張琳琳，譚　靜，葉　俊

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司泰安供電公司，山東　泰安　271000）

基于RTDS的輸電線路參數(shù)計(jì)算方法

張琳琳，譚靜，葉俊

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司泰安供電公司，山東泰安271000）

為提高電網(wǎng)參數(shù)乃至電力系統(tǒng)計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提出一種基于RTDS的輸電線路參數(shù)計(jì)算方法，并開(kāi)發(fā)相應(yīng)軟件。針對(duì)輸電線路的集中參數(shù)模型（Π型和T型）和分布參數(shù)模型，分別利用兩端口網(wǎng)絡(luò)方程和均勻傳輸線的長(zhǎng)線方程計(jì)算輸電線路的各序阻抗、導(dǎo)納參數(shù)。針對(duì)同桿并架雙回線，進(jìn)行變換解耦，求得線路的各序阻抗參數(shù)以及兩回線之間的相間互感、線間互感參數(shù)。輸電線路參數(shù)計(jì)算軟件可基于概率正態(tài)分布實(shí)現(xiàn)計(jì)算、顯示、評(píng)估等功能。利用RTDS對(duì)所提計(jì)算方法進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明參數(shù)計(jì)算準(zhǔn)確、可靠。

輸電線路參數(shù)；線路模型；RTDS

0　引言

電網(wǎng)參數(shù)是準(zhǔn)確建立電網(wǎng)模型進(jìn)行電力系統(tǒng)計(jì)算與分析的關(guān)鍵。但目前輸電線路參數(shù)大多使用的是經(jīng)驗(yàn)值或廠家給出的測(cè)量值，與線路實(shí)際運(yùn)行時(shí)的參數(shù)存在較大誤差，可能會(huì)影響系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行［1-2］。因此，采用電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行在線計(jì)算具有重要意義［3］。

根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，對(duì)不同線路模型，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地計(jì)算線路的各序參數(shù)，并開(kāi)發(fā)一套基于RTDS的輸電線路參數(shù)計(jì)算功能軟件，以滿足電網(wǎng)快速發(fā)展對(duì)電網(wǎng)參數(shù)準(zhǔn)確度與實(shí)時(shí)性越來(lái)越高的要求，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1　集中線路模型下輸電線路參數(shù)計(jì)算方法

傳統(tǒng)電力線路單相等值電路如圖1所示。

圖1　電力線路的單相等值電路

長(zhǎng)度低于300 km的架空線路和低于100 km的電纜線路統(tǒng)稱為一般線路［4］。若架空線路長(zhǎng)度超過(guò)300 km或者電纜線路長(zhǎng)度超過(guò)100 km，則線路的分布參數(shù)特性可以暫不考慮，只需簡(jiǎn)化為集中參數(shù)電路模型。設(shè)R、X、G、B分別表示線路的總電阻、電抗、電導(dǎo)、電納。當(dāng)線路長(zhǎng)度為l時(shí)，R=r1l，X=x1l，G=g1l，B=b1l。

若忽略系統(tǒng)不對(duì)稱性，T型等值電路和Π型等值電路如圖2所示。

圖2　集中線路模型的等值電路

假設(shè)系統(tǒng)是對(duì)稱的，由圖2（a）可得

由此可得

式中：Z和Y線路兩側(cè)U1、U2、I1、I2的同步采樣值，由全波傅里葉算法求出相量值，即可得到線路阻抗和導(dǎo)納。

同理，由圖2（b）可得

以上分析是在忽略三相系統(tǒng)不對(duì)稱性的條件下進(jìn)行的。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)三相負(fù)荷不等或者三相線路運(yùn)行不對(duì)稱的情況，此時(shí)需進(jìn)行三相解耦［5］。

