一種電力電纜并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案的分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電力電纜并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案的分析方法，包括：確定電力電纜的正序參數(shù)，并依據(jù)這些參數(shù)確定傳輸矩陣；確定電纜兩端連接電網(wǎng)絡(luò)的等效正序參數(shù)，根據(jù)電力電纜的并聯(lián)補(bǔ)償方式來修正傳輸矩陣，均勻補(bǔ)償和集中補(bǔ)償兩種方式有不同的修正方法；再根據(jù)電纜的送端或者受端傳輸有功功率，通過二分法，確定一端的電壓和電流；結(jié)合傳輸矩陣，計(jì)算沿線的電壓和電流分布并確定送端和受端的有功無功功率。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明方法具有普適性，只需給定電纜的正序參數(shù)即可輸出相應(yīng)補(bǔ)償方案下的運(yùn)行特性；給出沿線電壓電流的精確分布情況，方便進(jìn)一步分析過電壓和過電流可能性。
【專利說明】【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明屬于電力傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電力電纜并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案的分析 方法。 一種電力電纜并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案的分析方法 【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，電力電纜輸電方式發(fā)展迅速。隨著城市用地的日益緊張，高昂的線路走廊 費(fèi)用愈發(fā)限制了架空線路在許多地區(qū)的應(yīng)用；在城市中心地帶，出于美觀和環(huán)境方面的考 慮，也一般需要米用電力電纜傳輸電能。此外，在大陸和島_間，島_和島_間輸電時(shí)，電力 電纜傳輸方式是唯一的選擇。
[0003] 相對(duì)于架空線路，由于電力電纜本身的結(jié)構(gòu)特性，它相對(duì)于大地以及自身各相間 的并聯(lián)電容數(shù)值很大，巨大的并聯(lián)電容值會(huì)產(chǎn)生以下問題：
[0004] a)線路產(chǎn)生的無功過大；在線路載流量和電壓值固定的情況下，在導(dǎo)致線路的輸 電能力下降同時(shí)也限制了電纜的輸電距離。
[0005] b)線路的開路電壓過高；由于法蘭蒂效應(yīng)，在電纜開路或者輕載時(shí)電纜的末端電 壓會(huì)升高，由此帶來線路運(yùn)行和操作問題。
[0006] c)線路合閘時(shí)充電電流過高；線路合閘時(shí)，供電端首先需要對(duì)沿線的電容進(jìn)行充 電，如果電容值過大，就會(huì)使充電電流過大（有時(shí)甚至超過了斷路器的開斷上限），對(duì)電纜 的正常運(yùn)行帶來隱患。
[0007] 由上述可知，電纜本身所帶的電容值會(huì)對(duì)電纜的運(yùn)行造成不利的影響，現(xiàn)在工程 上比較常用的做法是在電力電纜上并聯(lián)電抗來抵消電纜本身的電容的影響。已有的理論分 析和實(shí)踐結(jié)果都表明，并聯(lián)電抗可以提升其電力電纜的輸電性能力，優(yōu)化暫態(tài)特性。
[0008] 電力電纜并聯(lián)電抗補(bǔ)償?shù)姆绞接芯鶆蜓a(bǔ)償和集中補(bǔ)償（分中點(diǎn)補(bǔ)償和多點(diǎn)補(bǔ) 償）。均勻補(bǔ)償是一種理想的補(bǔ)償方式，將補(bǔ)償?shù)碾娍挂暈榫鶆蚍植荚陔娎|沿線；中點(diǎn)補(bǔ)償 是將補(bǔ)償電抗并聯(lián)在電纜的中間；多點(diǎn)補(bǔ)償一般是將并聯(lián)電抗沿電纜等距分布，多點(diǎn)補(bǔ)償 的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)量一般大于（或等于）兩個(gè)。
[0009] 現(xiàn)階段對(duì)于電纜并聯(lián)補(bǔ)償方案的分析研究方法大多采取分析特定線路首末端功 率的方法來研究并聯(lián)補(bǔ)償?shù)目尚行?，進(jìn)一步改進(jìn)并聯(lián)方案。其主要存在兩個(gè)缺陷：首先，大 部分研究方法只能針對(duì)某一特定工程線路，如果運(yùn)行條件改變，則需要重新建立方法，工作 量巨大，不利于推廣；其次，現(xiàn)有方法單一地考察送受端功率流動(dòng)，對(duì)于電壓電流分布并未 給出相應(yīng)的結(jié)果，那么不能依此來考察過電壓和過電流的可能性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[〇〇1〇] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電力電纜并聯(lián)電抗補(bǔ)償 方案的分析方法，利用工頻下電力電纜線路和所連接系統(tǒng)的正序模型分析并聯(lián)電抗對(duì)電力 電纜線路的影響，可以得出并聯(lián)電抗補(bǔ)償后，電纜沿線的電壓電流分布以及傳輸有功無功 量等，以對(duì)電力電纜并聯(lián)補(bǔ)償?shù)男ЧM(jìn)行全面的分析。 toon] 一種電力電纜并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案的分析方法，包括如下步驟：
