基于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的超高壓輸電線路參數(shù)修正方法

李 灝 戴 亮 陳 力 龐曉東

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基于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的超高壓輸電線路參數(shù)修正方法

李 灝1戴 亮1陳 力1龐曉東2

（1. 國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050； 2. 國網(wǎng)甘肅省電力公司，蘭州 730050）

隨著我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。線路參數(shù)的準(zhǔn)確性對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定地運行具有重要意義。由于種種原因，某些情況下線路參數(shù)的準(zhǔn)確度難以滿足當(dāng)前各類電力系統(tǒng)分析計算的需要。因此，本文提出了一種基于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的超高壓輸電線路電抗參數(shù)與對地電容參數(shù)修正方法。該方法通過對線路兩端潮流方程的合理簡化，利用線路之間相角的關(guān)系和多個不同時間斷面，對電抗參數(shù)與對地電容參數(shù)進行計算與修正。應(yīng)用實踐表明，該方法簡單有效，可滿足電力系統(tǒng)各種高級應(yīng)用對超高壓線路電抗參數(shù)與對地電容參數(shù)準(zhǔn)確度的需求。

線路參數(shù)；修正方法；智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)

近年來，隨著我國超高壓及特高壓輸電工程的建設(shè)，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)構(gòu)架日益復(fù)雜。作為狀態(tài)估計、潮流計算、靜態(tài)安全分析等電力系統(tǒng)計算的基礎(chǔ)，輸電線路參數(shù)的準(zhǔn)確性顯得尤為重要，對保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。但是，實際使用的參數(shù)值與真實的參數(shù)值之間存在的誤差，會使得狀態(tài)估計等計算結(jié)果存在不合理之處，嚴重者更會使得計算無法收斂。導(dǎo)致參數(shù)的使用值與真實值之間出現(xiàn)誤差的原因主要包括：①輸電線路參數(shù)測量設(shè)備本身的誤差；②部分輸電線路因周圍線路感應(yīng)電壓過大無法實測，只有使用理論值而產(chǎn)生的誤差；③輸電線路因長時間受重力影響而產(chǎn)生的物理形變，以及實際運行時溫度升高產(chǎn)生的參數(shù)變化；④實際天氣情況與地理情況也會對參數(shù)產(chǎn)生一定的影響。

為消除參數(shù)的使用值與真實值之間的誤差，文獻[3-4]提出了基于參數(shù)估計的改進算法，克服了傳統(tǒng)參數(shù)估計方法數(shù)值穩(wěn)定性差、計算速度慢的問題，但需要進行相關(guān)軟件的開發(fā)并與EMS/SCADA系統(tǒng)集成，無法及時滿足工程人員的需要。文獻[5-6]提出了基于PMU實時量測的線路參數(shù)在線估計方法，取得了較為令人滿意的效果，但對沒有部署PMU裝置的線路，則顯得無能為力。文獻[7]提出了基于SCADA實時量測的參數(shù)計算方法，具有一定的實用性，但計算過程較為繁瑣，且參與計算的量測過多，各量測之間的時間一致性難以保證，需要用不同斷面大量重復(fù)計算以保證結(jié)果的正確性。

在超高壓輸電線路中，由于其電抗值遠大于電阻值，加之多數(shù)電力系統(tǒng)計算均采用PQ解耦法進行，-類常數(shù)雅克比矩陣元素常取支路電抗的倒數(shù)[1-2]，因此，輸電線路的電抗值與對地電容值對于系統(tǒng)的有功與無功計算有著重要的意義。本文提出了一種超高壓輸電線路電抗參數(shù)與對地電容參數(shù)的修正方法，通過對線路兩端潮流方程的簡化，根據(jù)多回線路或環(huán)網(wǎng)線路之間的電壓相角關(guān)系，利用量測和參數(shù)無誤的線路，近似計算存疑的線路電抗參數(shù)，根據(jù)線路兩端無功功率的增量，近似計算線路的對地電容參數(shù)。

1 方法理論基礎(chǔ)

