CN115730427B - 一种基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法及系统，首先，获取输电线路参数；其次对输电电流类型进行判断，若输电电流类型为直流电，直接输出输电线路参数；再次，若输电电流类型为交流电，根据聂依曼公式计算输电线路之间的互感系数大小；最后，根据互感系数大小对输电线路参数进行修正，并输出修正后的输电线路参数。本发明根据电磁环境，从根本上计算线路之间的本质影响，精准建模后计算得到相关的线路参数结果，得出线路之间的互感系数和电流大小无关，该结果不受输电线路电压电流的影响，由此进一步的减少了变量波动对实际结果的影响。

Description

一种基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统稳态计算领域，具体涉及到一种基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法及系统。

背景技术

在状态估计等电力系统稳态计算模型中，输电线路参数对于计算结果的准确性具有重要意义，以往的输电线路往往采用单回线输送电能，但是随着城市布局日益紧密，城市电网中难以再大规模增加新的输电杆塔。为解决这一问题，同杆并架线路在城市电网中越来越多的进行布局，在此情况下，电力系统稳态模型的实际物理场景发生了变化。为保证计算准确，相关的专家学者们对输电线路参数进行了研究。

在稳态模型的计算中，主要是用到的输电线路参数为电阻R和阻抗X两部分。目前对于输电线路参数测量计算研究大多都将线路参数看作是完全对称的，然后将其解耦为单相线路分析。但是在城市电网中，输电线路往往采用不换位的方法进行架设，该方法将会导致线路参数不对称，进而影响计算准确度。因此，输电线路的参数准确估计对于电力系统稳态计算具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法及系统，提高线路参数估计的准确度以及电力系统稳态计算的可靠性。。

本发明采用如下的技术方案。

本发明一方面提供了一种基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法，包括以下步骤：

获取输电线路参数；

对输电电流类型进行判断，若输电电流类型为直流电，直接输出输电线路参数；

若输电电流类型为交流电，根据聂依曼公式计算输电线路之间的互感系数大小；

根据互感系数大小对输电线路参数进行修正，并输出修正后的输电线路参数。

优选地，聂依曼公式的具体表达式为：

式中，M为输电线路之间的互感系数，μ₀为真空中磁导率，dl₁和dl₂分别是输电线路上的两根导线的线元，r是两根导线的线元之间的距离。

优选地，当输电线路是圆弧状，则输电线路之间的互感系数的具体表达式为：

式中，输电线路中上侧输电线路导线的半径为R₁，输电线路中下侧输电线路导线的半径为R₂，输电线路中上侧输电线路导线的横纵向偏移为m₃，输电线路中下侧输电线路导线的横纵向偏移n₃，两根圆弧状导线之间的高度差为h，两输电线路中上侧输电线路导线的圆弧夹角为δ，输电线路中下侧输电线路导线的圆弧夹角为θ，两根圆弧状导线对应弧度的取值范围分别是[-α₁，α₁]、[-α₂，α₂]，2ɑ₁＝δ，2α₂＝θ。

优先地，修正后的输电线路参数计算公式为：

该式中，U_up为上侧输电线路电压，U_down为下侧输电线路电压，I_up为上侧输电线路电流，I_down为下侧输电线路电流，j为代表虚部，ω为输电线路的交流电频率，X_up为作为修正后的一输电线路参数的上侧输电线路电抗，X_down为作为修正后的另一输电线路参数的下侧输电线路电抗。

