基于环型电网的输电线路相序排列方法研究-高岩.pdf

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1、第45卷第14期 电力系统保护与控制 V0145 No14兰Q!生!旦!垒旦 121竺!Z!翌旦翌塑!i2璺竺垒竺2旦塑! !竺!：!鱼：兰Q!DOI：107667PSPCI61074基于环型电网的输电线路相序排列方法研究高岩12，尹建华3，陈晓科4，赵进全1，王雪敏1(1西安交通大学，陕西西安710049；2西北勘测设计研究院，陕西西安71006 5；3南方电网科学研究院，广东广州510080；4广东电网公司电力科学研究院，广东广州51 0080)摘要：同塔多回输电线路之间存在着复杂的电磁耦合关系，当其合环后，各段线路本身的不平衡相互叠加，加剧了环型电网的三相不平衡性。为了减小环型电网的三相

2、不平衡性，结合线路相序排列方式进行研究。通过分析环型电网中的线路电流与线路阻抗之间的关系，提出了环型电网中各段线路采用同一相序排列方式，能够大幅度降低环型电网中的线路不平衡度。通过对双回线路组成的环型电网进行PSCADEMTDC建模分析，并对不同相序排列下的不平衡度进行对比。结果证明了两回线路均采用同相序或逆相序排列时，线路不平衡度较小，为环型电网的最优相序排列提供了理论依据。关键词：同塔双回输电线路；环型电网；三相不平衡；相序排列；PSCADEMTDCResearch of phase sequence arrangement of transmisson lines in the loop

3、 networkGAO Yanl一，YIN Jianhua3，CHEN Xiaoke4，ZHAO Jinquanl，WANG Xuemin 1(1SchoolofElectricalEngineering，Xiall JiaotongUniversity,Xian 710049，China；2NorthwestEngineeringCorporationLimited，Xian 7 1 0065，China；3Electrical Power Research Institute，CSG Guangzhou 5 1 0080，China；4ElectricalPowerResearchInst

4、itute ofGuangdongPowerGridCorporation，Guangzhou510080，China)Abstract：The complex electromagnetic coupling between transmission lines exists in multi-circuit transmission line onthe sarne towerWhen the radial network forms loop network，the imbalance of each part of transmission lines will besuperimpo

5、sed，which will aggravate the problem of three-phase imbalance of loop networkIn order to decrease thethree-phase imbalance of transmission lines，this paper analyzes the relation between current and impedance oftransmission lines in loop network under different phase sequence arrangements，and it also

6、 proposes that ifeach part of itapplies the same phase sequence arrangement,the unbalanced degree of transmission lines in loop network Can be greatlyreducedThrough analyzing the model of loop network consists of doublecircuit transmission lines by PSCADEMTDC，and comparing the unbalanced degree unde

7、r different phase sequence arrangements，the results V耐矽that if both of thetransmission lines use the same phase sequence arrangement or inverse phase sequence arrangement，the imbalancedegree of transmission lines is smaller,which provides theoretical basis to the optimal phase sequence arrangement o

8、floop networkKey words：double-circuit transmission line on the same tower；looped network；three-phase imbalance；phase sequencearrangement；PSCADEMTDC0引言环型电网作为电力系统的一种输电方式，具有供电可靠和电压质量高的优点。环型电网内同塔多回输电线路进行均匀换位在理论上可以消除线路不平衡，但是所需要的换位杆塔数量多、经济成本高：线路换位会使其在机械和电气上的强度降低，导致线路发生故斟1。61。故同塔多回输电线路一般不进行换位，这必将导致线路参数的不对称

9、性。由于线路参数不对称而产生的线路不平衡电流除了增大电网损耗和导致继电保护装置的误动作外，还可能引起发电机跳闸或阻止发电机并网运行而造成大面积停电【71 01。因此研究如何减小线路三相不平衡性对电网安全稳定运行有着至关重要的意义。针对辐射网的三相不平衡问题，国内外科研人员做了大量研究，提出了通过改变线路相序排列方万方数据高岩，等 基于环型电网的输电线路相序排列方法研究 一93式减小三相不平衡电流，降低线路不平衡度的方法【11。13J。然而，由于环型电网中的三相不平衡电流相互叠加，使得三相不平衡度问题更为突出，分析也异常困难，目前针对同塔多回环型电网的三相不平衡问题的研究仍在进行之中。本文针对环

10、型电网各节点间的线路相序排列方式进行了研究。通过建立环型电网等效电路模型，研究各段线路上的电流与线路阻抗、注入电流之间的关系，得出了线路电流不平衡度与相序排列方式的关系，通过PSCADEMTDC建模仿真，并对环型电网各段线路的静电不平衡度、穿越不平衡度和环流不平衡度进行分析，筛选出环型电网不平衡度较小的相序排列方式，为减小线路三相不平衡提供了理论依据。1 线路不平衡度输电线路的不平衡度包括静电不平衡度、穿越不平衡度和环流不平衡度14-18】。零序、负序静电不平衡度为式中，厶，厶，为第f回输电线路的零序、负序和正序电流；do，吐，为第f回输电线路的零序静电不平衡度和负序静电不平衡度。零序、负序穿

