本申請屬于輸電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于擴(kuò)展相分量法的OPGW系統(tǒng)接地短路電流分析的新方法，適用于110～500kV雙側(cè)電源或單側(cè)電源的雙OPGW線的復(fù)雜輸電系統(tǒng)。OPGW線的運(yùn)行方式更接近現(xiàn)代輸電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，包括OPGW線是否分段絕緣運(yùn)行和OPGW線是否為逐級桿塔接地運(yùn)行。本申請能夠準(zhǔn)確分析出輸電線路發(fā)生接地短路時(shí)，相線上短路電流值和OPGW線上短路電流的分布狀態(tài)，具有很好應(yīng)用價(jià)值，對輸電系統(tǒng)發(fā)生接地短路后的短路電流分布有著重大的意義。
背景技術(shù)：
：我國大部分110kV及以上電壓等級的架空輸電線路采用雙OPGW線配置，目前的趨勢是用光纖復(fù)合OPGW線逐步代替普通地線。相較于傳統(tǒng)地線而言，光纖復(fù)合OPGW線阻抗值更小，故障時(shí)，短路電流通過其分流的比例更大。架空輸電線路可以分解為由檔距為單位形成的大規(guī)模電力網(wǎng)絡(luò)。所形成的大規(guī)模的電力網(wǎng)絡(luò)需要考慮的因素很多，從相導(dǎo)線角度來看的話，包括架空輸電線路的換位信息和線路兩側(cè)系統(tǒng)的參數(shù)等；從OPGW線的角度來看的話，包括OPGW是否逐塔接地運(yùn)行，是否分段絕緣運(yùn)行和是否經(jīng)阻抗接地等多種運(yùn)行方式等情形；從電力桿塔的角度來看的話，包括桿塔的級數(shù)、桿塔的型號和桿塔接地電阻等參數(shù)；進(jìn)一步還包括相線和OPGW線之間、各OPGW線之間的互感影響等。這些都從一定程度上造成了線路運(yùn)行狀況的復(fù)雜化。為了計(jì)算發(fā)生單相接地時(shí)短路電流在OPGW線上的分布，目前存在以下三種方法：采用簡化計(jì)算方法時(shí)，沒有考慮相線和OPGW線之間的磁耦合作用，也未不考慮架空輸電線路的運(yùn)行方式，OPGW線上的短路電流以線路出口變電站母線短路電流的一定百分比分流，此百分比多是基于工程經(jīng)驗(yàn)。此種方法雖然簡單，但是忽略的重要因素太多，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果粗糙，可信度較低。有研究者采用序分量法計(jì)算，但是序分量法應(yīng)用的一個(gè)重要前提是系統(tǒng)的三相參數(shù)對稱，實(shí)際線路運(yùn)行狀況復(fù)雜，對稱的條件更難滿足，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果保守?；谙喾至康挠?jì)算方法則能充分反映出輸電線路的復(fù)雜運(yùn)行狀況，對三相系統(tǒng)參數(shù)對稱性沒有要求，導(dǎo)線之間的互感、架空地線的不同運(yùn)行方式等因素均能體現(xiàn)。因此，面對線路和架空地線復(fù)雜的運(yùn)行方式，相分量法在計(jì)算架空地線上短路電流的應(yīng)用中越來越廣泛，傳統(tǒng)相分量法計(jì)算沒有將相線上的短路電流和OPGW線上的短路電流同時(shí)計(jì)算，增加了計(jì)算過程，無法形成統(tǒng)一的計(jì)算體系。本申請?jiān)趥鹘y(tǒng)相分量法的基礎(chǔ)上，并對其進(jìn)行了改進(jìn)，采用擴(kuò)展相分量法，即將相導(dǎo)線和OPGW線作為一個(gè)整體，同時(shí)考慮兩者之間的相互作用，將相導(dǎo)線和OPGW線在分析模型上采用一致的模型來進(jìn)行分析。在本申請中說明的基于擴(kuò)展相分量法的OPGW系統(tǒng)接地短路電流分析方法，能夠準(zhǔn)確分析出輸電線路發(fā)生接地短路時(shí)，相線上短路電流值和OPGW線上短路電流的分布狀態(tài)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本申請的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提出基于擴(kuò)展相分量法的OPGW系統(tǒng)接地短路電流分析新方法。