002998418950000051
型等效线路，整条线路视作若干段
Figure GDA0002998418950000052
型等效线路串联而成，如图2所示；再利用线路系统侧电压U0、各分段线路二分之一对地电纳B1/2、各分段线路阻抗、线路装设的串联补偿电容XC及其装设位置LC和线路末端装设的并联高压电抗器容量QL，计算每个分段的对地充电功率Qib，估计各个分段上流过的无功功率Qi，并求解该分段线路的压降ΔUi，得到该分段的末端电压Uim，进而逐段推算得线路末端电压UNm。
具体的，假设该线路一共被分为N段，第i段的首端电压为Uid，末端电压为Uim，其中i＝1,2,...,N，则有第i段的首端和末端电压为：
Figure GDA0002998418950000053
而每个分段的对地充电功率
Figure GDA0002998418950000054
由此可估算该分段上流过的无功功率
Figure GDA0002998418950000055
若线路上装设有串联补偿电容，则对于第i段来说串联补偿电容系数Ci有：
Figure GDA0002998418950000061
该分段上的压降
Figure GDA0002998418950000062
求解完分段线路压降，根据该分段首端电压，计算下个分段线路的首端电压，然后沿线逐段计算直至线路末端电压被求解得：
该分段的末端电压为：
Figure GDA0002998418950000063
逐段推算得：
线路末端电压
Figure GDA0002998418950000064
(3)全部分段求解完毕后，返回计算值和初始值进行比较，若误差大于预设偏差值则重新迭代计算；若误差小于预设偏差值则结束计算，返回沿线各分段电压值，绘制线路沿线电压分布特性。
具体的，全部分段求解完毕后，返回线路末端并联高压电抗器无功出力计算值QNL和计算时采用的预设初始值QL进行比较，若|QNL-QL|大于预设偏差值ΔQ则重新迭代计算；若|QNL-QL|小于预设偏差值ΔQ则结束计算，返回线路沿线各分段电压计算值，绘制线路沿线电压分布特性。
假设UrateL为并联高压电抗器的额定电压(一般取550/1100kV)，那么线路末端装设的电抗器实际出力为：
Figure GDA0002998418950000065
若|QNL-QL|≥ΔQ，其中ΔQ为预设偏差值，则将QNL值带入QL重新执行步骤(2)，直至满足|QNL-QL|＜ΔQ，此时可返回线路沿线各分段电压计算值。
以某条特高压输电线路启动调试期间的空载充电为例，应用本方法展开沿线电压分布特性的快速估算，以免输电线路沿线电压最大值超过规程允许范围，防止输电线路局部因在启动调试期间长时间处于过电压状态下而产生损害，造成电网运行风险和国民经济损失。
首先实施步骤(1)，提取计算所需的基本线路信息；然后实施步骤(2)对线路进行合理分段，然后逐段求解各段充电功率、无功功率及分段末端电压，并将本段末端电压作为下个分段计算初始值，逐步求解沿线各分段电压沿线逐段计算直至线路末端电压被求解；最后，线路的全部分段求解完毕后实施步骤(3)，返回计算值和初始值进行比较，若误差大于预设偏差值则重新迭代计算；若误差小于预设偏差值则结束计算，返回计算值。
步骤(1)实施过程：对某条待计算的特高压交流线路基本信息提取如下。
该特高压交流线路长度为236km，系统侧电压为1074kV，线路总阻抗为(1.5576+j60.192)Ω，二分之一电容为5.34×10-4S，线路末端装设有容量为600Mvar的并联高压电抗器，线路距系统侧20km处装设有阻抗为-j 5.255Ω的串联补偿电容器。
步骤(2)和步骤(3)的实施过程：对线路进行合理分段，一般2-5km作为一个分段，因此将该线路分为10段、20段、50段、100段、200段分别进行计算。
然后从线路首端开始，逐段求解各段充电功率、无功功率及分段末端电压，并将本段末端电压作为下个分段计算初始值，逐步求解沿线各分段电压，沿线逐段计算直至线路末端电压被求解；最后，线路的全部分段求解完毕后，返回计算值和初始值进行比较，若误差大于预设偏差值则重新迭代计算；若误差小于预设偏差值则结束计算，返回计算值。
当该输电线路被分为10段时，线路最高电压为1079.7kV，离系统侧距离141.6km，线路末端电压为1070.7kV，并联高压电抗器实际无功出力为568.5Mvar，迭代收敛次数为3，线路沿线电压分布特性如图3所示。
当该输电线路被分为20段时，线路最高电压为1080.5kV，离系统侧距离129.8km，线路末端电压为1072.4kV，并联高压电抗器实际无功出力为570.3Mvar，迭代收敛次数为3，线路沿线电压分布特性如图4所示。
