本發(fā)明涉及輸電線路工頻參數(shù)計(jì)算領(lǐng)域，具體涉及一種輸電線路工頻序參數(shù)仿真計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

EMTP(Electro-Magnetic Transient Program)是用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析的仿真軟件，是電力系統(tǒng)中高電壓等級(jí)的電力網(wǎng)絡(luò)和電力電子仿真應(yīng)用最廣泛的程序。

目前國(guó)內(nèi)外獲取工頻參數(shù)的兩類基本方法，第一類方法主要是通過(guò)公式計(jì)算得出線路參數(shù)。計(jì)算法又可以分為兩種:一種是根據(jù)架空導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)、材料、氣溫環(huán)境等情況把具體的參量逐項(xiàng)代入計(jì)算公式得到，稱為精確計(jì)算；另外一種是從手冊(cè)或產(chǎn)品目錄中查取單位長(zhǎng)度線路的參數(shù)，稱為近似計(jì)算。精確計(jì)算方法需要預(yù)先知道的參數(shù)較多，計(jì)算公式復(fù)雜。

在工程上常采用近似計(jì)算，該方法忽略了地理環(huán)境、氣候條件等因素的影響，其計(jì)算結(jié)果有時(shí)誤差較大。

第二類是通過(guò)輸電線路架通后，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量取得線路參數(shù)。實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于運(yùn)行線路對(duì)測(cè)量線路存在感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流，對(duì)測(cè)試過(guò)程形成干擾，嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種輸電線路工頻序參數(shù)仿真計(jì)算方法，本發(fā)明為基于ATP-EMTP的輸電線路工頻參數(shù)仿真計(jì)算方法，主要提供了輸電線路工頻序參數(shù)的仿真計(jì)算方法。該方法采取了程序仿真與公式計(jì)算相結(jié)合的方式，比公式精確計(jì)算高效便捷，比近似估算精確，同時(shí)又可為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)提供測(cè)試校驗(yàn)。從而為繼電保護(hù)整定計(jì)算、潮流計(jì)算、故障測(cè)距、短路電流計(jì)算、網(wǎng)損計(jì)算以及選擇電力系統(tǒng)運(yùn)行方式等提供可靠的輸電線路工頻參數(shù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種輸電線路工頻序參數(shù)仿真計(jì)算方法，包括以下步驟：

獲取輸電線路、地線、輸電桿塔的基本參數(shù)及輸電線路沿線的土壤電阻率，并將上述參數(shù)傳輸至ATP-EMTP仿真系統(tǒng)；

搭建ATP-EMTP仿真模型；

輸電線路參數(shù)設(shè)置：根據(jù)獲取輸電線路、地線及輸電桿塔的基本參數(shù)、輸電線路沿線的土壤電阻率設(shè)置ATP-EMTP仿真系統(tǒng)中的輸電線路模塊的相關(guān)參數(shù)；

對(duì)待計(jì)算輸電線路施加源；

輸電線路工頻序參數(shù)的計(jì)算：根據(jù)仿真探測(cè)到的電壓、電流相量計(jì)算正序開(kāi)路、短路阻抗并根據(jù)正序開(kāi)路、短路阻抗計(jì)算正序阻抗與正序電容；根據(jù)仿真探測(cè)到的電壓、電流相量計(jì)算零序開(kāi)路、短路阻抗并根據(jù)零序開(kāi)路、短路阻抗計(jì)算零序阻抗及零序電容。

進(jìn)一步的，搭建ATP-EMTP仿真模型時(shí)，根據(jù)輸電線路沿線土壤電阻率、輸電線路架設(shè)方式、輸電線路相序、地線型號(hào)及架設(shè)方式四個(gè)因素確定輸電線路模型分段點(diǎn)，四個(gè)因素為與的關(guān)系，若四個(gè)因素同時(shí)一致，則在一個(gè)設(shè)計(jì)段中；