本申請創(chuàng)新性地提出來在輸電線路接地短路故障時(shí)短路電流分布的處理的新方法。本申請適用于110～500kV雙側(cè)電源或單側(cè)電源的雙OPGW線的復(fù)雜輸電系統(tǒng)。OPGW線的運(yùn)行方式更接近現(xiàn)代輸電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，包括OPGW線是否分段絕緣運(yùn)行和架空地線是否逐塔接地運(yùn)行。本申請能夠準(zhǔn)確分析出輸電線路發(fā)生接地短路時(shí)，相線上短路電流值和OPGW線上短路電流的分布狀態(tài)，具有很好應(yīng)用價(jià)值，對輸電系統(tǒng)發(fā)生接地短路后的短路電流分布有著重大的意義。本申請的技術(shù)方案如下：一種基于擴(kuò)展相分量法的OPGW系統(tǒng)接地短路電流分析方法，其特征在于：將故障后的輸電系統(tǒng)分為了左右兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，分別進(jìn)行基于相分量模型的方程列寫，形成相應(yīng)的矩陣，進(jìn)一步對矩陣優(yōu)化，計(jì)算出典型輸電系統(tǒng)單相接地短路電流后，得到OPGW線和相線沿線上短路電流的詳細(xì)分布情況。一種基于擴(kuò)展相分量法的OPGW系統(tǒng)接地短路電流分析方法，適用于單端或雙端電源的雙架空地線的輸電系統(tǒng)，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1)確定輸電系統(tǒng)中發(fā)生接地短路的桿塔；(2)根據(jù)KVL定律，對全線所有檔距的網(wǎng)孔列寫電壓回路方程；(3)應(yīng)用塊三角矩陣的“追趕法”對網(wǎng)孔方程的系數(shù)矩陣進(jìn)行化簡和求解；(4)對求解的結(jié)果即輸電系統(tǒng)接地短路電流進(jìn)行繪圖分析，得到OPGW線上短路電流的詳細(xì)分布情況。在步驟(2)中，對于全線所有檔距的網(wǎng)孔電壓回路方程，在每條OPGW線和相線的每級網(wǎng)孔中，感應(yīng)電壓包括該檔距內(nèi)發(fā)生單相接地的故障相線電流的對其的感應(yīng)電壓和另一條架空地線對其的感應(yīng)電壓。在步驟(3)中，所述的應(yīng)用塊三角矩陣的“追趕法”對網(wǎng)孔方程的系數(shù)矩陣進(jìn)行化簡和求解，是指將該塊三角矩陣進(jìn)行LU分解后，分別對塊三角矩陣從小到大的求解，其對應(yīng)“追趕法”的“追”過程；對塊三角矩陣從大到小的求解過程，其對應(yīng)“追趕法”的“趕”過程。在步驟(4)中，對所得到的短路電流進(jìn)行繪圖，具體方法為：將從輸電線路始端到輸電線路末端的兩條OPGW線上所有的接地短路電流值進(jìn)行繪圖，得出OPGW線和相線在接近發(fā)生接地短路桿塔處以及遠(yuǎn)離短路桿塔處的短路電流的分布情況。本申請的有益效果如下：1、輸電系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)，對輸電系統(tǒng)每一級檔距列寫網(wǎng)孔方程，并應(yīng)用塊三角矩陣的“追趕法”對網(wǎng)孔方程的系數(shù)矩陣進(jìn)行化簡和求解。2、對輸電系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障時(shí)，輸電線路上的短路電流，OPGW線上的短路電流進(jìn)行分析和研究。3、可靠性高，適用于110～500kV雙側(cè)電源或單側(cè)電源的雙架空地線的復(fù)雜輸電系統(tǒng)。附圖說明圖1為本發(fā)明基于擴(kuò)展相分量法的OPGW系統(tǒng)接地短路電流分析方法的流程示意圖；圖2線路運(yùn)行示意圖；圖3架空輸電線路擴(kuò)展相分量法計(jì)算模型。