当该输电线路被分为50段时，线路最高电压为1081kV，离系统侧距离132.2km，线路末端电压为1073.4kV，并联高压电抗器实际无功出力为571.3Mvar，迭代收敛次数为3，线路沿线电压分布特性如图5所示。
当该输电线路被分为100段时，线路最高电压为1081.2kV，离系统侧距离129.8km，线路末端电压为1073.7kV，并联高压电抗器实际无功出力为571.6Mvar，迭代收敛次数为3，线路沿线电压分布特性如图6所示。
当该输电线路被分为200段时，线路最高电压为1081kV，离系统侧距离128.6km，线路末端电压为1073.6kV，并联高压电抗器实际无功出力为571.5Mvar，迭代收敛次数为7，线路沿线电压分布特性如图7所示。
当线路分段分别为10、20、50、100、200段时，沿线电压最高值、线路末端电压值、沿线电压最高点离系统侧距离、并联高压电抗器实际无功出力和迭代收敛次数如下表1所示。
表1不同线路分段数下沿线电压分布特性
序号 分段数 电压最高值 电压最高点离系统侧距离 末端电压 高抗出力
1 10 1079.7kV 141.6km 1070.7kV 568.5Mvar
2 20 1080.5kV 129.8km 1072.4kV 570.3Mvar
3 50 1081kV 132.2km 1073.4kV 571.3Mvar
4 100 1081.2kV 129.8km 1073.7kV 571.6Mvar
5 200 1081kV 128.6km 1073.6kV 571.5Mvar
由表1中的数据可知，当输电线路的分段长度在2-5km之间时，计算结果已经十分准确，进一步缩小分段长度带来的精度无法弥补计算时间损失。
由图3-图7中的电压分布特性可知，当输电线路的长度过长时，由于串补位置无法准确定位，将会极大的影响输电线路的沿线电压分布特性曲线。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法，包括如下步骤：
(1)根据初始潮流结果提取线路相关信息；
(2)根据步骤(1)获取的信息对线路进行分段，然后逐段求解各段对地充电功率、无功功率及末端电压，并将本段末端电压作为下个分段计算初始值，沿线逐段计算各分段电压直至线路末端电压被求解；
(3)全部分段求解完毕后，返回并联高压电抗器无功出力计算值和初始值进行比较，若误差大于预设偏差值则重新迭代计算；若误差小于预设偏差值则结束计算，返回沿线各分段电压值，绘制线路沿线电压分布特性；
步骤(2)中根据步骤(1)获取的线路总长度对线路进行等间距分段，并将每个分段线路视作独立的
Figure FDA0003531070890000014
型等效线路，整条线路视作若干段
Figure FDA0003531070890000015
型等效线路串联而成；再利用线路系统侧电压U0、各分段线路二分之一对地电纳B1/2、各分段线路阻抗、线路装设的串联补偿电容XC及其装设位置LC和线路末端装设的并联高压电抗器容量QL，计算每个分段的对地充电功率Qib，估计各个分段上流过的无功功率Qi，并求解该分段线路的压降ΔUi，得到该分段的末端电压Uim，进而逐段推算得线路末端电压UNm；
步骤(2)具体为：
假设该线路一共被分为N段，第i段的首端电压为Uid，末端电压为Uim，其中i＝1,2,...,N，则有第i段的首端和末端电压为：
Figure FDA0003531070890000011
而每个分段的对地充电功率
Figure FDA0003531070890000012
由此估算该分段上流过的无功功率
Figure FDA0003531070890000013
若线路上装设有串联补偿电容，则对于第i段来说串联补偿电容系数Ci有：
Figure FDA0003531070890000021
该分段上的压降
Figure FDA0003531070890000022
求解完分段线路压降，根据该分段首端电压，计算下个分段线路的首端电压，然后沿线逐段计算直至线路末端电压被求解得：
该分段的末端电压为：
Figure FDA0003531070890000023
逐段推算得：
线路末端电压
Figure FDA0003531070890000024
2.如权利要求1所述的一种针对超/特高压输电线路电压分布特性快速计算方法，其特征在于：步骤(1)根据初始潮流结果提取的线路相关信息，包括线路总长度、线路总阻抗X、总二分之一对地电纳B1/2、并联高压电抗器容量QL、串联补偿电容阻抗XC、装设位置LC、线路系统侧电压U0。
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