Русская версия English version

Оценка влияния различных факторов на значения сопротивлений и проводимостей высоковольтной воздушной линии электропередачи

И.Е. Иванов

Вестник ИГЭУ, 2017 г. выпуск 3, сс. 30—39

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: Параметры высоковольтных воздушных линий электропередачи – комплексные сопротивления и проводимости – определяются множеством факторов, таких как геометрические характеристики и физические свойства системы проводников (включая контур возврата тока через землю). При этом степень влияния отдельных факторов на конкретные численные значения параметров воздушных линий электропередачи не всегда очевидна. Это определяет необходимость детального анализа взаимосвязи между характеристиками проводников линии электропередачи и параметрами прямой и нулевой последовательностей. Актуальность задачи обусловлена, прежде всего, нарастающим интересом инженеров-исследователей во всем мире к идентификации фактических параметров схем замещения линий и трансформаторов с использованием технологии синхронизированных векторных измерений. Алгоритмы определения фактических параметров линий электропередачи, предлагаемые в большинстве публикаций по данной проблеме (прежде всего, зарубежных), сопряжены с решением оптимизационной задачи относительно искомых сопротивлений и проводимостей линии. При этом размерность вектора неизвестных оказывается значительной даже в случае одноцепной трехфазной линии. Более того, оптимизационный алгоритм воспринимает все эти неизвестные как совершенно не зависимые друг от друга величины, что ухудшает математическую обусловленность задачи и снижает ее вычислительную эффективность. В связи с этим представляется целесообразным выявить совокупность факторов, обусловливающих изменения сопротивлений и проводимостей линии, и переформулировать оптимизационную задачу.

Материалы и методы: Для решения поставленной задачи на основе модели реальной двухцепной линии напряжением 500 кВ осуществлено множество вычислительных экспериментов с использованием MATLAB в качестве инструмента моделирования. В исследовании рассмотрено 11 различных сценариев, в каждом из которых изучается влияние отдельной характеристики системы проводников линии электропередачи. В каждом случае варьируется только один параметр (или несколько взаимосвязанных параметров, например средние высоты подвеса фазных проводников и грозозащитных тросов), тогда как остальные соответствуют принятым «базовым» значениям. При вариации всех характеристик системы проводников и анализе результатов учтены возможные реальные диапазоны изменения этих характеристик.

Результаты: Выполнены вычислительные эксперименты в целях анализа влияния различных факторов на значения сопротивлений и проводимостей высоковольтных воздушных линий электропередачи. Выяснено, что доминирующими факторами, влияние которых на параметры воздушных линий электропередачи нельзя считать пренебрежимо малым, являются следующие: средние высоты подвеса фазных проводников (с учетом стрелы провеса); средние высоты подвеса грозозащитных тросов; удельная проводимость земли; удельные проводимости материала проводов линии; относительная магнитная проницаемость грозозащитного троса. Установлено, что влиянием вариаций значений прочих характеристик (радиусы проводников, междуфазные расстояния, диэлектрическая проницаемость грунта и др.) фактически можно пренебречь.

Выводы: Результаты осуществленного анализа позволяют реализовать принципиально иной подход к решению задачи по определению актуальных параметров воздушных линий электропередачи на базе синхронизированных векторных измерений и, таким образом, ускорить процесс внедрения соответствующих алгоритмов в аппаратно-программные комплексы мониторинга энергосистем (примеры успешных внедрений с большой вероятностью до сих пор отсутствуют). Наличие актуальных данных о параметрах воздушных линий потенциально может использоваться для решения множества задач, например: оценивания состояния режима электрической сети; определения места повреждения на линии «классическим» способом; уточнения параметров срабатывания (уставок) дистанционной защиты; более точного учета потерь электроэнергии при ее передаче по проводам линии электропередачи.

Ключевые слова: высоковольтная воздушная линия электропередачи, параметры линий электропередачи, параметры нулевой последовательности, параметры прямой последовательности, проводимость, синхронизированные векторные измерения, сопротивление.

