复杂输电网络三相不平衡度计算方法、设备及存储介质与流程

本技术涉及电力系统输电线路设计与分析，尤其涉及一种复杂输电网络三相不平衡度计算方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、随着土地资源的日益稀缺，输电线路走廊日趋紧张，同塔并架多回路设计已成为高压输电线路建设的重要趋势。然而，同塔多回路/混压架设会导致各回路的空间位置、对地高度不对称，且不同电压等级导体的电磁感应作用不对称，造成输电线路电气参数的不对称性显著增强，加剧系统产生的不对称电流/电压，影响发电机、电动机等设备的运行寿命。

2、现有技术中，三相不平衡度的计算方法主要包括传输矩阵法、戴维南等值法和分段π模型法。此外，现有方法未充分考虑同塔段邻近耦合线路的输送容量、电压等级、运行方式等运行工况参数对不平衡度的影响，也未给出阻抗计算公式（carson公式与复穿透深度公式）在不同场景下的自适应选择策略。

3、上述内容仅用于辅助理解本技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种复杂输电网络三相不平衡度计算方法、设备及存储介质，旨在解决现有三相不平衡算法未充分考虑邻近耦合线路运行工况对不平衡度的影响，且缺乏阻抗计算公式的自适应选择机制，导致对同塔多回路混压共塔场景的计算精度不足的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提出一种复杂输电网络三相不平衡度计算方法，所述的方法包括：

3、获取输电杆塔上各导线挂点的空间位置参数；

4、根据线路长度和土壤电阻率自适应选择卡森公式或复穿透深度公式，并利用所述空间位置参数计算线路的单位长度阻抗矩阵和单位长度导纳矩阵；

5、根据线路间的电气耦合关系将输电网络划分为多个分段，针对每个分段建立π等效模型，得到各分段的阻抗矩阵和导纳矩阵；

6、获取同塔段其他耦合线路的输送容量、电压等级及运行方式，根据所述输送容量和所述电压等级计算线路末端的三相对称等效负载阻抗值，并将所述三相对称等效负载阻抗值作为边界条件；

7、针对每个分段建立状态方程，将各分段的阻抗矩阵和导纳矩阵以及所述边界条件代入所述状态方程，结合分段间的连接方程形成全网电气特性方程组并求解，得到各分段两端节点的电压值和电流值；

8、利用相序变换矩阵将所述电压值和电流值转换为正序分量、负序分量和零序分量，根据所述负序分量与所述正序分量的比值计算负序不平衡度，根据所述零序分量与所述正序分量的比值计算零序不平衡度。

9、在一实施例中，所述根据线路长度和土壤电阻率自适应选择卡森公式或复穿透深度公式的步骤，包括：

10、获取待计算输电线路的全线长度值；

11、当所述全线长度值小于或等于第一预设长度时，选择卡森公式计算所述单位长度阻抗矩阵和所述单位长度导纳矩阵；

12、当所述全线长度值大于第一预设长度时，选择复穿透深度公式计算所述单位长度阻抗矩阵和所述单位长度导纳矩阵；

13、当所述全线长度值等于第一预设长度时，获取全线土壤电阻率的平均值，若所述平均值高于预设阈值则选择卡森公式，若所述平均值低于或等于所述预设阈值则选择复穿透深度公式。

14、在一实施例中，所述根据线路长度和土壤电阻率自适应选择卡森公式或复穿透深度公式，并利用所述空间位置参数计算线路的单位长度阻抗矩阵和单位长度导纳矩阵的步骤，包括：

15、获取线路沿线各基杆塔所处位置处土壤电阻率的测量值；

16、计算全线所有测量值的算术平均值，作为全线土壤电阻率的代表值；

17、当所述代表值低于预设阈值时，选择复穿透深度公式计算所述单位长度阻抗矩阵和所述单位长度导纳矩阵；

18、当所述代表值不低于所述预设阈值时，选择卡森公式计算所述单位长度阻抗矩阵和所述单位长度导纳矩阵；

19、当所述代表值处于以所述预设阈值为中心的设定浮动范围内时，进一步根据线路长度选择计算公式，线路长度小于或等于五十千米时选择卡森公式，线路长度大于五十千米时选择复穿透深度公式。

20、在一实施例中，所述根据线路间的电气耦合关系将输电网络划分为多个分段的步骤，包括：

21、将输电网络中的同塔多回架设段划分为一基础分段，并将所述同塔多回架设段起点之前的单回进线段划分为一独立分段；

22、当所述同塔多回架设段内部存在杆塔结构类型变化时，在结构类型变化的杆塔位置处将所述基础分段划分为多个子分段；

23、当所述同塔多回架设段内部存在导线型号变化时，在导线型号变化的耐张段位置处将所述基础分段划分为多个子分段；

24、当划分后任一子分段的长度超过设定的最大分段长度阈值时，将所述子分段沿线路方向等分为多个长度不超过所述阈值的子分段。

25、在一实施例中，所述获取同塔段其他耦合线路的输送容量、电压等级及运行方式，根据所述输送容量和所述电压等级计算线路末端的三相对称等效负载阻抗值的步骤，包括：

26、根据每回耦合线路的所述输送容量和所述电压等级，计算每回耦合线路末端的三相额定负载阻抗幅值；

27、根据每回耦合线路的所述运行方式，确定每回耦合线路当前投入运行的回路数量，所述运行方式包括单回路运行方式和双回路运行方式；

28、当所述运行方式为单回路运行方式时，将所述三相额定负载阻抗幅值直接作为该回耦合线路末端的三相对称等效负载阻抗值；

29、当所述运行方式为双回路运行方式时，将两回线路各自的三相额定负载阻抗幅值进行并联计算，得到双回路运行方式下的三相对称等效负载阻抗值；

30、当同塔段内存在多回不同电压等级的耦合线路时，分别计算每回耦合线路末端各自的三相对称等效负载阻抗值，并分别作为各自回路的边界条件。

31、在一实施例中，所述将各分段的阻抗矩阵和导纳矩阵以及所述边界条件代入所述状态方程，结合分段间的连接方程形成全网电气特性方程组并求解，得到各分段两端节点的电压值和电流值的步骤，包括：