具體實(shí)施方式下面結(jié)合說明書附圖，通過具體實(shí)施例對本申請的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如附圖1所示為本發(fā)明公開的基于擴(kuò)展相分量法的OPGW系統(tǒng)接地短路電流分析方法的流程示意圖，所述輸電系統(tǒng)接地短路電流計(jì)算方法包括以下步驟：(1)確定輸電系統(tǒng)中發(fā)生接地短路的桿塔位置；(2)根據(jù)KVL定律，列寫網(wǎng)孔的電壓回路方程；(3)對所列寫的回路方程的系數(shù)快矩陣進(jìn)行“追趕法”的化簡和求解；3.1將該塊三角矩陣進(jìn)行LU分解；3.2用n表示輸電線路總的檔距數(shù)目，i表示輸電線路的某一級檔距，隨著i從1到n的變化，完成塊三角矩陣的“追”過程；3.3用n表示輸電線路總的檔距數(shù)目，i表示輸電線路的某一級檔距，隨著i從n到1的變化，完成塊三角矩陣的“趕”過程。(4)聯(lián)合迭代后的所有網(wǎng)孔方程求解，解出相線和每條架空地線的各檔距上的短路電流；對所得到的短路電流進(jìn)行繪圖，得到的電流的分布規(guī)律和特點(diǎn)，所述的對所得到的短路電流進(jìn)行繪圖，具體方法為：將從輸電線路始端到輸電線路末端的兩條OPGW線上所有的接地短路電流的值繪圖，得出在接近發(fā)生接地故障桿塔處和遠(yuǎn)離短路桿塔處的短路電流的分布情形。下面進(jìn)一步通過說明書附圖2顯示的輸電線路示意圖作為實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖2所示為架空輸電線路的運(yùn)行示意圖。圖中展示了由三相輸電導(dǎo)線和兩條OPGW線組成的系統(tǒng)。下面對圖中參數(shù)的具體含義進(jìn)行逐一表述：Ea,Eb分別表示兩條OPGW線上的感應(yīng)電動(dòng)勢，用Za,Zb分別表示兩條OPGW線的自阻抗，用Ia,Ib分別表示兩條OPGW線上的分布的電流。為了反映出OPGW線在水平方向和垂直方向上的運(yùn)行方式，本申請用部分有特定含義的電阻進(jìn)行表示。在水平方向上，用電阻r1,r2來表示OPGW線是否處于分段絕緣的運(yùn)行方式；在垂直方向上，用k1,k2來表示OPGW線在桿塔處的接地方式，具體有包括是逐塔接地的方式和單點(diǎn)接地的方式。對r1,r2，k1,k2的值進(jìn)行設(shè)置就能反映出其具體復(fù)雜的運(yùn)行方式，當(dāng)r1,r2，k1,k2的值為0時(shí)，即認(rèn)為連接和接地，當(dāng)r1,r2，k1,k2的值為無窮大時(shí)，即認(rèn)為不連接和不接地。Fault表示發(fā)生接地短路點(diǎn)。附圖3表示發(fā)生接地短路時(shí)，架空輸電線路擴(kuò)展相分量法計(jì)算模型圖。下面將結(jié)合附圖3，介紹基于擴(kuò)展相分量法的數(shù)學(xué)計(jì)算模型。將架空輸電線路的電源和線路的數(shù)學(xué)模型連接起來，并將圖2中的各級檔距上的阻抗進(jìn)行矩陣化表示，就能得到完整的基于擴(kuò)展相分量法的OPGW系統(tǒng)接地短路電流分析方法，假設(shè)線路一共有n檔，如圖3所示。為了方便分析，對全線上每級檔距編號，確定發(fā)生接地短路的桿塔位置。設(shè)定電源所在的那一級檔距為第1級，線路中的第k級檔距上的縱向電壓源用Ek來表示。用Eeq來表示線路電源的等效的電動(dòng)勢矩陣，因?yàn)閿U(kuò)展相分量法是將相線和OPGW線統(tǒng)一計(jì)算的，在第一級相線上有電動(dòng)勢，但是OPGW線無電動(dòng)勢，實(shí)際上為一個(gè)包含零元素的矩陣，下文為了統(tǒng)一敘述，用E1表示的是第一級檔距上的電動(dòng)勢矩陣，即E1＝Eeq。當(dāng)該級檔距不是連接電源，或者該級網(wǎng)孔為負(fù)荷時(shí)，不難得到Ek＝0(k≠1)；當(dāng)該級檔距連接的是線路的終端電源時(shí)，如上文所述E1＝Eeq，本發(fā)明中用Zeq表示系統(tǒng)的等值阻抗，為統(tǒng)一敘述，在下文中用Zd0來表示Zeq，即Zd0＝Zeq。進(jìn)一步，根據(jù)KVL定律，在每級檔距上，能夠列寫出相關(guān)的網(wǎng)孔的電壓回路方程，如下式所示：-Zd0Id0+Z1I1+Zd1Id1＝E1-Zd1Id1+Z2I2+Zd2Id2＝E2...-Zdk-1Idik-1+ZkIk+ZdkIdk＝Ek...-Zdn-1Idn-1+ZnIn+ZdnIdn＝En上式中，由于本發(fā)明中的將從第一級檔距開始編號為1，那么電源側(cè)的那級編號為0，用n來表示輸電線路的檔距數(shù)，Zd0表示電源側(cè)橫向支路的等效阻抗矩陣，Id0表示電源側(cè)橫向支路上的電流矩陣。