优先地，输电线路参数包括输电线路材质、输电所在杆塔间的距离、输电线路长度、输电线路弧垂大小以及输电线路布置形式。

本发明另一方面提供了一种基于电磁场域计算的线路电气参数估计系统，包括以下模块：

参数获取模块，用于获取输电线路参数；

类型判断模块，用于对输电电流类型进行判断，若输电电流类型为直流电，直接输出输电线路参数；

互感计算模块，用于若输电电流类型为交流电，根据聂依曼公式计算输电线路之间的互感系数大小；

修正输出模块，用于根据互感系数大小对输电线路参数进行修正，并输出修正后的输电线路参数。

优先地，聂依曼公式的具体表达式为：

式中，M为输电线路之间的互感系数，μ₀为真空中磁导率，dl₁和dl₂分别是输电线路上的两根导线的线元，r是两根导线的线元之间的距离。

优先地，当输电线路是圆弧状，则输电线路之间的互感系数的具体表达式为：

式中，输电线路中上侧输电线路导线的半径为R1，输电线路中下侧输电线路导线的半径为R2，输电线路中上侧输电线路导线的横纵向偏移为m₃，输电线路中下侧输电线路导线的横纵向偏移n₃，两根圆弧状导线之间的高度差为h，两输电线路中上侧输电线路导线的圆弧夹角为δ，输电线路中下侧输电线路导线的圆弧夹角为θ，两根圆弧状导线对应弧度的取值范围分别是[-α₁，α₁]、[-α₂，α₂]，2ɑ₁＝δ，2α₂＝θ。

优先地，输电线路参数包括输电线路材质、输电所在杆塔间的距离、输电线路长度、输电线路弧垂大小以及输电线路布置形式。

优先地，修正后的输电线路参数计算公式为：

该式中，U_up为上侧输电线路电压，U_down为下侧输电线路电压，I_up为上侧输电线路电流，I_down为下侧输电线路电流，j为代表虚部，ω为输电线路的交流电频率，X_up为作为修正后的一输电线路参数的上侧输电线路电抗，X_down为作为修正后的另一输电线路参数的下侧输电线路电抗。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明根据电磁环境，从根本上计算线路之间的本质影响，精准建模后计算得到相关的线路参数结果，得出线路之间的互感系数和电流大小无关，该结果不受输电线路电压电流的影响，，由此进一步的减少了变量波动对实际结果的影响。

附图说明

图1是基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法流程图；

图2是输电线路为圆形线圈模型示意图；

图3是输电线路空间及代数解释图；

图4是基于电磁场域计算的线路电气参数估计系统结构图。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，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有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。

图1是基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法流程图。

如图1所示，本实施例提供了一种基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法，包括以下步骤：

步骤1，获取输电线路参数。

输电线路参数包括输电线路材质、输电所在杆塔间的距离、输电线路长度、输电线路弧垂大小以及输电线路布置形式。

步骤2，对输电电流类型进行判断，若输电电流类型为直流电，直接输出输电线路参数。

交流和直流的参数计算需要分别进行，交流电由于其周期特性因此具有互感特性，直流输电没有周期特性，因此没有互感特性，输电线路之间不存在参数干扰的情况。

步骤3，若输电电流类型为交流电，根据聂依曼公式计算输电线路之间的互感系数大小。

聂依曼计算公式用于计算互感系数，具体表达式为：

式中，M为输电线路之间的互感系数，μ0为真空中磁导率，一般为4π×10-7(H/m)，dl₁和dl₂分别是输电线路上的两根导线的线元，r是两根导线的线元之间的距离。。

一般的输电线路由于重力原因，并非两条平行线，而是具有一定弧垂角度的圆弧，因此需要将其按照圆弧进行互感系数计算。

图2是输电线路为圆形线圈模型示意图。

如图2所示，设定输电线路为圆形线圈模型。圆形线圈的半径分别为R₁和R₂，圆形线圈之间的横纵向偏移分别为m3和n3，圆形线圈之间的高度差为h，圆形线圈的夹角分别为δ和θ。因此，圆形线圈上两根导线分别去两个线元A和B，A点坐标为(R₁cosθ+m3,R₁sinθ+n3,h)，B点坐标为(R₂cosδ+m3,R₂sinδ+n3,h)，因此，A点与B点之间的距离r的计算公式为：

因此，聂依曼计算公式在圆形线圈模型中可以表示为：

上述公式是计算圆形线圈之间的互感系数，而一般的输电线路为一段圆弧，仍可使用上述公式进行计算，具体表达式为：

式中，输电线路中上侧输电线路导线的半径为R₂，输电线路中下侧输电线路导线的半径为R₁，输电线路中上侧输电线路导线的横向偏移为m₃，输电线路中下侧输电线路导线的纵向偏移n₃，两根圆弧状导线之间的高度差为h，输电线路中下侧输电线路导线的圆弧夹角为θ，两输电线路中上侧输电线路导线的圆弧夹角为δ，两根圆弧状导线对应弧度的取值范围分别是[-α₁，α₁]、[-α₂，α₂]，2α₁＝δ，2α₂＝θ。