32、针对每个分段，以各分段两端节点的三相电压和三相电流作为状态变量，建立反映所述分段输入输出电气量关系的状态方程；

33、根据相邻分段在公共节点处电压相等的约束条件，建立分段间的第一类连接方程；

34、根据相邻分段在公共节点处注入电流代数和为零的约束条件，建立分段间的第二类连接方程；

35、将所有分段的状态方程、所有分段间的第一类连接方程和第二类连接方程以及所述边界条件联立，形成闭合的全网电气特性方程组；

36、采用牛顿拉夫逊法对所述全网电气特性方程组进行迭代求解，直至相邻两次迭代的电压修正量最大值小于收敛容差时终止迭代，输出各分段两端节点的电压值和电流值；

37、当所述牛顿拉夫逊法迭代不收敛时，以当前解为初始值，采用阻尼牛顿法重新进行迭代求解，得到各分段两端节点的电压值和电流值。

38、在一实施例中，所述利用相序变换矩阵将所述电压值和电流值转换为正序分量、负序分量和零序分量，根据所述负序分量与所述正序分量的比值计算负序不平衡度，根据所述零序分量与所述正序分量的比值计算零序不平衡度的步骤之后，还包括：

39、以同塔段长度为变量，在预设长度区间内以设定步长进行参数扫描，在每一个同塔段长度取值下重复执行获取空间位置参数至计算不平衡度，分别记录各同塔段长度取值下对应的零序不平衡度和负序不平衡度；

40、根据各同塔段长度取值下的零序不平衡度计算零序不平衡度相对于同塔段长度的变化率，并根据各同塔段长度取值下的负序不平衡度计算负序不平衡度相对于同塔段长度的变化率；

41、比较所述零序不平衡度的变化率与所述负序不平衡度的变化率的大小关系，当所述零序不平衡度的变化率大于所述负序不平衡度的变化率时，判定零序不平衡度对同塔段长度具有更高的敏感性；

42、当所述负序不平衡度的变化率大于所述零序不平衡度的变化率时，判定负序不平衡度对同塔段长度具有更高的敏感性。

43、在一实施例中，所述利用相序变换矩阵将所述电压值和电流值转换为正序分量、负序分量和零序分量，根据所述负序分量与所述正序分量的比值计算负序不平衡度，根据所述零序分量与所述正序分量的比值计算零序不平衡度的步骤之后，还包括：

44、以所述输送容量为变量，在预设容量区间内以设定步长进行参数扫描，在每一个输送容量取值下重新计算同塔段其他耦合线路末端的三相对称等效负载阻抗值，并重复执行状态方程建立与求解至计算不平衡度，分别记录各输送容量取值下对应的零序不平衡度和负序不平衡度；

45、根据各输送容量取值下的零序不平衡度绘制零序不平衡度随输送容量变化的第一变化曲线，并根据各输送容量取值下的负序不平衡度绘制负序不平衡度随输送容量变化的第二变化曲线；

46、根据所述第一变化曲线计算零序不平衡度对输送容量的第一灵敏度，根据所述第二变化曲线计算负序不平衡度对输送容量的第二灵敏度；

47、比较所述第一灵敏度和所述第二灵敏度的大小关系，确定零序不平衡度和负序不平衡度对耦合线路输送容量的差异化敏感性排序。

48、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种复杂输电网络三相不平衡度计算设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序配置为实现如上文所述的复杂输电网络三相不平衡度计算方法的步骤。

49、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述的复杂输电网络三相不平衡度计算方法的步骤。

50、本技术提出的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：

51、本技术的技术方案，获取输电杆塔上各导线挂点的空间位置参数；根据线路长度和土壤电阻率自适应选择卡森公式或复穿透深度公式，并利用所述空间位置参数计算线路的单位长度阻抗矩阵和单位长度导纳矩阵；根据线路间的电气耦合关系将输电网络划分为多个分段，针对每个分段建立π等效模型，得到各分段的阻抗矩阵和导纳矩阵；获取同塔段其他耦合线路的输送容量、电压等级及运行方式，根据所述输送容量和所述电压等级计算线路末端的三相对称等效负载阻抗值，并将所述三相对称等效负载阻抗值作为边界条件；针对每个分段建立状态方程，将各分段的阻抗矩阵和导纳矩阵以及所述边界条件代入所述状态方程，结合分段间的连接方程形成全网电气特性方程组并求解，得到各分段两端节点的电压值和电流值；利用相序变换矩阵将所述电压值和电流值转换为正序分量、负序分量和零序分量，根据所述负序分量与所述正序分量的比值计算负序不平衡度，根据所述零序分量与所述正序分量的比值计算零序不平衡度。

52、本技术的技术方案，在保障不同条件下阻抗计算精度的同时实现运行工况对不平衡度影响的主动量化引入，解决了固定阻抗公式缺乏自适应能力及耦合线路运行工况影响无法量化计入的技术难题，实现了三相不平衡度计算从静态开环计算到工况自适应闭环融合、从单一经验公式到条件驱动智能选型的技术跨越。