11、越不平衡度为mto 2m12 2零序、负序环流0000OO00式中，m。，m。：为第f回输电线路的零序环流不平衡度和负序环流不平衡度。2 环型电网各段线路电流计算Jb，玎斗图1一节点环型电网Fig1刀node loop network厶一一1一。 互 。J Z2 。、 ， 互 。l。 而 。1 r_、 rZ 磊、 ，z。图2刀节点环式供电网等效图Fig2 Equivalent graph of n node loop network根据基尔霍夫定律，在图2所示的电路中，有z】2+死(厶+厶)+乙(L+厶+)=0I乙。jrb+z(厶+)+五：(厶+L+厶)=0(4)式中：Jra，厶为流经线路L一

12、1、L一以上的电流矩阵；厶，厶，L为节点2、3栉注入电流矩阵；互：，Z：3，Z。(为了方便表达，以下Z。均用Z咖+|1代替)为线路L一1，L一2，L一疗的阻抗矩阵。由式(4)得Ia=一z兰zmIm”12 m=(2，3，刀) (5)月 、 、J。=一型乙Lm=2式中：磊为线路总阻抗矩阵，即毛=乙(。+1)；m=lz2，五，o o，乙为节点1节点m之间的阻抗矩阵，乙=五H乏，乏，乏为节点m节点17之i=2篡篙1篙嚣裴黎銎旱焉霪。入电流保持间的阻抗矩阵，瓦=窆i=m，。在节点 的运行状态和各节点的注入电流保持 ”不变的前提下，将节点1断开，如图2所示。 流经各段线路的电流为叫划引训习=“吐制剖一刊剥

13、制铡一剽铡万方数据94 电力系统保护与控制2 L。+1)=Jra+t m=(2州3一，阿一1) (6)g=2=Ib式中：g为节点1与节点m之间的节点；，。为该节点的注入电流。由式(5)和式(6)可知，流经各段线路的电流不仅受注入电流的影响，而且受线路本身阻抗矩阵的制约。不同的线路相序排列方式下，线路的阻抗矩阵磊，乙，Z也不相同，其与各节点注入的电流共同决定各段线路的不平衡度。3 环型电网各段线路的相序排列方式研究如果环型电网中同时包含同塔多回输电线路和单回输电线路，则需要使用线路参数归一化的方法将各段线路参数矩阵转化到同一维度的基准下，归一化的方法详见文献191。假设环型电网中线路单位长度的阻

14、抗参数相同，各段线路的阻抗矩阵与线路长度的关系为z卅(。+1)2，m(，+1)z m=(1，2，甩) (7)则有摩獬瘩l(qm-O”m薹笺z z：=(，12+，23+ )z=Kz 、7式中：z为单位长度线路阻抗矩阵；：，之，乙。为环型电网各段线路的长度；k为节点 节点1之间mm的线路长度，七：为节点1节点m之间的线路长度，其中m=(2，3，以)。将式(8)代入式(5)有由式(9)得：kLJ”Ia=一旦0m=2KJ。二一一州一用厶=一生2_乙将式(10)代入式(6)，可得流经环型电网各段线路的电流为：=L。 kL ，m _m m mL(。+1)=jra+=一+Ig(11)铲2 乙 驴2m=2L

15、2 L各段线路单位长度阻抗矩阵相同时，即环型电网采用同一的相序排列方式，由式(11)可知，流经线路的电流与环型电网线路的自身阻抗矩阵无关，仅与各节点的注入电流相关，此时可以消除线路阻抗矩阵的影响。为了便于分析注入电流，脚对环形电网电流的影响，假设各节点注入电流L均对称，由式(11)可知，流经各段线路上的电流是对称的，故环型电网各段线路使用同一的相序排列方式，能消除线路三相不平衡。当线路正常运行时，各节点注入的电流不对称度较高，环型电网采用同一的相序排列方式仍能在一定程度上改善三相不平衡问题。4 PSCADEMTDC建模及结果分析本文选取4节点220 kV同塔双回输电线路环型电网为例，使用PSC

16、ADEMTDC建立的系统模型如图3所示。同塔双回线路图3 4节点系统Fig3 4node system图3中，1侧母线电压为220 kV，2、3和4侧的有功负荷180 MW，无功感性负荷26922 Mvar，功率因数0989，负荷的接线方式为星型。m：(2，3，玎) (10) 杆塔参数、导线、地线位置如粤4所需。一77 、7 图4中，输电线路使用贝瑞隆模型，线路型号2xLGJ-63045，分裂间距分别为600 mln，地线型号为LGJ9555，大地电阻率100 Qm，参数如表1所示。m埘刀刀埘，肿足七。械。脚、，_、ZZ乙乙。械。脚万方数据高岩，等 基于环型电网的输电线路相序排列方法研究图4输

