阅读说明：本技术 一种用于抑制空载长线路过电压的负荷量计算方法 (Load calculation method for suppressing no-load long line overvoltage ) 是由 刘志坚 王雁红 余进 徐慧 晏永飞 周于尧 王一妃 余莎 李鹏程 赵浩益 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于抑制空载长线路过电压的负荷量计算方法,属于高电压电网技术领域。本发明首先搭建仿真模型,进行高压输电线路空充实验；根据输电线路电容效应导致的末端电压升高值获得所需求解的有功负荷、无功负荷。本发明能够使调度人员根据想要的输电线路工频过电压来计算出负荷量,而线路末端带适量负荷合闸可使得操作过电压、工频过电压幅值在合理范围内,波动小,且有利于消减毛刺现象,对骨干网架黑启动方案的制定、校验、电压波形的识别及黑启动过程中的过电压的预测具有较高参考价值。(The invention discloses a load quantity calculation method for restraining overvoltage of a no-load long line, and belongs to the technical field of high-voltage power grids. Firstly, building a simulation model, and carrying out a high-voltage transmission line empty charge experiment; and obtaining the active load and the reactive load to be solved according to the terminal voltage increase value caused by the capacitance effect of the power transmission line. The invention can enable a dispatcher to calculate the load according to the desired power frequency overvoltage of the power transmission line, and the tail end of the line is provided with a proper amount of load for switching on, so that the amplitude of the operation overvoltage and the power frequency overvoltage are in a reasonable range, the fluctuation is small, the burr phenomenon is reduced, and the invention has higher reference value for formulation and verification of a backbone network frame black start scheme, identification of voltage waveform and prediction of overvoltage in the black start process.)

一种用于抑制空载长线路过电压的负荷量计算方法

技术领域

本发明涉及一种用于抑制空载长线路过电压的负荷量计算方法，属于高电压电网技术领域。

背景技术

电力系统发生大面积停电不仅会给停电地区带来重大经济损失，更重要的是事故后不能保障人民生活秩序。由国家的《电力系统安全稳定控制技术导则》规定，各电力公司结合自身实际系统制定适合的恢复方案(包括黑启动方案)，为大区域停电事故后提供行之有效的指导准则，减少该区域的损失和及时为重要负荷供电。黑启动初期构建的系统是个薄弱的的电网结构，如果出现任何越限的波动都可能会导致整个黑启动的不成功，造成更大的损失。所以细致的校验过程对于一个安全，有效的黑启动方案是十分重要的。输电线路的尾端，如果电压幅值过大时设备可能会被击穿而误动作，造成系统黑启动的恢复不成功，造成重大经济损失。所以黑启动路径恢复一定要重视线路末端操作过电压、工频过电压的校验。为了限制长线路的工频过电压，在超、特高压系统中，目前通常采用并联电抗器补偿线路电容电流，消弱线路的电容效应。同时，现阶段的各种方法对以小容量水电站为主的供能系统并不适用，并且没有提到带多少负荷才能有效抑制过电压现象。

发明内容

本发明提供一种用于抑制空载长线路过电压的负荷量计算方法，以用于获得负荷量有效地用于抑制空载长线路的过电压。

本发明的技术方案是：一种用于抑制空载长线路过电压的负荷量计算方法，所述方法步骤如下：

S1、搭建仿真模型，进行高压输电线路空充实验；模型包含的主要模块有：三相恒定电压源、三相变压器、三相分布参数线路、三相电压电流测量模块、三相断路器及示波器；

S2、计算空充线路的ΔU：

ΔU＝(P₂′R+Q₂′X)/U₁

式中：ΔU为输电线路电容效应导致的末端电压升高值；P₂′＝0.5×G×U₂ ²，Q₂′＝-0.5×B×U₂ ²，U₁为线路首端电压，U₂为线路末端电压，G为线路电导，B为线路电纳，R为线路电阻，X为线路电抗；

Step3、计算P_L、Q_L：

式中：U_x为预设的线路末端电压，P_L为所需求解的有功负荷，Q_L为所需求解的无功负荷，P_L＝aQ_L，a为系数。

所述高压指220kV、110kV电压等级。

所述R＝r₁l、X＝x₁l、G＝g₁l、B＝b₁l；其中，r₁为线路单位长度的电阻，x₁为线路单位长度的电抗，g₁为线路单位长度的电导，b₁为线路单位长度的电纳。

本发明的有益效果是：本发明能够使调度人员根据想要的输电线路工频过电压来计算出负荷量，而线路末端带适量负荷合闸可使得操作过电压、工频过电压幅值在合理范围内，波动小，且有利于消减毛刺现象，对骨干网架黑启动方案的制定、校验、电压波形的识别及黑启动过程中的过电压的预测具有较高参考价值。

附图说明

图1为无负荷情况下输电线路末端电压仿真图；

图2为带负荷合闸后线路末端电压仿真图；

图3为合闸后带负荷对过电压的影响；

图4为110kV操作过电压对比；

图5为110kV工频过电压对比；

图6为220kV操作过电压对比；

图7为220kV工频过电压对比；

图8为本发明流程图。

具体实施方式

实施例1：如图1-图8所示，一种用于抑制空载长线路过电压的负荷量计算方法，所述方法步骤如下：

S1、搭建仿真模型，进行高压输电线路空充实验；模型包含的主要模块有：三相恒定电压源、三相变压器、三相分布参数线路、三相电压电流测量模块、三相断路器及示波器；

S2、计算空充线路的ΔU：

ΔU＝(P₂′R+Q₂′X)/U₁

式中：ΔU为输电线路电容效应导致的末端电压升高值；P₂′＝0.5×G×U₂ ²，Q₂′＝-0.5×B×U₂ ²，U₁为线路首端电压，U₂为线路末端电压，G为线路电导，B为线路电纳，R为线路电阻，X为线路电抗；