[〇〇12] (1)獲取電纜的正序參數(shù)以及電纜兩端電力系統(tǒng)的等效正序參數(shù)；
[0013] (2)根據(jù)電纜的正序參數(shù)通過并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案進(jìn)行修正，確定電纜的傳輸矩陣 H；
[0014] (3)根據(jù)傳輸矩陣Η以及已知電纜受端的有功功率，計(jì)算確定電纜兩端的電壓和 電流；
[0015] (4)根據(jù)電纜兩端的電壓和電流，確定電纜兩端的有功功率和無功功率；
[〇〇16] (5)根據(jù)電纜送端的電壓和電流，確定電纜沿線各點(diǎn)的電壓和電流分布。
[〇〇17] 所述的電纜的正序參數(shù)包括串聯(lián)電阻r、串聯(lián)電感1、并聯(lián)電容c和并聯(lián)導(dǎo)納g，所 述的電纜兩端電力系統(tǒng)的等效正序參數(shù)包括送端電力系統(tǒng)的等效電源幅值Es和等效阻抗 Zs以及受端電力系統(tǒng)的等效電源幅值Εκ和等效阻抗Ζκ。
[0018] 所述的步驟（2)中，若并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案為均勻補(bǔ)償，則電纜傳輸矩陣Η的表達(dá)式 如下：
[0019]
【權(quán)利要求】
1. 一種電力電纜并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案的分析方法，包括如下步驟： (1) 獲取電纜的正序參數(shù)以及電纜兩端電力系統(tǒng)的等效正序參數(shù)； 所述的電纜的正序參數(shù)包括串聯(lián)電阻r、串聯(lián)電感1、并聯(lián)電容C和并聯(lián)導(dǎo)納g，所述的 電纜兩端電力系統(tǒng)的等效正序參數(shù)包括送端電力系統(tǒng)的等效電源幅值Es和等效阻抗Zs以 及受:端電力系統(tǒng)的等效電源幅值E R和等效阻抗ZR ; (2) 根據(jù)電纜的正序參數(shù)通過并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案進(jìn)行修正，確定電纜的傳輸矩陣Η ; ⑶根據(jù)傳輸矩陣Η以及已知電纜受端的有功功率，計(jì)算確定電纜兩端的電壓和電流； (4) 根據(jù)電纜兩端的電壓和電流，確定電纜兩端的有功功率和無功功率； (5) 根據(jù)電纜送端的電壓和電流，確定電纜沿線各點(diǎn)的電壓和電流分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述的步驟（2)中，若并聯(lián)電抗補(bǔ)償 方案為均勻補(bǔ)償，則電纜傳輸矩陣Η的表達(dá)式如下 ：
其中：sinh和cosh分別為雙曲正弦函數(shù)和雙曲余弦函數(shù)，k"*為傳播系數(shù)且
，<為自然阻抗且
，d為電纜的長(zhǎng)度，z = r+j ω 1，/ = g+j ω c (l-ksh)，j為虛數(shù)單位，ω為電纜兩端電力系統(tǒng)的角頻率，ksh為均勻補(bǔ)償度且0 < ksh < 1 ; 若并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案為集中補(bǔ)償且補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)為η，η為大于0的自然數(shù)，則電纜傳輸矩 陣Η的表達(dá)式如下： Η - ^皿具具… 其中：MS1表示電纜送端到第1個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)之間的傳輸矩陣，Μηκ表示第η個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)到電纜 受端之間的傳輸矩陣，Μ12表示第1個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)到第2個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)之間的傳輸矩陣，Μ(η_1)η表示第 η-1個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)到第η個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)之間的傳輸矩陣，Mi為第i個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償矩陣，i為自然數(shù) 且 1 < i < η。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述的步驟（3)中計(jì)算確定電纜兩 端的電壓和電流的方法如下： Α1.根據(jù)傳輸矩陣Η以及電纜兩端電力系統(tǒng)的等效電路，建立以下關(guān)系式：
UE = ER(sinO+jcosO)+IEZE Us = Es (sin δ +jcos δ )-ISZS IE = DIS-CUS 其中：US和Is分別為電纜送端的電壓和電流，UK和IK分別為電纜受端的電壓和電流， S為電纜兩端電力系統(tǒng)等效電源的相角差，j為虛數(shù)單位，A、B、C和D為傳輸矩陣Η中的元 素； Α2.聯(lián)立步驟Α1中的關(guān)系式，得到電流Is的表達(dá)式如下：
