基于智能电网调度控制系统的超高压输电线路参数修正方法

李 灏 戴 亮 陈 力 庞晓东



基于智能电网调度控制系统的超高压输电线路参数修正方法

李 灏1戴 亮1陈 力1庞晓东2

（1. 国网甘肃省电力公司电力科学研究院，兰州 730050； 2. 国网甘肃省电力公司，兰州 730050）

随着我国电网规模不断扩大，电网结构日益复杂。线路参数的准确性对保证电网安全稳定地运行具有重要意义。由于种种原因，某些情况下线路参数的准确度难以满足当前各类电力系统分析计算的需要。因此，本文提出了一种基于智能电网调度控制系统的超高压输电线路电抗参数与对地电容参数修正方法。该方法通过对线路两端潮流方程的合理简化，利用线路之间相角的关系和多个不同时间断面，对电抗参数与对地电容参数进行计算与修正。应用实践表明，该方法简单有效，可满足电力系统各种高级应用对超高压线路电抗参数与对地电容参数准确度的需求。

线路参数；修正方法；智能电网调度控制系统

近年来，随着我国超高压及特高压输电工程的建设，电网规模不断扩大，电网构架日益复杂。作为状态估计、潮流计算、静态安全分析等电力系统计算的基础，输电线路参数的准确性显得尤为重要，对保证电网的安全稳定运行具有重要的意义。但是，实际使用的参数值与真实的参数值之间存在的误差，会使得状态估计等计算结果存在不合理之处，严重者更会使得计算无法收敛。导致参数的使用值与真实值之间出现误差的原因主要包括：①输电线路参数测量设备本身的误差；②部分输电线路因周围线路感应电压过大无法实测，只有使用理论值而产生的误差；③输电线路因长时间受重力影响而产生的物理形变，以及实际运行时温度升高产生的参数变化；④实际天气情况与地理情况也会对参数产生一定的影响。

为消除参数的使用值与真实值之间的误差，文献[3-4]提出了基于参数估计的改进算法，克服了传统参数估计方法数值稳定性差、计算速度慢的问题，但需要进行相关软件的开发并与EMS/SCADA系统集成，无法及时满足工程人员的需要。文献[5-6]提出了基于PMU实时量测的线路参数在线估计方法，取得了较为令人满意的效果，但对没有部署PMU装置的线路，则显得无能为力。文献[7]提出了基于SCADA实时量测的参数计算方法，具有一定的实用性，但计算过程较为繁琐，且参与计算的量测过多，各量测之间的时间一致性难以保证，需要用不同断面大量重复计算以保证结果的正确性。

在超高压输电线路中，由于其电抗值远大于电阻值，加之多数电力系统计算均采用PQ解耦法进行，-类常数雅克比矩阵元素常取支路电抗的倒数[1-2]，因此，输电线路的电抗值与对地电容值对于系统的有功与无功计算有着重要的意义。本文提出了一种超高压输电线路电抗参数与对地电容参数的修正方法，通过对线路两端潮流方程的简化，根据多回线路或环网线路之间的电压相角关系，利用量测和参数无误的线路，近似计算存疑的线路电抗参数，根据线路两端无功功率的增量，近似计算线路的对地电容参数。

1 方法理论基础

输电线路Π型等效模型如图1所示。其I侧与J侧的潮流方程分别如下。

图1 输电线路Π型等效模型

（2）

（3）

1.1 电抗参数的修正

对式（1）进行简化，方程两侧同时除以vvb，可得

线路两端相角差较小，有sin≈。若＜＜，则/≈0，式（1）可进一步化简为

（6）

对于多回线路的电网结构，若怀疑其中一条线路的参数存在较大误差，则可使用其他线路的量测与参数校验与修正该参数。由于多回线路两端母线相同，故有

（8）

对于环网线路的电网结构，若怀疑其中一条线路的参数存在较大误差，则也可使用该方法校验与修正该线路参数。对于环网线路，有∑=0，故有

（10）

在实际应用中，对于高级应用软件，需要录入线路的电抗参数。由于超高压线路其电阻值一般远小于电抗值，所以≈1/，相应的式（8）与式（10）变化为

（12）

1.2 对地电容参数的修正

通过式（2）与式（4）相加，可得

式中，D为线路两端无功功率的差值。考虑到cos≈1，式（11）可进一步化简为

（14）

在实际应用中，可通过SCADA系统获取D与v、v的实时量测值，在保证线路电抗参数基本正确的前提下，计算得出线路的对地电容参数c。当线路两端电压差值较小时，存在v-v的平方项，电抗参数甚至可以忽略。实际计算公式可进一步简化为