輸電線路模型搭建：對(duì)短距離輸電線路可選擇ATP-EMTP仿真系統(tǒng)中的集中參數(shù)模型，對(duì)長(zhǎng)距離輸電線路需選擇ATP-EMTP仿真系統(tǒng)中的分布參數(shù)模型。

進(jìn)一步的，輸電線路參數(shù)設(shè)置時(shí)，設(shè)置的參數(shù)包括ATP-EMTP仿真系統(tǒng)中的輸電線路模塊中的Model模塊及data模塊的參數(shù)；

Model模塊中設(shè)置輸電線路類型及對(duì)應(yīng)的特征、設(shè)置土壤電阻率、輸電線路輸送頻率及輸電線路長(zhǎng)度；

data模塊設(shè)置輸電線路相號(hào)、內(nèi)徑、外徑、直流電阻、水平距離Horiz、導(dǎo)線高度Vtower、檔距中央導(dǎo)線高度V_mid、分裂間距、地線保護(hù)角及分裂數(shù)。

進(jìn)一步的，在對(duì)待計(jì)算輸電線路施加源時(shí)，施加源為電壓源。

進(jìn)一步的，輸電線路工頻序參數(shù)計(jì)算時(shí)，在輸電線路終端設(shè)置分相器，將一條三相輸電線路分成三個(gè)單相輸電線路，實(shí)現(xiàn)輸電線路電壓及電流的分相探測(cè)。

進(jìn)一步的，輸電線路電壓及電流在探測(cè)時(shí)，將探測(cè)電流源串聯(lián)接在每個(gè)單相輸電線路中，將探測(cè)電壓源并聯(lián)接在感應(yīng)的每個(gè)單相輸電線路兩端，探測(cè)電流源顯示通過(guò)的電流幅值及角度，探測(cè)電壓源顯示并接線路點(diǎn)的電壓幅值與角度。

進(jìn)一步的，輸電線路工頻序參數(shù)包含正序參數(shù)和零序參數(shù)，正序參數(shù)為正序阻抗、正序電容；零序參數(shù)為零序阻抗、零序電容。

進(jìn)一步的，輸電線路正序參數(shù)仿真計(jì)算時(shí)，步驟如下：

仿真計(jì)算輸電線路正序短路阻抗：將一回輸電線路末端三相短路，在輸電線路首端施加電壓源，探測(cè)該輸電線路首端電壓、首端電流；

仿真計(jì)算輸電線路正序開(kāi)路阻抗：將一回輸電線路末端三相開(kāi)路，在輸電線路首端施加電壓源，探測(cè)該輸電線路首端電壓、首端電流；

正序參數(shù)計(jì)算：根據(jù)仿真探測(cè)到的電壓、電流相量計(jì)算正序短路、開(kāi)路阻抗，根據(jù)正序短路阻抗及正序開(kāi)路阻抗計(jì)算正序阻抗及正序電容。

進(jìn)一步的，輸電線路零序參數(shù)仿真計(jì)算步驟如下：

仿真計(jì)算輸電線路零序短路阻抗：將一回輸電線路末端三相短路并接地，首端三相線路并聯(lián)，在輸電線路首端施加單相電壓源，探測(cè)該輸電線路首端電壓、首端電流；

仿真計(jì)算輸電線路零序開(kāi)路阻抗：將一回輸電線路末端三相開(kāi)路，首端三相線路并聯(lián)，在輸電線路首端單相電壓源，探測(cè)該輸電線路首端電壓、首端電流；

零序參數(shù)計(jì)算：根據(jù)仿真探測(cè)到的電壓、電流相量計(jì)算零序短路、開(kāi)路阻抗，根據(jù)零序短路阻抗及零序開(kāi)路阻抗計(jì)算零序阻抗及零序電容。

