特高壓交流電力線路仿真模型的創(chuàng)建

王語園 惠亮亮 王江彬

摘? ?要：特高壓電力線路運行特性不同于一般高壓電力線路，進(jìn)行特高壓交流電力線路特性研究需要創(chuàng)建電力線路仿真模型。文章以均勻傳輸線理論為基礎(chǔ)，對特高壓電力線路4個參數(shù)進(jìn)行分析，得出特高壓交流電力線路單位長度電導(dǎo)G0表達(dá)式，推導(dǎo)得出特高壓交流電力線路考慮分布參數(shù)特性的數(shù)學(xué)模型，并在Matlab仿真軟件平臺創(chuàng)建仿真模型，為特高壓長距離電力線路運行特性研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：特高壓;交流輸電;參數(shù)計算;仿真模型

特高壓電力線路可以有效提高輸電能力，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離大功率輸電，同時可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)互聯(lián)。特高壓電力線路和一般高壓電力線路不同，深入研究特高壓電力線路運行時狀態(tài)，可以為特高壓電力線路設(shè)計建設(shè)及運行檢修提供理論基礎(chǔ)。而研究特高壓交流電力線路運行狀態(tài)首先需要建立特高壓交流電力線路仿真模型。

1? ? 電路模型參數(shù)計算

特高壓交流輸電線路電阻R0、電納B0、電抗XL0等參數(shù)，劉振亞等[1-2]進(jìn)行計算，計算方法成熟。在電壓等級不高的高壓、超高壓電力線路中忽略電暈現(xiàn)象對分析討論影響不大，然而在特高壓電力線路中電暈現(xiàn)象影響較大不能忽略。推導(dǎo)單位長度特高壓電力線路分裂輸電線電導(dǎo)G0，電暈現(xiàn)象引起的損耗是一定要考慮的因素。目前電暈現(xiàn)象引起的損耗計算還不成熟，以下采用實驗數(shù)值法進(jìn)行計算，得出G0的表達(dá)式。推導(dǎo)過程如下：

（1）由陳維賢[2]的研究可知導(dǎo)線表面最大場強Em為：

（1）

Q=U/l （2）

式中，Qi為等效輸電線所帶電荷;N為分裂導(dǎo)線數(shù);R為分裂圓半徑;r'為分裂導(dǎo)線半徑;r為電線半徑;ε0為介電常數(shù);Q為列向量，是電力線路上各導(dǎo)線的等效電荷;U為列向量，是電力線路對地電壓;l為n階矩陣。

（2）電暈損耗計算。由杜斌祥等[3-5]可知單位長度特高壓電力線路電暈現(xiàn)象引起的損耗計算式子如下：

（3）

式中，Pf是天氣晴朗時電力線路單位長度電暈損耗;Pr是下雨及大霧天氣時電力線路單位長度電暈損耗;Req是電力線路等效半徑;Ps為下雪天氣時單位長度電力線路電暈損耗。

（3）特高壓交流輸電線路單位長度電導(dǎo)G0?？紤]特高壓交流輸電線路運行環(huán)境，主要是晴天、下雨、下雪天氣平均比例，可以得到一年中線路運行平均電暈損耗ΔPc，進(jìn)而可以得出分裂導(dǎo)線單位長度電導(dǎo)G0：

（4）

（5）

式中，U為線電壓，ΔPc為平均電暈損耗值，n1為當(dāng)?shù)厍缣斓钠骄鞌?shù)，n2為當(dāng)?shù)赜晏旒办F天平均天數(shù)，n3為當(dāng)?shù)匮┨炱骄鞌?shù)。

2? ? 特高壓交流輸電線路單位長度電路模型

交流輸電線路通常采用三相對稱布置的輸電方式，為分析特高壓交流輸電線路運行特性，將三相交流線路等效為單相電路來考慮。

通過分析可以得出等值電路對應(yīng)的方程，如式（6）所示，是分析特高壓交流輸電線路運行時沿線路電流、電壓分布參數(shù)特性的依據(jù)：

（6）

3? ? 輸電線路仿真模型的建立

3.1? 輸電線路等效模型的參數(shù)

