基于RTDS的輸電線路參數計算方法

張琳琳，譚　靜，葉　俊

（國網山東省電力公司泰安供電公司，山東　泰安　271000）

基于RTDS的輸電線路參數計算方法

張琳琳，譚靜，葉俊

（國網山東省電力公司泰安供電公司，山東泰安271000）

為提高電網參數乃至電力系統計算的準確性和可靠性，確保電網的安全穩定運行，提出一種基于RTDS的輸電線路參數計算方法，并開發相應軟件。針對輸電線路的集中參數模型（Π型和T型）和分布參數模型，分別利用兩端口網絡方程和均勻傳輸線的長線方程計算輸電線路的各序阻抗、導納參數。針對同桿并架雙回線，進行變換解耦，求得線路的各序阻抗參數以及兩回線之間的相間互感、線間互感參數。輸電線路參數計算軟件可基于概率正態分布實現計算、顯示、評估等功能。利用RTDS對所提計算方法進行仿真分析，結果表明參數計算準確、可靠。

輸電線路參數；線路模型；RTDS

0　引言

電網參數是準確建立電網模型進行電力系統計算與分析的關鍵。但目前輸電線路參數大多使用的是經驗值或廠家給出的測量值，與線路實際運行時的參數存在較大誤差，可能會影響系統的正常穩定運行［1-2］。因此，采用電網實時數據對線路參數進行在線計算具有重要意義［3］。

根據電網實時運行參數，對不同線路模型，實時、準確地計算線路的各序參數，并開發一套基于RTDS的輸電線路參數計算功能軟件，以滿足電網快速發展對電網參數準確度與實時性越來越高的要求，具有重大的經濟效益和社會效益。

1　集中線路模型下輸電線路參數計算方法

傳統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

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

若忽略系統不對稱性，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

假設系統是對稱的，由圖2（a）可得

由此可得

式中：Z和Y線路兩側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納。

同理，由圖2（b）可得

以上分析是在忽略三相系統不對稱性的條件下進行的。但實際運行時經常出現三相負荷不等或者三相線路運行不對稱的情況，此時需進行三相解耦［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型參數模型下輸電線路的各序阻抗和各序導納，代入式（5）、式（6）得到T型參數模型下的各序阻抗和各序導納參數，最后通過相序反變換得到對應的各相參數。

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2　分布線路模型下輸電線路參數計算方法

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

對于長度為l的輸電線路，若忽略三相不對稱性，其單相長距離均勻傳輸線模型如圖3所示。

圖3　長線路均勻分布參數模型

當x=l時

整理得

進而得到線路的單位長度阻抗和導納。若考慮三相不對稱性，與集中參數模型方法相同，進行三相解耦即可。

3　同桿并架雙回線模型下輸電線路參數計算方法

同桿并架雙回線即兩條輸電線路共用桿塔，隨著電力系統對供電可靠性、輸電能力等的要求越來越高，同桿并架雙回線的應用也越來越廣泛［7-8］。由于相間互感、線間互感共存，采用六序故障分量法進行計算。當忽略同桿雙回線的三相不對稱性時，可以得到六序對稱電壓、電流的線性疊加形式，如圖4所示。

圖4　雙回線系統示意圖

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］。設變換陣

將式（16）代入式（15）得：

將式（17）轉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行對稱變換可得

將同、反向量變換和對稱分量變換相結合，得到六序變換陣

式（15）轉化為

以I回線A相為例分析，計算線路的各序阻抗參數，首先將A相的電壓分解為正、負、零序，在計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、零序分量各自的相位關系將上式簡化為

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之后，由式（21）便可以得到正、負、零序阻抗參數，簡單方便。

4　算例仿真

為了驗證所提算法的準確性和可靠性，采用RTDS搭建Π型和分布參數兩種不同的線路模型，設置正常、故障中和故障后3種狀態，仿真系統如圖5所示。參數設置如表1、表2所示。

圖5　仿真系統結構

表1　Π型等值電路參數

表2　分布參數等值電路參數

根據所述輸電線路參數計算方法，求得Π型等值電路的各序阻抗、導納參數和分布參數等值電路的單位長度的各序參數分別如圖6、圖7所示，該結果是在全故障狀態下得到的，設0時刻故障發生。

圖6　π型等值電路參數計算結果

圖7　分布參數等值電路計算結果

正常運行時，參數計算結果準確度非常高，如表3、表4所示；但是故障發生瞬間對參數計算結果影響較大。

所述參數計算方法是基于相量進行的，目前多采用傅里葉算法計算相量，但是衰減的直流分量、高次諧波等會影響傅里葉算法的準確性和精度，這種現象在系統受到擾動時尤其明顯。此時可以利用采樣值進行參數計算。

表3　Π型等值電路計算結果對比

表4　分布參數等值電路計算結果對比

由于線路參數不會發生突變和劇變，且對線路參數的測量沒有較強的實時性要求，因此采用相量在某時間段內進行多次計算，用最終的平均值作為當前的網絡參數值是合理的，完全能夠滿足現場的運行要求。

5　輸電線路參數計算功能軟件

為了驗證所研究輸電線路參數在線計算的性能，并對參數計算結果進行展示，開發一套輸電線路參數計算功能軟件。該軟件基于概率正態分布的數據篩選功能，根據正態分布理論對參數計算結果進行篩選和處理，得到最終最合理的線路參數計算結果。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據的查看和波形的顯示，用戶也可以自行設置線路參數計算的數據窗，以及實現對參數計算結果的波形查看和數據的導出保存，能夠對線路參數進行方便的管理和查詢。該功能軟件很好地實現了計算、顯示、評估等功能。

6　結語

針對目前輸電線路參數不夠準確而影響電力系統分析和計算精度的情況，提出輸電線路參數計算方法，利用同步相量數據對不同模型線路的參數進行計算，并在此基礎上開發一套輸電線路參數計算功能軟件，實現計算與結果展示功能，并根據正態分布理論對計算結果進行篩選和處理。經過驗證表明，本算法求出的線路參數準確度較高，計算量小，計算速度快，可靠性好，對于提高電網潮流計算精度、提高保護定值的合理性和可靠性、進一步提高供電質量，具有重要意義。

［1］胡志堅，陳允平，徐瑋，等.基于微分方程的互感線路參數帶電測量研究與實現［J］.中國電機工程學報，2005，25（2）：29-33.

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［3］梁義明，任立輝，邢彥軍.輸電線路參數測量方法的比較研究［J］.吉林電力，2005（1）：32-37.

［4］JIANG JA，YANG Junzhe，LIN Yinghong，et al.An Adaptive PMUBasedonFaultDetection/LocationTechniquefor Transmission Lines［J］.IEEE PWRD，2000，15（2）：488-491.

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［9］黎穎，盧繼平，李健.基于在線計算線路分布參數的故障定位方法［J］.高電壓技術，2007，33（11）：185-191.

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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，從事電力系統配電網規劃工作。