A3.建立電纜受端有功功率？!^的關(guān)系式如下： PK = real((AUs-BIs) · (DIS-CUS)*) 其中：real表示取實(shí)部/表示共軛； A4.根據(jù)電纜受端的有功功率以及電壓Us和電流Is的表達(dá)式，求解步驟A3中的關(guān)系 式，得到相角差S ;進(jìn)而將相角差δ反代入步驟A2和A1中的關(guān)系表達(dá)式中，最終求得電 壓UjPUK以及電流13和Ι κ。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述的步驟（4)中通過以下關(guān)系式 計(jì)算電纜兩端的有功功率和無功功率： Ps = Us · Iscos Θ s Qs = Us · Issin Θ s Pr = UE · IEcos Θ r Qe = UE · IEsin Θ E 其中：PS和Qs分別為電纜送端的有功功率和無功功率，PK和Q K分別為電纜受端的有功 功率和無功功率，Us和Is分別為電纜送端電壓Us和電流Is的幅值，Θ s為電纜送端電壓Us 與電流Is的矢量夾角，仏和Ικ分別為電纜受端電壓UK和電流Ι κ的幅值，0R為電纜受端電 壓仏與電流Ικ的矢量夾角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述的步驟（5)中，若并聯(lián)電抗補(bǔ)償 方案為均勻補(bǔ)償，則電纜上任一點(diǎn)X的電壓和電流的表達(dá)式如下：
其中：US和Is分別為電纜送端的電壓和電流，Ux和Ιχ分別為電纜上任一點(diǎn)X的電壓和 電流，Μχ為電纜送端到任一點(diǎn)X之間的傳輸矩陣，sinh和cosh分別為雙曲正弦函數(shù)和雙曲 余弦函數(shù)，k#為傳播系數(shù)且
為自然阻抗且
Lsx為電纜送端到任 一點(diǎn)X的距離，z = r+j ω 1，y' = g+j coc(l-ksh)，j為虛數(shù)單位，ω為電纜兩端電力系統(tǒng)的 角頻率，ksh為均勻補(bǔ)償度且0 < ksh < 1 ; 若并聯(lián)電抗補(bǔ)償方案為集中補(bǔ)償，電纜上任一點(diǎn)X到電纜送端之間有m個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)，m為 大于等于〇的自然數(shù)； 當(dāng)m = 0時(shí)，則電纜上任一點(diǎn)X的電壓和電流的表達(dá)式如下：
其中：k為傳播系數(shù)且
，ZC為自然阻抗且
當(dāng)m > 0時(shí)，則電纜上任一點(diǎn)X的電壓和電流的表達(dá)式如下：
其中：MS1表示電纜送端到第1個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)之間的傳輸矩陣，MmX表示第m個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)到任一 點(diǎn)X之間的傳輸矩陣，M12表示第1個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)到第2個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)之間的傳輸矩陣，M(m_1)m表示第 m-Ι個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)到第m個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)之間的傳輸矩陣，Mi為第i個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償矩陣，i為自然數(shù) 且 1 < i < m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的分析方法，其特征在于：對(duì)于集中補(bǔ)償方案中電纜上任 意兩相鄰節(jié)點(diǎn)之間的傳輸矩陣M，其表達(dá)式如下 ：
其中：k為傳播系數(shù)且
Z。為自然阻抗且
L為兩相鄰節(jié)點(diǎn)之間的 距離，y = g+jω。。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的分析方法，其特征在于：所述的補(bǔ)償矩陣Mi的表達(dá)式如 下：
其中A為第i個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)并聯(lián)電抗的電感值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的分析方法，其特征在于：利用二分法求解步驟A3中的關(guān)系 式，得到相角差S。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104065089SQ201410306804
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】宣耀偉, 徐政, 俞恩科, 陳國志, 張健, 林勇, 徐蓓蓓, 沈耀軍 申請(qǐng)人:國網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司, 浙江舟山海洋輸電研究院有限公司