進(jìn)一步的，仿真計(jì)算輸電線路零序短路阻抗時(shí)，若有鄰近并行輸電線路，鄰近并行輸電線路開(kāi)路。

進(jìn)一步的，在仿真計(jì)算輸電線路正序短路阻抗時(shí)，若有鄰近并行輸電線路，則鄰近并行輸電線路開(kāi)路。

進(jìn)一步的，檔距中央導(dǎo)線高度V_mid＝導(dǎo)線高度-弧垂。

進(jìn)一步的，若將連續(xù)若干級(jí)桿塔所假設(shè)的導(dǎo)線合并在一個(gè)設(shè)計(jì)段，則平均檔距中央導(dǎo)線高度V_mid′：

V_mid'＝加權(quán)平均導(dǎo)線高度-平均弧垂

加權(quán)平均導(dǎo)線高度—該設(shè)計(jì)段內(nèi)的不同導(dǎo)線高度與其所占的百分比乘積的加和；

平均弧垂—該設(shè)計(jì)段平均檔距對(duì)應(yīng)的弧垂。

進(jìn)一步的，水平距離Horiz在設(shè)置時(shí)，首先選定一個(gè)參考的水平距離，若選定桿塔中線為參考水平距離0點(diǎn)，設(shè)參考坐標(biāo)點(diǎn)左方為負(fù)，右方為正，輸電線路距該參考點(diǎn)的絕對(duì)間距為d；

若輸電線路在桿塔右側(cè)，則Horiz_輸電線路＝d

若輸電線路在桿塔左側(cè)，則：Horiz_輸電線路＝-d。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明研究的輸電線路工頻序參數(shù)的仿真計(jì)算方法，適用于任意輸電線路。

本發(fā)明采取了程序仿真與公式計(jì)算相結(jié)合的方式，比公式精確計(jì)算高效便捷，比近似估算精確，同時(shí)又可為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)提供測(cè)試校驗(yàn)。從而為繼電保護(hù)整定計(jì)算、潮流計(jì)算、故障測(cè)距、短路電流計(jì)算、網(wǎng)損計(jì)算以及選擇電力系統(tǒng)運(yùn)行方式等提供可靠的輸電線路工頻參數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1正序短路阻抗仿真計(jì)算示意圖；

圖2正序開(kāi)路阻抗仿真計(jì)算示意圖；

圖3零序短路阻抗仿真計(jì)算示意圖；

圖4零序開(kāi)路阻抗仿真計(jì)算示意圖；

圖5本發(fā)明的整體數(shù)據(jù)處理流程圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

本發(fā)明的一種輸電線路工頻序參數(shù)仿真計(jì)算方法，整體流程如圖5所示，包括以下步驟：

1、數(shù)據(jù)采集

1)獲取所涉及的輸電線路資料，包括輸電線路型號(hào)、內(nèi)徑、外徑、直流電阻值，分裂數(shù)，分裂間距，弧垂、相序。

2)獲取所涉及的地線資料，包括地線型號(hào)，內(nèi)徑，外徑、直流電阻，弧垂，接地方式、地線保護(hù)角。

3)獲取所涉及的輸電桿塔資料，包括桿塔型號(hào)、呼高、檔距、導(dǎo)線在桿塔懸掛點(diǎn)及參數(shù)。

4)獲取所涉及的土壤電阻率參數(shù)。

2.數(shù)據(jù)分析計(jì)算

將獲取到的上述數(shù)據(jù)根據(jù)下述公式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算：