Список литературы на русском языке: 

1. Du Yan, Liao Y. Online estimation of power transmission line parameters, temperature and sag // Proc. 43rd North American Power Symposium (NAPS). – Boston, MA, USA, Aug. 4–6, 2011.

2. Liao Y., Kezunovic M. Online optimal transmission line parameter estimation for relaying applications // IEEE Trans. Power Delivery. – January 2009. – Vol. 24, no. 1. –
P. 96–102.

3. Shi D., Tylavsky D.J., Logic N., Koellner K.M. Identification of short transmission-line parameters from synchrophasor measurements // Proc. 40th North American Power Symposium (NAPS), Calgary, AB. – Canada, Sept. 28–30, 2008.

4. Chakrabarti S., Kyriakides E., Bi T., Cai D., Terzija V. Measurements get together // IEEE Power and Energy Magazine, Jan.-Feb. 2009. Reprinted in Special Issue: Smart Grid-Putting it All Together, a 2010 reprint journal from PES. – Р. 15–23.

5. Phadke A.G., Thorp J.S. Synchronized Phasor Measurements and Their Applications. – Springer, 2008.

6. Bartolomey P.I., Eroshenko S.A., Lebedev E.M., Suvorov A.A. New information technologies for state estimation of power systems with FACTS // Proc. 3rd IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT Europe). – Berlin, Germany, Oct. 14–17, 2012.

7. Dán A.M., Raisz D. Estimation of transmission line parameters using wide-area measurement method // Proc. 2011 IEEE Trondheim PowerTech, Trondheim, Norway,
June 19–23, 2011.

8. Ritzmann D., Wright P.S., Holderbaum W., Potter B. A method for accurate transmission line impedance parameter estimation // IEEE Trans. Instrumentation and Measurement. – October 2016. – Vol. 65, no. 10. – P. 2204–2213.

9. Wu Z., Zora L.T., Phadke A.G. Simultaneous transmission line parameter and PMU measurement calibration // Proc. 2015 IEEE PES General Meeting, Denver, CO, USA, July 26–30, 2015.

10. Ivanov I., Murzin A. Synchrophasor-based transmission line parameter estimation algorithm taking into account measurement errors // Proc. IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT Europe), Ljubljana, Slovenia, Oct. 9–12, 2016.

11. Dommel H.W. Electromagnetic Transients Program (EMTP) Theory Book. – Portland, OR, USA: Bonneville Power Administration, 1986.

12. Martinez-Velasco J.A., Ramirez A.I., Davila M. Overhead lines // Power System Transients: Parameter Determination, J.A. Martinez-Velasco, Ed. – CRC Press, Taylor & Francis Group, 2009. – P. 17–135.

13. Chapter XXI «LINE CONSTANTS» supporting program // ATP Rule Book. – P. 21–45. (Available online for registered users of ATP)

14. Douglass D.A., Thrash F.R. Sag and tension of conductor // Electric Power Generation, Transmission, and Distribution, 3rd ed., L.L. Grigsby, Ed. – CRC Press, Taylor & Francis Group, 2012.

15. Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Физика почвы. – М.: Наука, 1967.

16. Simscape Power Systems Reference (Specialized Technology). – Natick, MA, USA: The MathWorks, Inc., March 2017.

17. Kiessling F., Nefzger P., Nolasco J.F., Kaintzyk U. Overhead Power Lines: Planning, Design, Construction (Power Systems). – Springer, 2003.

Ключевые слова на русском языке: 
высоковольтная воздушная линия электропередачи, параметры линий электропередачи, параметры нулевой последовательности, параметры прямой последовательности, проводимость, синхронизированные векторные измерения, сопротивление
Ключевые слова на английском языке: 
high voltage overhead transmission line, line parameters, zero sequence parameters, positive sequence parameters, admittance, synchronized phasor measurements, impedance
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2017.3.030-039
Количество скачиваний: 
34