17、电杆塔尺寸及导线挂点位置Fig4 Tower size and wire hanging point position表1输电线路导线参数Table 1 Conductor parameter of transmission line table针对环型电网各段线路使用同一相序和不同的相序排列方式进行仿真，以I回线路为参考，II回线路变化，则同塔双回输电线路的相序排列方式共有6种，如表2所示。表2环型电网同一相序排列方式Table 2 Loop network unified phase sequence双回线路 同相 逆相 异相 异相 异相 异相塑壁塑型 壁 壁 壁! 壁! 壁! 壁!I回线

18、路 ABC ABC ABC ABC ABC ABCn回线路 abc cba acb bac bca cab对于表2所示的6种同一相序排列方式，经PSCADEMTDC建模仿真得到：采用异相序时，流入各节点的电流对称度较低；而采用同相序或逆相序时，流入节点的电流对称度较高。故以同相序和逆相序为例进行分析。当环型电网各段线路相序排列方式不同时，相序排列方式繁多，但当采用循环相序时，不平衡度相对较低，故以循环相序为例进行分析，图5是环型电网循环相序排列方式。采用同相序、逆相序和循环相序3种排列方式对线路进行仿真，线路各段的电流静电不平衡度结果如表3、表4所示。由表3和表4可以看出：同相序和逆相序的I、

19、II回线路的静电不平衡度相差不大；循环相序的I、II回线路的零序静电不平衡度平均值相差8302，图5环型电网循环相序排列方式Fig5 Loop network cycle phase sequence表3环型电网各段线路零序静电不平衡度Table 3 Zero sequence unbalance degree of loop network表4环型电网各段线路负序静电不平衡度Table 4 Negative sequence unbalance degree of loop network而负序静电不平衡度平均值相差8667。同相序和逆相序的零序静电不平衡度明显低于循环相序排列下的不平衡度，

20、至少减小7401；同相序和逆相序的负序静电不平衡度仍旧明显低于循环相序的不平衡度，至少减小7556。采用同相序、逆相序和循环相序3种排列方式对线路进行仿真，线路各段的电流穿越不平衡度结果如表5、表6所示。由表5、表6可以看出：同相序和逆相序的零序穿越不平衡度稍低于负序穿越不平衡度；循环相序的零序穿越不平衡度明显低于负序穿越不平衡度，平均值低于8491。万方数据一96一 电力系统保护与控制表5环型电网各段线路零序穿越不平衡度 2 田书，刘芳芳，任晓明基于暂态量的同塔双回线路Table 5 Zero sequence through unbalance degree ofloop network表

21、6环型电网各段线路负序穿越不平衡度Table 6 Negative sequence through unbalancedegree of loop network相同相序排列下与循环相序排列下的零序穿越不平衡度相差不大；而相同相序下的负序穿越不平衡度明显低于循环相序的负序穿越不平衡度，平均值至少减少7775。同相序、逆相序和循环相序的零序、负序环流不平衡度较小，低于静电不平衡度、穿越不平衡度的量级，近似接近于零，对线路的不平衡度影响较小，故不予考虑。5 结论本文主要针对环型电网的三相不平衡问题进行研究，以环型电网各段线路的静电不平衡度、穿越不平衡度和环流不平衡度作为评价指标，对不同相序排列方

22、式下的线路不平衡性进行分析。通过对环型电网等效模型进行理论分析，得出环型电网各段线路的电流与自身阻抗、各节点注入电流的关系，结合线路相序排列方式，提出了环型电网采用同一相序排列的方案，可以显著减小电流不平衡度。通过对220 kV同塔双回输电线路组成的环型电网进行仿真，验证了本文方法的有效性，为研究环型电网的最优相序排列提供了理论依据。参考文献1 孟晓丽，唐巍，刘永梅，等大规模复杂配电网三相不平衡潮流并行计算方法【J】电力系统保护与控制，2015，43(13)：45-51MENG Xiaoli，TANG Wei，LIU Yongmei，et a1Parallelcomputing of thre

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37、ansmission lines and its applicationJPower System Technology,2013，37(6)：1746-1752收稿日期：2016-07-14； 修回日期：2016-0930作者简介：高岩(1990-)，男，在读研究生，研究方向为电力系统分析与控制；Email：astonishgy163com尹建华(1966一)，男，工学博士，高级工程师，从事系统计算分析与电力系统仿真分析计算平台的研发工作；Email：thinkerwise163com陈晓科(1978一)，男，工学硕士，高级工程师，从事电力系统分析与电网规划研究。E-mail：chen_xkl016siuacom(编辑姜新丽)万方数据