Step3、计算P_L、Q_L：

式中：U_x为预设的线路末端电压，P_L为所需求解的有功负荷，Q_L为所需求解的无功负荷，P_L＝aQ_L，a为系数。

进一步地，可以设置所述高压指220kV、110kV电压等级。

进一步地，可以设置所述R＝r₁l、X＝x₁l、G＝g₁l、B＝b₁l；其中，r₁为线路单位长度的电阻，x₁为线路单位长度的电抗，g₁为线路单位长度的电导，b₁为线路单位长度的电纳。

将获得的有功负荷、无功负荷带入模型，可以验证出负荷量可以很好的抑制输电线路空载合闸时的过电压幅值。

实施例2：结合具体实例对本发明一种用于抑制空载长线路过电压的负荷量计算方法进行详细的介绍：

A、电力系统建模与仿真

研究骨干网架恢复供电路径时线路末端工频过电压和操作过电压幅值的影响因素。接着利用软件MATLAB/Simulink下进行模型构建，仿真结构包含的主要模块主要有：三相恒定电压源、三相变压器、三相分布参数线路、三相电压电流测量模块、三相断路器及示波器。根据建模原理，针对工频过电压、操作过电压及影响过电压的几个主要因素(线路长度和电源容量、非同期合闸过电压、合闸时电源电压的相位角)建立了220kV、110kV电压等级线路空充实验。

B、输电线路的过电压特性

本申请针对各电压等级线路进行空充实验，研究轻载合闸及空充后投入适量负荷对线路末端电压幅值的影响。在一个合格的黑启动方案中，在进行线路恢复是不允许出现操作过电压或者是工频过电压及电压突变的情况；如220kV电压等级下型号、长度分别为LGJQ-400、250km的输电线路，不带负荷合闸时的仿真波形如图1所示(横坐标为时间，纵坐标为三相电压)。该情况下，线路末端所测得的操作过电压幅值为532.91kV，小于限定值660kV；工频过电压幅值为322.72kV，大于限定值308kV，若要选择该条线路作为恢复路线，必须采取补偿措施，以限制工频过电压。

计算出当线路型号为LGJQ-400的线路在250km时，所需要的负荷量为P_L＝0.4046MW、Q_L＝0.1618Mvar(本申请所用的线路型号为LGJQ-400的线路r₁＝0.07875(Ω/km)，x₁＝0.405(Ω/km)，b₁＝2.815*10^-6(Ω/km)，g₁＝0(由于泄漏通常很小，在设计线路时，就已检验了所选导线的半径能否满足晴朗天气不发生电晕的要求，因此设g₁＝0)，a＝2.5)。带入P_L、Q_L后得仿真结果如图2所示，在带入适量的负荷后，此时操作过电压幅值为286.45kV，相对不带负荷合闸的操作过电压幅值降低了246.46kV。工频过电压幅值为226.40kV，相对不带负荷合闸的工频过电压幅值降低了96.32kV，接近输电线路首端电压值。由图1、图2对比可以看出带负荷合闸后电压有所降低，且波形变得更平稳，毛刺明显减少。

图3，不同于图2中一开始就加入负荷，而是在0.0s在对线路空充后，输电线路末端工频过电压为279.72kV，0.3秒投入合适负荷后(P_L＝0.4046MW、Q_L＝0.1618Mvar)，电压恢复到226.54kV。可以看出计算出的负荷量能使得输电线路电压值在额定范围附近。

在220kV、110kV电压等级下进行仿真分析，基于本申请提出的方法计算了不同长度下线路所带负荷量，图4、图5为110kV等级下，针对型号为LGJQ-400的输电线路分别在长度为400km到900km之间进行仿真所得的过电压对比仿真图。

由图4可以看出(横坐标为线路长路，纵坐标为：Operating overvoltage withoutload表示不带负荷时的操作过电压，Operating overvoltage with appropriate load表示带适量负荷后的操作过电压，Limit value表示限定值，Power frequency overvoltagewithout load表示不带负荷时的工频过电压，Rated voltage value表示额定值)，在没有补偿措施的情况下，操作过电压随着线路长度的增加而增加，且该线路在达到800km左右后，操作过电压值高出了限定值(330kV)。在带适量负荷后，操作过电压值稳定在150kV至200kV之间，随着线路增长，操作过电压变化趋势趋于平稳。可见采用本申请提出的方法计算出的负荷量可以有效抑制空充时的操作过电压。

由图5可以看出，在没有补偿措施的情况下，工频过电压也是随着线路长度的增加而增加，且该线路在达到600km左右后，工频过电压值高出了限定值(154kV)。在带适量负荷后，操作过电压值稳定在95kV至115kV之间，随着线路增长，操作过电压变化趋势趋于平稳。可见采用本申请提出的方法计算出的负荷量可以有效抑制空充时的工频过电压。

由图6、图7可以看出，在220kV等级下，用本申请方法计算而得的负荷量仍可以有效限制空充输电线路时所发生的操作过电压及工频过电压。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。