一种高精度中压配电线路真型等效模型及其参数计算方法与流程

文档序号：11409382阅读：385来源：国知局

本发明专利属于配电设备技术领域，具体涉及一种考虑高频传输特性的高精度配电线路真型等效模型及其参数计算方法。

技术背景

随着智能电网的迅速发展，配电自动化系统的覆盖范围与应用规模日益扩大，为提升配电系统供电可靠性提供了有效技术手段。配电自动化系统通过快速隔离故障区域使健全区域恢复供电，这对提高供电可靠性具有非常重要的意义。其技术关键依赖于分布式ftu、dtu及故障指示器等智能配电终端对配电线路运行状态进行实时监测，根据所获取电压电流信号，在发生故障时，结合主站实现集中或就地方式隔离故障区段以实现健全配电线路快速自愈。这一技术的实现有赖于对配网线路稳态与暂态故障特征信息的深入研究，通过获取配电线路在各种运行状态下的典型电压及电流信号，提取暂稳态特征，并结合算法进行有效辨识。

目前众多高校、科研及企业针对配网真型模拟技术已经进行了探索和研究，并取得了一定的成果。其中最具代表性的如国网浙江省电力公司金华供电公司(专利申请号201610606842.0)提出了一种模拟针对开关故障形式的配网真型模拟平台；华北电力大学(专利申请号201020593458.x)提出了一种10kv配电网线路故障模拟试验平台的总体架构；广东电网有限责任公司电力科学研究院(专利申请号201510018639.7)提出了一种电力系统1:1电压等级配网单相接地故障模拟试验平台；这三家单位的成果中，其应用场景各有侧重，适用范围差异较大。但都未提及专门针对精确计及导线自阻抗、互阻抗、对地电容及相间耦合电容等线路参数的等值方法，更未考虑采用集中参数的π型结构的分段数设置，对于电流电压的高频相频特性和幅频特性与被等效实际线路存在的显著差异，无法从实质上反映真实配电线路在各类运行工况下的电流电压信号特征。因此，研究搭建可在宽频带范围内模拟电网真实运行状态的等效试验模型，对于在实景环境下开展基于配电线路暂稳态特征信息的故障辨识、选线及定位研究，产品性能测试与功能实证以及技术培训，支撑配电自动化系统的进一步深化应用，其需求十分迫切。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种高精度中压配电线路真型等效模型及其参数计算方法。该等效模型基于电力系统分析理论建立，具有体积小、重量轻，高频带范围内等效精度高，模块化设计便于级联和扩展等特点，适用于对配电线路的运行状态进行真型等效，为开展针对性的研究、测试与技术培训提供物理载体。

本发明采用的技术方案是：一种高精度中压配电线路真型等效模型，包括用于模拟a相导线自阻抗与互阻抗的a相阻抗；用于模拟b相导线自阻抗与互阻抗的b相阻抗；用于模拟c相导线自阻抗与互阻抗的c相阻抗；以及用于模拟大地回路和相间参数的g阻抗；

所述a相阻抗采用多模块分段级联组合的方式模拟，a相线路阻抗采用第一中间电阻和第一电感串联、第一前端下拉电容和第一后端下拉电容并联的π型结构，用于等效a相导线分布阻抗参数；

所述b相阻抗采用多模块分段级联组合的方式模拟，b相线路阻抗采用第二中间电阻和第二电感串联，第二前端下拉电容和第二后端下拉电容并联的π型结构，用于等效b相导线分布阻抗参数；

所述c相阻抗采用多模块分段级联组合的方式模拟，c相线路阻抗采用第三中间电阻和第三电感串联，第三前端下拉电容和第三后端下拉电容并联的π型结构，用于等效c相导线分布阻抗参数；

所述g阻抗采用多模块分段级联组合的方式模拟，包括顺序连接的入线端g、第四线路阻抗以及出线端g’；其中入线端g用于与前一个模型的出线端g’相连或接地；出线端g’用于接后一个模型的进线端g或悬空，靠近电源测第一个入线端g接地；第四线路阻抗采用第四中间电阻和第四电感串联，第四前端上拉电容和第四后端上拉电容并联的倒π型结构，用于等效模拟大地回路和相间分布阻抗参数；