式中：Ia、Ib、Ic與 I′a、I′b、I′c分別為線路兩端的三相電流；Ua、Ub、Uc與U′a、U′b、U′c分別為線路兩端的三相電壓；Ia1、Ia2、Ia0與I′a1、I′a2、I′a0分別為線路兩端電流各序分量；Ua1、Ua2、Ua0與U′a1、U′a2、U′a0分別為線路兩端電壓的各序分量。將電壓、電流序分量分別代入式（3）、式（4）中，可以求出Π型參數(shù)模型下輸電線路的各序阻抗和各序?qū)Ъ{，代入式（5）、式（6）得到T型參數(shù)模型下的各序阻抗和各序?qū)Ъ{參數(shù)，最后通過(guò)相序反變換得到對(duì)應(yīng)的各相參數(shù)。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，教師這一職業(yè)的角色定位已經(jīng)不再是一種全職職業(yè)?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代，很多人可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將自己所掌握的知識(shí)分享給別人。教師這一角色也從傳統(tǒng)的“黑板+講臺(tái)”走向了屏幕，開(kāi)始了多元化發(fā)展。電腦和互聯(lián)網(wǎng)正在逐漸取代過(guò)去的黑板和粉筆，教師不再是教育資源的壟斷者，照本宣科的講課方式逐漸被淘汰，各種網(wǎng)絡(luò)課程、名師在線等互聯(lián)網(wǎng)教育對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)造成了極大的沖擊?，F(xiàn)代教師除了要具備專業(yè)的知識(shí)技能以外，還必須要具備MOOC制作、PPT演示、信息搜索、應(yīng)用教學(xué)軟件等信息處理能力，這些無(wú)不使傳統(tǒng)教學(xué)面臨前所未有的挑戰(zhàn)。

2　分布線路模型下輸電線路參數(shù)計(jì)算方法

長(zhǎng)線路是指長(zhǎng)度超過(guò)300 km的架空線路和超過(guò)100 km的電纜線路。長(zhǎng)線路需要考慮分布參數(shù)特性，采用常用的分布參數(shù)線路模型——均勻傳輸線模型［6］。

對(duì)于長(zhǎng)度為l的輸電線路，若忽略三相不對(duì)稱性，其單相長(zhǎng)距離均勻傳輸線模型如圖3所示。

圖3　長(zhǎng)線路均勻分布參數(shù)模型

當(dāng)x=l時(shí)

整理得

進(jìn)而得到線路的單位長(zhǎng)度阻抗和導(dǎo)納。若考慮三相不對(duì)稱性，與集中參數(shù)模型方法相同，進(jìn)行三相解耦即可。

3　同桿并架雙回線模型下輸電線路參數(shù)計(jì)算方法

同桿并架雙回線即兩條輸電線路共用桿塔，隨著電力系統(tǒng)對(duì)供電可靠性、輸電能力等的要求越來(lái)越高，同桿并架雙回線的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛［7-8］。由于相間互感、線間互感共存，采用六序故障分量法進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)忽略同桿雙回線的三相不對(duì)稱性時(shí)，可以得到六序?qū)ΨQ電壓、電流的線性疊加形式，如圖4所示。

圖4　雙回線系統(tǒng)示意圖

將兩條線路的電流分為同向量T和反向量F，同向量回路與反向量回路之間不存在互感［9］。設(shè)變換陣

將式（16）代入式（15）得：

將式（17）轉(zhuǎn)化為同向量與反向量：

為消除ZT、ZF中的耦合阻抗，將同向量與反向量進(jìn)行對(duì)稱變換可得

將同、反向量變換和對(duì)稱分量變換相結(jié)合，得到六序變換陣

式（15）轉(zhuǎn)化為

以I回線A相為例分析，計(jì)算線路的各序阻抗參數(shù)，首先將A相的電壓分解為正、負(fù)、零序，在計(jì)及相間互感與線間互感的條件下，各序電壓可以表示為［10］

由正、負(fù)、零序分量各自的相位關(guān)系將上式簡(jiǎn)化為

綜上所述，按照六序故障分量法得到雙回線路的自感、相間互感和線間互感參數(shù)之后，由式（21）便可以得到正、負(fù)、零序阻抗參數(shù)，簡(jiǎn)單方便。

4　算例仿真

為了驗(yàn)證所提算法的準(zhǔn)確性和可靠性，采用RTDS搭建Π型和分布參數(shù)兩種不同的線路模型，設(shè)置正常、故障中和故障后3種狀態(tài)，仿真系統(tǒng)如圖5所示。參數(shù)設(shè)置如表1、表2所示。

圖5　仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

表1　Π型等值電路參數(shù)

表2　分布參數(shù)等值電路參數(shù)

根據(jù)所述輸電線路參數(shù)計(jì)算方法，求得Π型等值電路的各序阻抗、導(dǎo)納參數(shù)和分布參數(shù)等值電路的單位長(zhǎng)度的各序參數(shù)分別如圖6、圖7所示，該結(jié)果是在全故障狀態(tài)下得到的，設(shè)0時(shí)刻故障發(fā)生。