輸電線路Π型等效模型如圖1所示。其I側(cè)與J側(cè)的潮流方程分別如下。

圖1 輸電線路Π型等效模型

（2）

（3）

1.1 電抗參數(shù)的修正

對式（1）進行簡化，方程兩側(cè)同時除以vvb，可得

線路兩端相角差較小，有sin≈。若＜＜，則/≈0，式（1）可進一步化簡為

（6）

對于多回線路的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，若懷疑其中一條線路的參數(shù)存在較大誤差，則可使用其他線路的量測與參數(shù)校驗與修正該參數(shù)。由于多回線路兩端母線相同，故有

（8）

對于環(huán)網(wǎng)線路的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，若懷疑其中一條線路的參數(shù)存在較大誤差，則也可使用該方法校驗與修正該線路參數(shù)。對于環(huán)網(wǎng)線路，有∑=0，故有

（10）

在實際應(yīng)用中，對于高級應(yīng)用軟件，需要錄入線路的電抗參數(shù)。由于超高壓線路其電阻值一般遠小于電抗值，所以≈1/，相應(yīng)的式（8）與式（10）變化為

（12）

1.2 對地電容參數(shù)的修正

通過式（2）與式（4）相加，可得

式中，D為線路兩端無功功率的差值?？紤]到cos≈1，式（11）可進一步化簡為

（14）

在實際應(yīng)用中，可通過SCADA系統(tǒng)獲取D與v、v的實時量測值，在保證線路電抗參數(shù)基本正確的前提下，計算得出線路的對地電容參數(shù)c。當(dāng)線路兩端電壓差值較小時，存在v-v的平方項，電抗參數(shù)甚至可以忽略。實際計算公式可進一步簡化為

值得指出的是，實際中某些線路在其一端會加裝無功串聯(lián)補償或并聯(lián)補償裝置。在利用上述方法計算這些線路的對地電容參數(shù)時，要注意線端的無功量測是否包含有無功補償裝置所吸收或發(fā)出的無功，若包含，則應(yīng)減去相應(yīng)裝置的無功值，方能得到正確的計算結(jié)果。

2 智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000）簡介

目前，新一代的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000）在國調(diào)、各網(wǎng)調(diào)及省調(diào)得到廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)包含一體化基礎(chǔ)平臺和實時監(jiān)控與預(yù)警、調(diào)度計劃、安全校核、調(diào)度管理四大類應(yīng)用。四大類應(yīng)用按照安全分區(qū)原則，分布于控制區(qū)、非控制區(qū)和管理信息大區(qū)，主要包含穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、AGC、AVC、網(wǎng)絡(luò)分析、在線安全穩(wěn)定分析、調(diào)度計劃、安全校核、二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析、WAMS、DTS等多個基本應(yīng)用和擴展應(yīng)用。

海量數(shù)據(jù)存儲是D5000系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)控功能的主要特點之一。為了實現(xiàn)對各類調(diào)度數(shù)據(jù)的分鐘級、秒級采樣，D5000系統(tǒng)在硬件上配備了2臺TB級磁盤陣列，以滿足其需求。通過在D5000系統(tǒng)中使用采樣定義程序，可以為需要的遙測點定義采樣周期。再通過D5000的歷史數(shù)據(jù)瀏覽與數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，可方便地利用本文所述方法計算出相應(yīng)的線路參數(shù)。

采樣定義與數(shù)據(jù)瀏覽界面分別如圖2、圖3所示。

圖2 D5000系統(tǒng)采樣定義界面

圖3 D5000系統(tǒng)數(shù)據(jù)瀏覽界面

3 算法應(yīng)用實例

為了驗證本文提出算法在實際工程中的具體應(yīng)用，下面將分別給出基于多回線路結(jié)構(gòu)的電抗參數(shù)計算、環(huán)網(wǎng)線路的電抗參數(shù)計算和對地電容參數(shù)計算的應(yīng)用實例。