所述a相阻抗、b相阻抗、c相阻抗和g阻抗通过a相线路阻抗的第一前端下拉电容、b相线路阻抗的第二前端下拉电容和c相线路阻抗的第三前端下拉电容的下端与第四线路阻抗的第四前端上拉电容的上端相连；以及通过a相线路阻抗的第一后端下拉电容、b相线路阻抗的第二后端下拉电容和c相线路阻抗的第三后端下拉电容的下端与第四线路阻抗的第四后端上拉电容的上端相连；构成一个完整的a、b、c三相配电线路等效模型。

作为优选，一种高精度中压配电线路真型等效模型所采用的第一中间电阻、第二中间电阻、第三中间电阻和第四中间电阻采用无感电阻。

作为优选，一种高精度中压配电线路真型等效模型所采用的第一电感、第二电感、第三电感和第四电感采用空心低阻电感。

作为优选，一种高精度中压配电线路真型等效模型所采用的第一前端下拉电容、第二前端下拉电容、第三前端下拉电容，第一后端下拉电容、第二后端下拉电容、第三后端下拉电容，第四前端上拉电容以及第四后端上拉电容等所有电容皆采用无局放电容器。

一种高精度中压配电线路真型等效模型参数计算方法包括以下步骤：

第一步，确定被等效模拟的配电线路电压等级、线路型号和架设安装方式；

第二步，根据第一步确定的信息，采用数值仿真软件或一般线路计算方法获得等效模拟的配电线路的单位长度分布参数：正序电阻rp，零序电阻r0；正序电感lp，零序电感l0，正序电容cp，零序电容c0；

第三步，根据被等效模拟的配电线路长度len，计算被等效模拟的配电线路的总参数：

rpz＝len×rp；lpz＝len×lp；cpz＝len×cp

r0z＝len×r0；l0z＝len×l0；c0z＝len×c0

其中，rpz为被等效模拟的配电线路正序总电阻，lpz为被等效模拟的配电线路正序总电感，cpz为被等效模拟的配电线路正序总电容，r0z为被等效模拟的配电线路零序总电阻，l0z为被等效模拟的配电线路零序总电感，c0z为被等效模拟的配电线路零序总电容。

第四步，根据所要求频率范围内的幅频与相频响应精度，结合数值仿真计算，采用人工步进式分段校核的方式确定被等效模拟的配电线路的π型级联数，并对应将该线路分成n段，每段参数：

其中，rp1为被等效模拟的配电线路分成n段后的每段正序电阻，lp1为被等效模拟的配电线路分成n段后的每段正序电感，cp1为被等效模拟的配电线路分成n段后的每段正序电容，r01为被等效模拟的配电线路分成n段后的每段零序电阻，l01为被等效模拟的配电线路分成n段后的每段零序电感，c01为被等效模拟的配电线路分成n段后的每段零序电容。

第五步，根据cp1和c01计算g阻抗附加等效电容c’：

第六步，计算各元件参数：

第一前端下拉电容(11)、第二前端下拉电容(21)、第三前端下拉电容(31)：cp1/2

第一后端下拉电容(14)、第二后端下拉电容(24)、第三后端下拉电容(34)：cp1/2

第一中间电阻(12)、第二中间电阻(22)、第三中间电阻(32)：rp1

第一电感(13)、第二电感(23)、第三电感(33)：lp1

第四前端上拉电容(41)以及第四后端上拉电容(44)：c＇/2

第四中间电阻(42)：(r01-rp1)/3

第四电感(43)：(l01-lp1)/3。

作为优选，一种高精度中压配电线路真型等效模型参数计算方法中g阻抗附加等效电容c’的公式由以下方法获得：

设正序电容为cp1，零序电压为c01，附加等效电容为c’，系统中性点位移电压为u′，三相电压分别为ua、ub、uc，则根据基尔霍夫电压定律可列如下方程：

解方程可得：

本发明取得的有益效果是：

1、该等效模型基于电力系统分析理论，根据配网线路的工程实际，考虑高频传输特性,全面考虑导线自身、导线之间、导线与大地以及地回路的影响等因素构建，因此模型理论基础可靠、综合因素全面，贴近现场实际；