1)V_mid＝導(dǎo)線高度-弧垂

V_mid—檔距中央導(dǎo)線高度。

2)若將連續(xù)若干級(jí)桿塔所假設(shè)的導(dǎo)線合并在一個(gè)設(shè)計(jì)段，則：

V_mid'＝加權(quán)平均導(dǎo)線高度-平均弧垂

加權(quán)平均導(dǎo)線高度—該設(shè)計(jì)段內(nèi)的不同導(dǎo)線高度與其所占的百分比乘積的加和。

平均弧垂—該設(shè)計(jì)段平均檔距對(duì)應(yīng)的弧垂。

3)在同塔雙回、同塔多回、并行架設(shè)的輸電線路間的距離是影響輸電線路參數(shù)的重要因素。ATP-EMTP軟件中的LCC(輸電線路模塊)中Model中的Horiz參數(shù)設(shè)定同塔雙回、同塔多回、并行架設(shè)線路的距離。首先選定一個(gè)參考的水平距離，若選定任一桿塔中線為參考水平距離0點(diǎn)，輸電線路距該參考點(diǎn)的絕對(duì)間距為d。設(shè)參考坐標(biāo)點(diǎn)左方為負(fù)，右方為正。

若輸電線路在桿塔左側(cè)，則Horiz_輸電線路＝-d

若輸電線路在桿塔右側(cè)，則Horiz_輸電線路＝d

3、ATP-EMTP仿真模型搭建。

1)輸電線路模型設(shè)計(jì)。根據(jù)輸電線路沿線土壤電阻率、輸電線路架設(shè)方式、輸電線路相序、地線型號(hào)及架設(shè)方式四個(gè)因素確定輸電線路模型分段點(diǎn)。四個(gè)因素為與的關(guān)系，若四個(gè)因素同時(shí)一致，則在一個(gè)設(shè)計(jì)段中。

2)搭建輸電線路模型。對(duì)短距離輸電線路可選擇ATP-EMTP中的集中參數(shù)模型，對(duì)長(zhǎng)距離輸電線路需選擇ATP-EMTP中的分布參數(shù)模型，將步驟1)設(shè)計(jì)好的各段輸電線路，在ATP-EMTP中用選擇的輸電線路模型模擬，并根據(jù)輸電線路相序圖將各段輸電線路連接起來(lái)。

3)輸電線路參數(shù)設(shè)置。需設(shè)置的參數(shù)有ATP-EMTP中的LCC(輸電線路模塊)中的Model、data模塊。此部分參數(shù)的設(shè)置根據(jù)上述1資料收集及上述2數(shù)據(jù)分析計(jì)算得到，具體為Model模塊中設(shè)置輸電線路類型及對(duì)應(yīng)的特征，設(shè)置土壤電阻率，輸電線路輸送頻率，輸電線路長(zhǎng)度；data模塊設(shè)置輸電線路相號(hào)，內(nèi)徑，外徑，直流電阻，水平距離Horiz,導(dǎo)線高度V_tower,檔距中央導(dǎo)線高度V_mid，分裂間距，地線保護(hù)角，分裂數(shù)。

4)輸電線路施加信號(hào)源設(shè)置。選擇施加信號(hào)源為電壓源，并設(shè)置該電壓源的幅值、頻率、角度、起止時(shí)間。

5)仿真時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置。打開(kāi)ATP-EMTP中的ATP模塊下的ATP-Settings,設(shè)置仿真步長(zhǎng)deltaT＜1×10^-3，仿真時(shí)間T_max>deltaT。

4.ATP-EMTP計(jì)算調(diào)試

1)運(yùn)行ATP程序，查看各段換位及相序是否準(zhǔn)確，若錯(cuò)誤，逐段核對(duì)LCC(輸電線路模塊)相序，并修正，直到相序全部與設(shè)計(jì)相序一致為止。

2)由于輸電線路每相導(dǎo)線出廠工況、架設(shè)高度、換位方式、沿線環(huán)境等都有所不同，故線路參數(shù)也會(huì)有所不同，仿真計(jì)算中的電壓及電流需分相探測(cè)，故需在輸電線路終端設(shè)置分相器，即選擇Probe&3-phase中的Splitter(3phase)模塊，將一條三相輸電線路分成三個(gè)單相輸電線路。