Zd1至Zdn表示非電源所在檔距橫向支路第1，2,…,n檔的等效阻抗矩陣，Z1至Zn表示非電源所在檔距縱向支路第1，2,…,n檔的等效阻抗矩陣，I1至In表示非電源所在檔距縱向上第1，2,…,n檔的電流矩陣，，將以上寫成矩陣的如下式所示：E＝ZI上式中，I的含義如下式所示：I＝[I1I2...Ii...In-1In]T上式中，E的含義如下式所示：E＝[E1E2...Ei...En-1En]T下面對上述式子中相關(guān)的矩陣進(jìn)行解釋。上式中，I表示的是縱向電流，其中的元素Ii是一個(gè)塊矩陣。Ii的矩陣規(guī)模為y×1的列向量(其中y表示該列向量的列數(shù))，是由第i級檔距上的電流組成；上式中的E表示的整條輸電線路上的縱向電壓塊矩陣。Ei的矩陣規(guī)模是大小為y×1的列向量，是由第i級檔距上的各條導(dǎo)線上的縱向電壓組成。需要說明的是，除了和電源相連的檔距上的縱向電壓中Ei不是一個(gè)元素全為0的矩陣，在整條輸電線路其他檔距上的縱向電壓是一個(gè)元素全為0的矩陣。其中Z是塊三對角矩陣，即如下式所示：其中Zeqi＝Zdi-1+Zi+Zdi(1≤i≤n)。由以上的分析不難得到，如果整條輸電線路的檔距級數(shù)是n的話，那么Z就是一個(gè)矩陣規(guī)模為y×n的塊三角矩陣。在比較普遍的情況下，一條輸電線路的檔距級數(shù)可能在數(shù)十級甚至能夠達(dá)到數(shù)百級的規(guī)模。這時(shí)，該塊三角矩陣的階數(shù)就會是一個(gè)比較大的情況。如果使用Gauss消去法來進(jìn)行處理上述方程組的話，整體的計(jì)算效率和速度都不會很快。但是可以應(yīng)用“追趕法”對其進(jìn)行求解。因?yàn)?，該塊三角矩陣有高度稀疏，并且是對角占優(yōu)的特點(diǎn)。注意到，“追趕法”對塊三角矩陣的化簡可以很大程度上提高計(jì)算速度和計(jì)算效率，因?yàn)槠鋵\(yùn)算次數(shù)的減少效果顯著，是解決大型矩陣很好的方法。正如上所述，對求解本申請中所提到的應(yīng)用擴(kuò)展相分量法來計(jì)算OPGW線上短路電流分布的求解具有很好的適應(yīng)度。下面將介紹將塊三角矩陣Z進(jìn)行“追趕法”分解的步驟，將該塊三角矩陣進(jìn)行LU分解后，其中L和U的表達(dá)式如下：上式中，在LU分解的過程中，可以將L矩陣和U矩陣又細(xì)分成不同元素組成，L矩陣中的Gi、Pi皆是y×y階的子矩陣(其中y表示該列向量的列數(shù))，U矩陣中的Di是y×y階的子矩陣(其中y表示該列向量的列數(shù))，Oi是y×y階的單位矩陣(其中y表示該列向量的列數(shù))。原方程可以寫成：E＝LUI即E=LYY=UI]]>上式中，E、I分別表示橫向電源矩陣和橫向電流矩陣；L，U分別表示經(jīng)過LU分解之后，系數(shù)矩陣的分塊模式，接著用待定系數(shù)法可以確定L和U中的非零元素。Pi-1=-Zdi-1G1=Zeq1,Gi=Zeqi+Zdi×Di-1Di-1=Gi-1-1×(-Zdi-1)]]>其中i＝2，3，…，n。所以，Y1=Zeq1-1×E1Y1=Gi-1×(Ei-(-Zdi-1)×Yi-1)]]>其中i＝2，3，…，n。再由Y＝UI求得:En′=YnEi′=Yi-Di×Ei+1]]>其中i＝n-1，n-2，…，1。隨著i從1到n的變化，式中Yi展示的是塊三角矩陣從小到大的求解過程，其對應(yīng)著“追趕法”的“追”過程；隨著i從n到1的變化，上式中Ei'展示的是塊三角矩陣從大到小的求解過程，其對應(yīng)著“追趕法”的“趕”過程。通過上述的求解，不難得到下式：I＝Z-1E根據(jù)上式就能得到各段電流的分布情況，即每條相線和每條OPGW線的各檔距上的短路電流。所述的對所得到的短路電流進(jìn)行繪圖是指，以架空輸電網(wǎng)絡(luò)的檔距編號為橫坐標(biāo)值，每條OPGW線上分布的接地短路電流為縱坐標(biāo)值進(jìn)行繪圖，在圖中能夠清晰地看出在每一級檔距上，OPGW線上單相接地短路電流值的大小，并且根據(jù)所述的短路電流值的大小分析出接地短路影響較大的距離范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3