表1

表1是不同计算方法下的互感结果偏差进行对比。由表1可见，采用等效圆弧的互感系数计算更加准确。

步骤4，根据互感系数大小对输电线路参数进行修正，并输出修正后的输电线路参数。

图3是输电线路空间及代数解释图。

如图3所示，根据互感系数大小，对输电线路参数进行修正。修正后的输电

线路参数的计算公式为：

该式中，U_up为上侧输电线路电压，U_down为下侧输电线路电压，I_up为上侧输电线路电流，I_down为下侧输电线路电流，j为代表虚部，ω为输电线路的交流电频率，X_up为作为修正后的一输电线路参数的上侧输电线路电抗，X_down为作为修正后的另一输电线路参数的下侧输电线路电抗。

图4是基于电磁场域计算的线路电气参数估计系统结构图。

如图4所示，本实施例还提供了一种基于电磁场域计算的线路电气参数估计系统，包括参数获取模块、类型判断模块、互感计算模块以及修正输出模块。该系统可以通过相应的各个模块执行如上述步骤1～4的流程，来估计电磁场域计算的线路电气参数。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明根据电磁环境，从根本上计算线路之间的本质影响，精准建模后计算得到相关的线路参数结果，得出线路之间的互感和电流大小无关，该结果不受输电线路电压电流的影响，，由此进一步的减少了变量波动对实际结果的影响。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法，其特征在于：

包括以下步骤：

获取输电线路参数；

对输电电流类型进行判断，若输电电流类型为直流电，直接输出输电线路参数；

若输电电流类型为交流电，根据聂依曼公式计算输电线路之间的互感系数大小；

根据互感系数大小对输电线路参数进行修正，并输出修正后的输电线路参数；

聂依曼公式的具体表达式为：

式中，M为输电线路之间的互感系数，μ₀为真空中磁导率，dl₁和dl₂分别是输电线路上的两根导线的线元，r是两根导线的线元之间的距离；

当输电线路是圆弧状，则输电线路之间的互感系数的具体表达式为：

式中，输电线路中上侧输电线路导线的半径为R₂，输电线路中下侧输电线路导线的半径为R₁，输电线路中上侧输电线路导线的横向偏移为m₃，输电线路中下侧输电线路导线的纵向偏移n₃，两根圆弧状导线之间的高度差为h，输电线路中下侧输电线路导线的圆弧夹角为θ，两输电线路中上侧输电线路导线的圆弧夹角为δ，两根圆弧状导线对应弧度的取值范围分别是[-α₁，α₁]、[-α₂，α₂]，2α₁＝δ，2α₂＝θ；

修正后的输电线路参数计算公式为：

该式中，U_up为上侧输电线路电压，U_down为下侧输电线路电压，I_up为上侧输电线路电流，I_down为下侧输电线路电流，j为代表虚部，ω为输电线路的交流电频率，X_up为作为修正后的一输电线路参数的上侧输电线路电抗，X_down为作为修正后的另一输电线路参数的下侧输电线路电抗，R_up为上侧输电线路电阻，R_down下侧输电线路电阻。

2.根据权利要求1所述的基于电磁场域计算的线路电气参数估计方法，其特征在于：输电线路参数包括输电线路材质、输电所在杆塔间的距离、输电线路长度、输电线路弧垂大小以及输电线路布置形式。

3.一种使用权利要求1-2任一项的所述方法的基于电磁场域计算的线路电气参数估计系统，其特征在于：

参数获取模块，用于获取输电线路参数；

类型判断模块，用于对输电电流类型进行判断，若输电电流类型为直流电，直接输出输电线路参数；

互感计算模块，用于若输电电流类型为交流电，根据聂依曼公式计算输电线路之间的互感系数大小；

修正输出模块，用于根据互感系数大小对输电线路参数进行修正，并输出修正后的输电线路参数。