值得指出的是，实际中某些线路在其一端会加装无功串联补偿或并联补偿装置。在利用上述方法计算这些线路的对地电容参数时，要注意线端的无功量测是否包含有无功补偿装置所吸收或发出的无功，若包含，则应减去相应装置的无功值，方能得到正确的计算结果。

2 智能电网调度控制系统（D5000）简介

目前，新一代的智能电网调度控制系统（D5000）在国调、各网调及省调得到广泛的应用。系统包含一体化基础平台和实时监控与预警、调度计划、安全校核、调度管理四大类应用。四大类应用按照安全分区原则，分布于控制区、非控制区和管理信息大区，主要包含稳态监控、AGC、AVC、网络分析、在线安全稳定分析、调度计划、安全校核、二次设备在线监视与分析、WAMS、DTS等多个基本应用和扩展应用。

海量数据存储是D5000系统稳态监控功能的主要特点之一。为了实现对各类调度数据的分钟级、秒级采样，D5000系统在硬件上配备了2台TB级磁盘阵列，以满足其需求。通过在D5000系统中使用采样定义程序，可以为需要的遥测点定义采样周期。再通过D5000的历史数据浏览与数据导出功能，可方便地利用本文所述方法计算出相应的线路参数。

采样定义与数据浏览界面分别如图2、图3所示。

图2 D5000系统采样定义界面

图3 D5000系统数据浏览界面

3 算法应用实例

为了验证本文提出算法在实际工程中的具体应用，下面将分别给出基于多回线路结构的电抗参数计算、环网线路的电抗参数计算和对地电容参数计算的应用实例。

3.1 多回线路电抗参数计算

某发电厂至某变电站之间存在双回线路。状态估计计算结果显示，该双回线路的有功估计值与量测值之间存在较大的残差。在通过计算发电厂与变电站的母线有功不平衡量、主变有功不平衡量与线路有功不平衡量之后，排除了因量测有误引发的有功残差过大，重点怀疑线路电抗参数存在较大的误差。该双回线路估计值/量测值对比结果如图4所示，见表1。

图4 修正前估计值/量测值对比

表1 双回线路原电抗参数

经过核实，发现该双回线路所使用参数一条（Ⅰ线）为经过现场测试的实测值，另一条线路（Ⅱ线）尚未实测，故使用基于线路材料和长度的理论值。现怀疑Ⅱ线所使用的理论值与真实值之间相差较大，故使用本文讨论的方法，利用式（11），通过Ⅰ线电抗参数及相关量测来计算Ⅱ线的电抗参数。通过D5000系统历史数据记录取某日6组同一时刻量测数据，计算Ⅱ电抗参数，并取其均值录入D5000系统数据库。相应数据与计算结果详见表2。

表2 双回线路电抗参数的修正结果

将通过计算的得到的电抗参数应用于系统后，估计值与量测值之间的残差过大问题得到了较为明显的解决。估计值/量测值结果对比如图5所示，修改后参数见表3。

图5 修正后估计值/量测值对比

表3 双回线路修正后电抗参数

3.2 环网线路电抗参数计算

海石湾、新庄、炳灵3个变电站构成一个三角环状网络。三站之间通过单回线路连接。状态估计计算结果显示，三条线路有功估计值与量测值之间存在或大或小的残差。相应估计值/量测值对比结果如图6所示，相关参数见表4。

图6 环网线路修正前估计值/量测值对比

表4 环网线路修正前电抗参数

炳海线投运于20世纪80年代末期，投运时未对线路参数进行实测。后因邻近线路产生感应电压过大，在线路检修时也无法进行参数实测工作，故该线路各参数一直采用理论值。与多回线路电抗参数计算方法类似，利用式（12），通过D5000系统历史数据记录取某日6组同一时刻量测数据，计算炳海线电抗参数，相应数据与计算结果详见表5。修改后估计值/量测值结果对比如图7所示，相关参数见表6。