特高壓交流輸電線路等效模型如圖1所示。特高壓交流輸電線路首端電壓電流為·U1，·I1，末端為·U2，·I2，輸電線路導(dǎo)線電阻為R，電導(dǎo)為G，電抗為XL，電納為B，阻抗為Z，Z=R+jXL，導(dǎo)納為Y，Y=G+jB。

特性阻抗為：

（7）

通過計算推導(dǎo)可知特高壓交流輸電線路等效模型參數(shù)計算式子如下：

（8）

3.2? 輸電線路仿真模型建立

仿真模型利用Matlab/ SimPower Systems平臺建立，特高壓交流電力線路仿真模型參數(shù)以式（6）為基礎(chǔ)，結(jié)合式（8）來編寫仿真平臺M文件程序。然后將生成的特高壓交流電力線路仿真模塊進(jìn)行封裝，封裝好的仿真模塊符合輸電線路運行實際，使用和Matlab仿真模塊中自帶封裝模塊相同，在用戶使用時直接調(diào)用即可。為便于使用，針對創(chuàng)建的特高壓交流電力線路仿真模塊建立對話窗，使用者可以通過對話窗輸入實際導(dǎo)線各種參數(shù)，對不同的電力輸電線路只需修改參數(shù)即可，不再需要修改原程序，方便運行線路特性分析。完成封裝的特高壓交流電力線路仿真模型如圖2所示。

針對圖2仿真模型建立特高壓交流輸電線路仿真模型對話窗口。在開展實際電力線路運行狀態(tài)分析時，鼠標(biāo)左鍵雙擊模塊，對話框就會自動彈出，根據(jù)分析的電力線路實際參數(shù)輸入到對應(yīng)的對話窗中即可。需要輸入的參數(shù)有頻率f，單位長度輸電線路的電容C0、電阻R0、電導(dǎo)G0、電感L0，輸電線路長度l。

4? ? 結(jié)語

以均勻傳輸線理論為依據(jù)，創(chuàng)建了特高壓電力線路涉及分布參數(shù)影響的數(shù)學(xué)模型，對分布參數(shù)進(jìn)行分析，推導(dǎo)得出電力線路單位長度電導(dǎo)G0表達(dá)式，進(jìn)而得出電力線路詳細(xì)考慮分布參數(shù)影響的數(shù)學(xué)模型，并在Matlab軟件平臺建立了仿真模型，并對仿真模型設(shè)置了對話窗。此仿真模型可以便于特高壓交流電力線路運行狀態(tài)分析計算，為進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉振亞.特高壓電網(wǎng)[M].北京：中國經(jīng)濟出版社，2005.

[2]陳維賢，陳禾.并聯(lián)電抗器的可控調(diào)節(jié)[J].高電壓技術(shù)，2000（5）：11-15.

[3]杜斌祥，張友鵬，田銘興，等.特高壓可控并聯(lián)電抗器補償度的研究[J].高壓電器，2010（11）：5-8.

[4]王田戈，田銘興，龔巖.變壓器式可控電抗器的損耗與溫升計算[J].電力電容器與無功補償，2018（2）：64-71.

[5]柳軼彬.變壓器式可控電抗器的調(diào)節(jié)模式及其控制策略研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2015.

Establishment of simulation model for UHV AC transmission line

Wang Yuyuan1， Hui Liangliang1， Wang Jiangbin2

（1.Shaanxi Railway Institute， Weinan 714000， China; 2.Xian Jiaotong University， Xian 710049， China）

Abstract：The operation characteristics of UHV transmission lines are different from those of ordinary high-voltage lines. The simulation model of UHV AC transmission lines is established to study the characteristics of UHV AC transmission lines. This paper based on the theory of uniform transmission line， this paper analyzes four parameters of UHV transmission line， obtains the expression of unit length conductivity of UHV AC transmission line， deduces the mathematical model of UHV AC transmission line considering the characteristics of distribution parameters， and establishes the simulation model in Matlab simulation platform， which lays the foundation for the study of UHV AC transmission line operation characteristics.

Key words：ultra-high voltage; AC transmission; parameter calculation; simulation model