3.1 多回線路電抗參數(shù)計算

某發(fā)電廠至某變電站之間存在雙回線路。狀態(tài)估計計算結(jié)果顯示，該雙回線路的有功估計值與量測值之間存在較大的殘差。在通過計算發(fā)電廠與變電站的母線有功不平衡量、主變有功不平衡量與線路有功不平衡量之后，排除了因量測有誤引發(fā)的有功殘差過大，重點懷疑線路電抗參數(shù)存在較大的誤差。該雙回線路估計值/量測值對比結(jié)果如圖4所示，見表1。

圖4 修正前估計值/量測值對比

表1 雙回線路原電抗參數(shù)

經(jīng)過核實，發(fā)現(xiàn)該雙回線路所使用參數(shù)一條（Ⅰ線）為經(jīng)過現(xiàn)場測試的實測值，另一條線路（Ⅱ線）尚未實測，故使用基于線路材料和長度的理論值?，F(xiàn)懷疑Ⅱ線所使用的理論值與真實值之間相差較大，故使用本文討論的方法，利用式（11），通過Ⅰ線電抗參數(shù)及相關(guān)量測來計算Ⅱ線的電抗參數(shù)。通過D5000系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)記錄取某日6組同一時刻量測數(shù)據(jù)，計算Ⅱ電抗參數(shù)，并取其均值錄入D5000系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。相應(yīng)數(shù)據(jù)與計算結(jié)果詳見表2。

表2 雙回線路電抗參數(shù)的修正結(jié)果

將通過計算的得到的電抗參數(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)后，估計值與量測值之間的殘差過大問題得到了較為明顯的解決。估計值/量測值結(jié)果對比如圖5所示，修改后參數(shù)見表3。

圖5 修正后估計值/量測值對比

表3 雙回線路修正后電抗參數(shù)

3.2 環(huán)網(wǎng)線路電抗參數(shù)計算

海石灣、新莊、炳靈3個變電站構(gòu)成一個三角環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。三站之間通過單回線路連接。狀態(tài)估計計算結(jié)果顯示，三條線路有功估計值與量測值之間存在或大或小的殘差。相應(yīng)估計值/量測值對比結(jié)果如圖6所示，相關(guān)參數(shù)見表4。

圖6 環(huán)網(wǎng)線路修正前估計值/量測值對比

表4 環(huán)網(wǎng)線路修正前電抗參數(shù)

炳海線投運于20世紀(jì)80年代末期，投運時未對線路參數(shù)進行實測。后因鄰近線路產(chǎn)生感應(yīng)電壓過大，在線路檢修時也無法進行參數(shù)實測工作，故該線路各參數(shù)一直采用理論值。與多回線路電抗參數(shù)計算方法類似，利用式（12），通過D5000系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)記錄取某日6組同一時刻量測數(shù)據(jù)，計算炳海線電抗參數(shù)，相應(yīng)數(shù)據(jù)與計算結(jié)果詳見表5。修改后估計值/量測值結(jié)果對比如圖7所示，相關(guān)參數(shù)見表6。

表5 環(huán)網(wǎng)線路電抗參數(shù)的修正結(jié)果

圖7 環(huán)網(wǎng)線路修正后估計值/量測值對比

表6 環(huán)網(wǎng)線路修正后電抗參數(shù)

實際工作中，有時會出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)多條線路同時使用理論值的情況。若此環(huán)網(wǎng)線路出現(xiàn)估計值與量測值之間存在較大殘差的現(xiàn)象，則很難明確到底是哪條線路參數(shù)需要修正。此時，可利用式（12），對每條線路參數(shù)進行計算。再將計算結(jié)果與目前所用參數(shù)進行比對，相差最大者即為需要修正參數(shù)的線路。除此之外，還可通過調(diào)度員潮流計算結(jié)果來明確需要修正參數(shù)的線路。若某條線路運行/檢修前后的潮流分布結(jié)果與調(diào)度員潮流模擬操作結(jié)果相差較大，則一般可認為該線路參數(shù)需要修正。

