CN107478954B - 一种基于分布参数模型的超特高压***电晕损耗计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于输电线路分布参数模型计算超/特高压***电晕损耗的方法。先由长距离交流输电线路的分布参数模型推导出超/特高压长距离交流输电线路的π形等值电路参数计算公式，然后通过精确考虑长线路上的电压分布推导出线路单位长度上的年平均电晕损耗公式，进而通过电晕损耗功率方程求得***的电晕损耗。此方法求出的电晕损耗值更接近于实际测量值，对超/特高压***的设计、运行与经济分析具有重大的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于分布参数模型的超特高压***电晕损耗计算方法，属于电力***线损技术领域。
背景技术
在现代电力***中，超/特高压输电线路已成为我国的主力电网。对于一般电压等级的输电线路，可以用集中参数等值电路。但是超/特高压输电线路传输距离长达几百公里甚至上千公里，研究此线路的传输特性时，就需要采用分布参数模型，此时，如再使用集中参数模型就会有很大的偏差。
由于超/特高压输电线路的电压等级高，线路表面易产生放电现象，因而超/特高压输电线路的电晕损耗是不可忽视却十分复杂的现象。据大量实测研究，500KV及以上线路电晕损耗对线路实际运行电压非常敏感，且占线路总损耗相当大的比重，因而在计算***线路总损耗时电晕损耗不应忽略。
发明内容
目的：为了克服现有计算方法中存在的不足，本发明提供一种基于分布参数模型的超特高压***电晕损耗计算方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于分布参数模型的超特高压***电晕损耗计算方法，具体包括如下步骤：
S01：基于长距离交流输电线路的分布参数模型推导出超特高压长距离交流输电线路的π形等值电路参数计算公式；
S02：通过精确考虑超特高压***长线路上的电压分布推导出线路单位长度上的年平均电晕损耗公式；
S03：基于电晕损耗功率方程进行牛顿-拉夫逊迭代，进而求出每条线路上的电晕损耗和***的电晕损耗。
在步骤S01中推导出长线路等值电路各参数的计算公式：
基于超特高压输电线路的特性阻抗：
其中：r、x和b分别为输电线路单位长度电阻、电抗和电纳；
线路传播常数：
其中：α、β分别为衰减系数和相移系数，且α＝|γ|cosθ，β＝|γ|sinθ；
精确考虑输电线路的分布参数特性：
其中：l为输电线路的长度；
令u＝αl，v＝βl，利用双曲函数
经过推导和化简，令
最终可得超特高压输电线路π形等值电路的参数计算公式：
在步骤S02中推导出线路单位长度上的年平均电晕损耗公式：
在超特高压输电线路的长线模型下，已知线路末端电压、电流时，沿线路任意点的电压、电流计算公式：
其中：分别表示距线路末端长度为x处的电压、电流；分别为线路末端电压、电流；
则超特高压***中长线路每一点的电压表达式：
其中：为线路首端电压；Z为线路的阻抗；
单位长度上好天、雪天和雨天的电晕损耗计算公式为：
其中：Pf、Ps、Pr分别表示单位长度上好天、雪天和雨天的电晕损耗(kw/km)；req表示***导线等效半径(cm)；EM为导线表面最大场强(kv/cm)；E0为以皮克公式计算的临界电场强度(kv/cm)；
中相的表面场强为：
边相的表面场强为：
其中：n为***导线根数；r’为导线半径(cm)；d为***间距(cm)；Dm为几何均距(cm)；U为实际运行电压(kv)；
K2＝1.03K1/1.1；
皮克公式表示为：
其中：m1为导线表面粗糙系数；m2为气象系数；δ为空气的相对密度；
如果设一年中好天为Tf，雪天为Ts，雨天为Tr,同时在线路中均匀产生t+1个点，从首端到末端的每点电压依次为U1、U2、……、Ut+1，则线路的电晕损耗即为t个小线段电晕损耗的总和，小线段实际运行电压表示为该段首端和末端的平均电压，线路中n、m两点间的小线段单位长度上电晕损耗的年平均值为：
其中，Un、Um分别为线路中n、m两点的电压；
那么线路单位长度上电晕损耗的年平均值为：
在步骤S03中求出每条线路上的电晕损耗和***的电晕损耗：
为简化计算起见，将线路的电晕损耗分为相等的两部分悬挂在输电线路的两端，认为是“有功负荷”，这样推导出的对于一个N节点***来说，节点i的功率方程为：
将Yij＝Gij+jBij代入，得：
其中：Pi为PQ和PV节点的注入有功功率；Qi为PQ节点的注入无功功率；Gij、Bij分别为支路电导和电纳；θij为节点i和j之间的电压相角差；lij为线路i-j的长度；Ui、Uj分别为节点i、j的电压；
牛拉法迭代后可得***每条线路单位长度年平均电晕损耗值Pcij，进而求得每条线路上的电晕损耗Pcijlij，最后累加可得***的电晕损耗。
有益效果：本发明提供的一种基于分布参数模型的超特高压***电晕损耗计算方法，此计算方法精确考虑了线路上的每一点电压，因而结果更加准确，对超/特高压***的设计以及分析具有重大的意义。
附图说明