圖6　π型等值電路參數(shù)計(jì)算結(jié)果

圖7　分布參數(shù)等值電路計(jì)算結(jié)果

正常運(yùn)行時(shí)，參數(shù)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度非常高，如表3、表4所示；但是故障發(fā)生瞬間對(duì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果影響較大。

所述參數(shù)計(jì)算方法是基于相量進(jìn)行的，目前多采用傅里葉算法計(jì)算相量，但是衰減的直流分量、高次諧波等會(huì)影響傅里葉算法的準(zhǔn)確性和精度，這種現(xiàn)象在系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)尤其明顯。此時(shí)可以利用采樣值進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。

表3　Π型等值電路計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表4　分布參數(shù)等值電路計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由于線路參數(shù)不會(huì)發(fā)生突變和劇變，且對(duì)線路參數(shù)的測(cè)量沒(méi)有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求，因此采用相量在某時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行多次計(jì)算，用最終的平均值作為當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)值是合理的，完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行要求。

5　輸電線路參數(shù)計(jì)算功能軟件

為了驗(yàn)證所研究輸電線路參數(shù)在線計(jì)算的性能，并對(duì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行展示，開(kāi)發(fā)一套輸電線路參數(shù)計(jì)算功能軟件。該軟件基于概率正態(tài)分布的數(shù)據(jù)篩選功能，根據(jù)正態(tài)分布理論對(duì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行篩選和處理，得到最終最合理的線路參數(shù)計(jì)算結(jié)果。其操作模擬流程如圖8所示。

圖8　軟件操作模擬流程

此外，該軟件還支持原始數(shù)據(jù)的查看和波形的顯示，用戶也可以自行設(shè)置線路參數(shù)計(jì)算的數(shù)據(jù)窗，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果的波形查看和數(shù)據(jù)的導(dǎo)出保存，能夠?qū)€路參數(shù)進(jìn)行方便的管理和查詢。該功能軟件很好地實(shí)現(xiàn)了計(jì)算、顯示、評(píng)估等功能。

6　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前輸電線路參數(shù)不夠準(zhǔn)確而影響電力系統(tǒng)分析和計(jì)算精度的情況，提出輸電線路參數(shù)計(jì)算方法，利用同步相量數(shù)據(jù)對(duì)不同模型線路的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)一套輸電線路參數(shù)計(jì)算功能軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算與結(jié)果展示功能，并根據(jù)正態(tài)分布理論對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行篩選和處理。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證表明，本算法求出的線路參數(shù)準(zhǔn)確度較高，計(jì)算量小，計(jì)算速度快，可靠性好，對(duì)于提高電網(wǎng)潮流計(jì)算精度、提高保護(hù)定值的合理性和可靠性、進(jìn)一步提高供電質(zhì)量，具有重要意義。

［1］胡志堅(jiān)，陳允平，徐瑋，等.基于微分方程的互感線路參數(shù)帶電測(cè)量研究與實(shí)現(xiàn)［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，25（2）：29-33.

［2］梁志瑞，楊子強(qiáng)，李鵬，等.電網(wǎng)輸電線路工頻參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2001，25（3）：34-37.

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［5］安艷秋，高厚磊.基于同步相量測(cè)量的線路參數(shù)在線計(jì)算［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2002，22（9）：18-21.

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A Calculation Method of Transmission Line Parameters Based on RTDS

ZHANG Linlin，TAN Jing，YE Jun
（State Grid Tai'an Power Supply Company，Tai'an 271000，China）

Being aimed to improve the accuracy and reliability of transmission line parameters and power calculation and to ensure the safety and stability of the grid，a transmission line parameters calculation method is proposed based on RTDS，and the corresponding software is developed.For the concentrated（Π-type and T-type）and distributed parameter model，the two-port network equation and long-term equation of uniform transmission line are used to calculate positive sequence，negative sequence，zero sequence impedance and admittance parameters.For double transmission line on one tower model，the conversion decoupling is adopted to get impedance parameters and mutual inductances between phases and lines.The calculation software can achieve functions of calculation，display and evaluation based on Gaussian distribution.Different types of transmission line models are built by RTDS to test and verify the calculation method.Results show that the method can improve accuracy and reliability of transmission line parameters.

transmission line parameters；transmission line model；RTDS

TM726；TM744

A

1007－9904（2016）07－0012－06

2016-02-20

張琳琳（1987），女，工程師，從事電力系統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃工作。