3.3 對地電容參數(shù)計算

開臨二線在投運時由于周圍臨近線路感應(yīng)電壓過大，所以無法對其對地電容參數(shù)進行實測。在使用理論值后，發(fā)現(xiàn)其無功估計值與量測值之間存在較大殘差。相關(guān)參數(shù)及修改前估計值/量測值對比如圖8所示，相關(guān)參數(shù)見表7。

圖8 修正前估計值/量測值對比

表7 修正前對地電容參數(shù)

利用式（13），通過D5000系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)記錄取某日6組同一時刻量測數(shù)據(jù)，計算該線路對地電容參數(shù)，相應(yīng)數(shù)據(jù)與計算結(jié)果詳見表8。將計算出的有名值折為標(biāo)幺值錄入系統(tǒng)（B=363kV,B= 1MW），修改后參數(shù)見表9，修改后估計值/量測值對比結(jié)果如圖9所示。

表8 對地電容參數(shù)的修正結(jié)果

圖9 修正后估計值/量測值對比

表9 修正后對地電容參數(shù)

4 方法使用要點

本方法在利用線路兩端潮流方程計算線路電抗參數(shù)、對地電容參數(shù)時，利用≈1/對公式進行了簡化。大量工程實踐表明，當(dāng)與之比大于5時，該方法計算結(jié)果一般較為合理。若在實際應(yīng)用中與之比小于5，則需要考慮公式化簡對計算結(jié)果造成的誤差影響。

由于本方法的實質(zhì)是利用量測計算線路參數(shù)，因此，量測數(shù)據(jù)的正確性對計算結(jié)果具有重要的意義。在使用本法進行計算時，應(yīng)首先通過母線等元件的功率平衡約束來判斷使用的量測中是否具有壞數(shù)據(jù)。若相應(yīng)廠站的某一斷面母線等元件不平衡量較大，則應(yīng)放棄使用該斷面。

在實際應(yīng)用中，在保證量測數(shù)據(jù)正確的前提下，可適當(dāng)增加相應(yīng)參與計算的斷面數(shù)量，特別是冬小、冬大、夏小、夏大四種電網(wǎng)典型運行方式下的斷面數(shù)據(jù)，由此計算所得的線路參數(shù)也更加準(zhǔn)確。

5 結(jié)論

本文從工程實際應(yīng)用角度出發(fā)，通過對線路兩端潮流方程的簡化，針對多回線路與環(huán)網(wǎng)兩種常見電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，利用智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)存儲功能，提出了超高壓輸電線路電抗參數(shù)和對地電容參數(shù)的修正方法，并給出了3個應(yīng)用實例。應(yīng)用實踐表明，該方法簡單有效，可滿足電力系統(tǒng)各種高級應(yīng)用對超高壓線路電抗參數(shù)和對地電容參數(shù)準(zhǔn)確度的需求。

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The Correction Method for Ultra High Voltage Transmission Line Parameters based on Smart Grid Dispatching and Control System

Li Hao1Dai Liang1Chen Li1Pang Xiaodong2

(1. Gansu Electric Power Corporation Electric Power Research Institute, Lanzhou 730050; 2. Gansu Electric Power Corporation, Lanzhou 730050)

With the continuous expansion of the scale, the power grid structure is increasingly complex. So, the accuracy of the Transmission line parameters have great significance to ensure the safe and stable operation of power grid. But for a variety of reasons, the accuracy of the transmission line parameters is difficult to meet the needs of all kinds of power system analysis and calculation in some cases. This paper propose a correction method for ultra high voltage transmission line parameters based on smart grid dispatching and control system. The method simplifies the power flow equation of the two ends of the transmission line, by using the relationship between the transmission line phase and multiple different time sections, calculating and correcting the reactance parameter and ground capacitance parameter of transmission line. Application practice shows that this method is simple and effective, meeting the requirement of power system analysis and calculation on the accuracy of transmission line parameters.

transmission line parameters; correction method; smart grid dispatching and control system

李 灝（1984-），男，甘肅蘭州人，碩士，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)自動化。