3)將探測(cè)電流源串聯(lián)接在每個(gè)單相輸電線路中，將探測(cè)電壓源并聯(lián)接在感應(yīng)的每個(gè)單相輸電線路兩端，雙擊探測(cè)電流源設(shè)定探測(cè)電流源顯示的內(nèi)容，選擇Steady-state的curr/Power,選擇Onscreen中的Curr.Ampl,則調(diào)試計(jì)算結(jié)束后該探測(cè)電流源顯示通過(guò)的電流幅值及角度。雙擊探測(cè)電壓源設(shè)定探測(cè)電壓源顯示的內(nèi)容，選擇Steady-state的Voltage,選擇Onscreen中的U,則調(diào)試計(jì)算結(jié)束后該探測(cè)電壓源顯示并接線路點(diǎn)的電壓幅值與角度。

4)安排計(jì)算方式。輸電線路序參數(shù)包含正序參數(shù)和零序參數(shù)。正序參數(shù)為正序阻抗、正序電容；零序參數(shù)為零序阻抗、零序電容。各參數(shù)計(jì)算方式安排如下：

a)輸電線路正序參數(shù)仿真計(jì)算，仿真時(shí)，步驟1，仿真計(jì)算輸電線路正序短路阻抗。將一回輸電線路末端三相短路，在輸電線路首端施加三相頻率為50赫茲的電壓源，探測(cè)該輸電線路首端電壓U_S1、首端電流I_S1。若有鄰近并行輸電線路(同塔雙回或同塔多回)，鄰近并行輸電線路開(kāi)路。仿真圖如圖1所示。步驟2，仿真計(jì)算輸電線路正序開(kāi)路阻抗。將一回輸電線路末端三相開(kāi)路，在輸電線路首端施加三相頻率為50赫茲的電壓源，探測(cè)該輸電線路首端電壓U_O1、首端電流I_O1。仿真圖如圖2所示。步驟3，正序參數(shù)計(jì)算。根據(jù)仿真探測(cè)到的電壓、電流相量計(jì)算正序阻抗。設(shè)正序短路阻抗為Z_S1，則有設(shè)正序開(kāi)路阻抗為Z_O1,則有其中：a＝e^j2π/3。輸電線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗單位長(zhǎng)度的正序?qū)Ъ{為單位長(zhǎng)度的正序電容為其中L為輸電線路長(zhǎng)度，f為頻率，上述數(shù)據(jù)的計(jì)算應(yīng)用Matlab程序軟件寫(xiě)入公式獲得。

b)輸電線路零序參數(shù)仿真計(jì)算，仿真時(shí)，步驟1，仿真計(jì)算輸電線路零序短路阻抗。將一回輸電線路末端三相短路并接地，首端三相線路并聯(lián)，在輸電線路首端施加頻率為50赫茲的單相電壓源，探測(cè)該輸電線路首端電壓U_S0、首端電流I_S0。若有鄰近并行輸電線路(同塔雙回或同塔多回)，鄰近并行輸電線路開(kāi)路。仿真圖如圖3所示。步驟2，仿真計(jì)算輸電線路零序開(kāi)路阻抗。將一回輸電線路末端三相開(kāi)路，首端三相線路并聯(lián)，在輸電線路首端施加頻率為50赫茲的單相電壓源，探測(cè)該輸電線路首端電壓U_O0、首端電流I_O0。仿真圖如圖4所示。步驟3，零序參數(shù)計(jì)算。根據(jù)仿真探測(cè)到的電壓、電流相量計(jì)算零序阻抗。設(shè)零序短路阻抗為Z_S0，則有設(shè)零序開(kāi)路阻抗為Z_O0,則有輸電線路單位長(zhǎng)度的零序阻抗單位長(zhǎng)度的零序?qū)Ъ{為單位長(zhǎng)度的零序電容其中L為輸電線路長(zhǎng)度，f為頻率。上述計(jì)算數(shù)據(jù)采用Matlab軟件寫(xiě)入公式計(jì)算獲得。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。