2、创造性提出倒π结构形式的四电容g阻抗模型结构来模拟导线之间、导线与大地之间以及地回路的电磁耦合作用；

3、创造性地根据基尔霍夫电压定律推导出g阻抗附加等效电容c’计算公式，以准确模拟线路正序阻抗与零序阻抗。

4、创造性提出了多个集中参数等效元件组分段级联的方式，以在宽频带范围内满足被等效线路幅频与相频响应精度。

附图说明

图1是本发明一种高精度中压配电线路真型等效模型结构示意图；

图2是本发明一种高精度中压配电线路真型等效模型参数计算流程图；

图3是本发明g阻抗中附加等效电容c’计算原理图；

图4是本发明幅频特性对比图；

图5是本发明相频特性对比图；

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明一种高精度中压配电线路真型等效模型结构示意图，包括用于模拟a相导线自阻抗与互阻抗的a相阻抗；用于模拟b相导线自阻抗与互阻抗的b相阻抗；用于模拟c相导线自阻抗与互阻抗的c相阻抗；以及用于模拟大地回路和相间参数的g阻抗；

如图1所示，所述a相阻抗包括顺序连接的入线端a、a相线路阻抗(1)以及出线端a’。其中入线端a用于与电源的a相或前一个模型的出线端a’相连；出线端a’用于接负载a相或者后一个模型的进线端a；a相线路阻抗(1)采用第一中间电阻(12)和第一电感(13)串联、第一前端下拉电容(11)和第一后端下拉电容(14)并联的π型结构；入线端a、a相线路阻抗(1)以及出线端a’串联构成等效a相输电导线模型。

如图1所示，所述b相阻抗包括顺序连接的入线端b、b相线路阻抗(2)以及出线端b’。其中入线端b用于与电源的b相或前一个模型的出线端b’相连；出线端b’用于接负载b相或者后一个模型的进线端b；b相线路阻抗(2)采用第二中间电阻(22)和第二电感(23)串联、第二前端下拉电容(21)和第二后端下拉电容(24)并联的π型结构；入线端b、b相线路阻抗(2)以及出线端b’串联构成等效b相输电导线模型。

如图1所示，所述c相阻抗包括顺序连接的入线端c、c相线路阻抗(3)以及出线端c’。其中入线端c用于与电源的c相或前一个模型的出线端c’相连；出线端c’用于接负载c相或者后一个模型的进线端c；c相线路阻抗(3)采用第三中间电阻(32)和第三电感(33)串联、第三前端下拉电容(31)和第三后端下拉电容(34)并联的π型结构；入线端c、c相线路阻抗(3)以及出线端c’串联构成等效c相输电导线模型。

如图1所示，所述g阻抗包括顺序连接的入线端g、第四线路阻抗(4)以及出线端g’。其中入线端g用于与前一个模型的出线端c’相连或接地；出线端g’用于接后一个模型的进线端g或悬空，靠近电源测第一个入线端g接地；第四线路阻抗(4)采用第四中间电阻(42)和第四电感(43)串联，第四前端上拉电容(41)和第四后端上拉电容(44)并联的倒π型结构；入线端g、第四线路阻抗(4)以及出线端g’串联构成等效模拟大地回路和相间分布阻抗模型。

如图1所示，所述a相阻抗、b相阻抗、c相阻抗和g阻抗通过a相线路阻抗(1)的第一前端下拉电容(11)、b相线路阻抗(2)的第二前端下拉电容(21)和c相线路阻抗(3)的第三前端下拉电容(31)的下端与第四线路阻抗(4)的第四前端上拉电容(41)的上端相连；以及通过a相线路阻抗(1)的第一后端下拉电容(14)、b相线路阻抗(2)的第二后端下拉电容(24)和c相线路阻抗(3)的第三后端下拉电容(34)的下端与第四线路阻抗(4)的第四后端上拉电容(44)的上端相连；构成一个完整模拟真实a、b、c三相配电线路的等效模型。

如图2所示，本发明所建立的中压配电线路真型等效模型中各个元件参数的计算方法如下：