图1是本发明的算例八节点***图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，八节点***其中平衡节点5，PV节点6，其余都为PQ节点；***共有5条线路，其中L1、L2、L3、L4的线长为400km，L5的线长为800km；Tf＝7471h，Ts＝56h，Tr＝1233h，分段数t＝20，空气相对密度δ＝1，导线粗糙系数m1＝0.9，好天时m2＝1.0，雪天时m2＝0.997，雨天时m2＝0.993，500kv线路型号为4*LGJ-300，导线半径r’＝1.213cm，***间距d＝45cm，三相水平排列，相间距离为13m。
在步骤S01中求出长线路等值电路各参数的值：
线路L1、L2、L3、L4的R＝9.88572Ω，X＝109.126Ω，B＝0.00321S,线路L5的R＝16.279Ω，X＝199.285Ω，B＝0.00673S。
在步骤S02中求出线路单位长度上电晕损耗的年平均值：
在步骤S03中求出每条线路上的电晕损耗和***的电晕损耗：
为简化计算起见，将线路的电晕损耗分为相等的两部分悬挂在输电线路的两端，认为是“有功负荷”，这样推导出的对于一个N节点***来说，节点i的功率方程为：
将Yij＝Gij+jBij代入，得：
其中：Pi为PQ和PV节点的注入有功功率；Qi为PQ节点的注入无功功率；lij为线路i-j的长度。
牛拉法迭代后可得***每条线路单位长度年平均电晕损耗值Pcij，进而求得每条线路上的电晕损耗Pcijlij：线路L1、L2上的电晕损耗均为3.55693MW，线路L3、L4上的电晕损耗均为3.90702MW，线路L5上的电晕损耗为7.94192MW；最后可得***的电晕损耗为22.8698MW。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于分布参数模型的超特高压***电晕损耗计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
S01：基于长距离交流输电线路的分布参数模型推导出超特高压长距离交流输电线路的π形等值电路参数计算公式；
S02：通过精确考虑超特高压***长线路上的电压分布推导出线路单位长度上的年平均电晕损耗公式；
S03：基于电晕损耗功率方程进行牛顿-拉夫逊迭代，进而求出每条线路上的电晕损耗和***的电晕损耗；
所述步骤S01包括：
基于超特高压输电线路的特性阻抗：
其中：r、x和b分别为输电线路单位长度电阻、电抗和电纳；
线路传播常数：
其中：α、β分别为衰减系数和相移系数，且α＝|γ|cosθ，β＝|γ|sinθ；
精确考虑输电线路的分布参数特性：
其中：l为输电线路的长度；
令u＝αl，v＝βl，利用双曲函数经过推导和化简，令最终可得超特高压输电线路π形等值电路的参数计算公式：
所述步骤S02包括：
在超特高压输电线路的长线模型下，已知线路末端电压、电流时，沿线路任意点的电压、电流计算公式：
其中：分别表示距线路末端长度为x处的电压、电流；分别为线路末端电压、电流；
则超特高压***中长线路每一点的电压表达式：
其中：为线路首端电压；Z为线路的阻抗；B为线路的电纳；
单位长度上好天、雪天和雨天的电晕损耗计算公式为：
其中：Pf、Ps、Pr分别表示单位长度上好天、雪天和雨天的电晕损耗，单位kw/km；req表示***导线等效半径，单位cm；EM为导线表面最大场强，单位kv/cm；E0为以皮克公式计算的临界电场强度，单位kv/cm；
中相的表面场强为：
边相的表面场强为：
其中：n为***导线根数；r’为导线半径，单位cm；d为***间距，单位cm；Dm为几何均距，单位cm；U为实际运行电压，单位kv；
K2＝1.03K1/1.1；
皮克公式表示为：
其中：m1为导线表面粗糙系数；m2为气象系数；δ为空气的相对密度；
如果设一年中好天为Tf，雪天为Ts，雨天为Tr,同时在线路中均匀产生t+1个点，从首端到末端的每点电压依次为U1、U2、……、Ut+1，则线路的电晕损耗即为t个小线段电晕损耗的总和，小线段实际运行电压表示为该段首端和末端的平均电压，线路中n、m两点间的小线段单位长度上电晕损耗的年平均值为：
其中，Un、Um分别为线路中n、m两点的电压；
那么线路单位长度上电晕损耗的年平均值为：
2.根据权利要求1所述的一种基于分布参数模型的超特高压***电晕损耗计算方法，其特征在于：所述步骤S03包括：
将线路的电晕损耗分为相等的两部分悬挂在输电线路的两端，设置为“有功负荷”，推导出对于一个N节点***来说，节点i的功率方程为：
将Yij＝Gij+jBij代入，得：
其中：Pi为PQ和PV节点的注入有功功率；Qi为PQ节点的注入无功功率；Gij、Bij分别为支路电导和电纳；θij为节点i和j之间的电压相角差；lij为线路i-j的长度；Ui、Uj分别为节点i、j的电压；
牛顿-拉夫逊法迭代后得到***每条线路单位长度年平均电晕损耗值Pcij，进而求得每条线路上的电晕损耗Pcijlij，最后累加可得***的电晕损耗。
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