表5 环网线路电抗参数的修正结果

图7 环网线路修正后估计值/量测值对比

表6 环网线路修正后电抗参数

实际工作中，有时会出现环网多条线路同时使用理论值的情况。若此环网线路出现估计值与量测值之间存在较大残差的现象，则很难明确到底是哪条线路参数需要修正。此时，可利用式（12），对每条线路参数进行计算。再将计算结果与目前所用参数进行比对，相差最大者即为需要修正参数的线路。除此之外，还可通过调度员潮流计算结果来明确需要修正参数的线路。若某条线路运行/检修前后的潮流分布结果与调度员潮流模拟操作结果相差较大，则一般可认为该线路参数需要修正。

3.3 对地电容参数计算

开临二线在投运时由于周围临近线路感应电压过大，所以无法对其对地电容参数进行实测。在使用理论值后，发现其无功估计值与量测值之间存在较大残差。相关参数及修改前估计值/量测值对比如图8所示，相关参数见表7。

图8 修正前估计值/量测值对比

表7 修正前对地电容参数

利用式（13），通过D5000系统历史数据记录取某日6组同一时刻量测数据，计算该线路对地电容参数，相应数据与计算结果详见表8。将计算出的有名值折为标幺值录入系统（B=363kV,B= 1MW），修改后参数见表9，修改后估计值/量测值对比结果如图9所示。

表8 对地电容参数的修正结果

图9 修正后估计值/量测值对比

表9 修正后对地电容参数

4 方法使用要点

本方法在利用线路两端潮流方程计算线路电抗参数、对地电容参数时，利用≈1/对公式进行了简化。大量工程实践表明，当与之比大于5时，该方法计算结果一般较为合理。若在实际应用中与之比小于5，则需要考虑公式化简对计算结果造成的误差影响。

由于本方法的实质是利用量测计算线路参数，因此，量测数据的正确性对计算结果具有重要的意义。在使用本法进行计算时，应首先通过母线等元件的功率平衡约束来判断使用的量测中是否具有坏数据。若相应厂站的某一断面母线等元件不平衡量较大，则应放弃使用该断面。

在实际应用中，在保证量测数据正确的前提下，可适当增加相应参与计算的断面数量，特别是冬小、冬大、夏小、夏大四种电网典型运行方式下的断面数据，由此计算所得的线路参数也更加准确。

5 结论

本文从工程实际应用角度出发，通过对线路两端潮流方程的简化，针对多回线路与环网两种常见电网结构，利用智能电网调度控制系统的海量数据存储功能，提出了超高压输电线路电抗参数和对地电容参数的修正方法，并给出了3个应用实例。应用实践表明，该方法简单有效，可满足电力系统各种高级应用对超高压线路电抗参数和对地电容参数准确度的需求。

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The Correction Method for Ultra High Voltage Transmission Line Parameters based on Smart Grid Dispatching and Control System

Li Hao1Dai Liang1Chen Li1Pang Xiaodong2

(1. Gansu Electric Power Corporation Electric Power Research Institute, Lanzhou 730050; 2. Gansu Electric Power Corporation, Lanzhou 730050)

With the continuous expansion of the scale, the power grid structure is increasingly complex. So, the accuracy of the Transmission line parameters have great significance to ensure the safe and stable operation of power grid. But for a variety of reasons, the accuracy of the transmission line parameters is difficult to meet the needs of all kinds of power system analysis and calculation in some cases. This paper propose a correction method for ultra high voltage transmission line parameters based on smart grid dispatching and control system. The method simplifies the power flow equation of the two ends of the transmission line, by using the relationship between the transmission line phase and multiple different time sections, calculating and correcting the reactance parameter and ground capacitance parameter of transmission line. Application practice shows that this method is simple and effective, meeting the requirement of power system analysis and calculation on the accuracy of transmission line parameters.

transmission line parameters; correction method; smart grid dispatching and control system

李 灏（1984-），男，甘肃兰州人，硕士，工程师，研究方向为电力系统自动化。