传输线路模型
传输线是电力系统非常重要的元件,由于频率属性和对地回路,传输线不是一个线性元
件,在时域有两种方法对传输线模仿:
集中参数是指π模型,在频域分析中,π模型能够比较精确,但在时域分析中,特别是
对长线路仿真,π模型的精确度就会大受影响,因此π模型一般只作为短传输线路的仿真模
型。
π 型模型
当采用物理模拟时,输电线路的分布参数效应往往用多级集中参数的π 型等效电路级
联来模拟。当采用数字仿真时,有时也采用这种方法来模拟输电线路。其优点为它不受线路
参数矩阵是否平衡的限制;对感兴趣的任何一根单导线(包括地线)都可作为多相输电线路
中的一相来处里。缺点为计算效率很低,模拟一条输电线路就要耗费很多节点,而且容易产
生虚假振荡。
分布参数模型有 Bergeron 模型、频率决定参数模型。
Bergeron 模型是一种基于行波原理的常频率模型,它能精确模拟基频下的稳态时传输线
路的阻抗(导纳)。但在模型暂态过程或谐波严重时的线路时,将不准确。该模型常用于潮
流的计算、一般保护的设计等。
输电线路的 Bergeron 模型的主要思想是将分布参数的线路化为集中参数的模型来处理,
然后用集中参数电路的分析方法来研究。在雷电过电压计算中,一般只需考虑单相导线即可,
在计算操作过电压时涉及三相,但应用相模变换,可将三相网络转变为等效的单相网络。
包括 Frequency Dependent(Mode)Model、Frequency Dependent(Phase)Model,这
两种模型都能反映线路的频率响应,因此它对暂态过程和谐波严重时的线路都有很好的模拟。
频率相关(模式)模型(Frequency-Dependent (Mode) model):该模型即由 J.Marti
提 出 的 考 虑 频 率 特 性 的 线 路 模 型 发 展 而 来 , 该 模 型 基 于 常 量 转 换 矩 阵
(Constanttransformation matrix),其中的元件参数与频率相关。该模型在考虑线路换位的情
况下,采用模态技术求解线路常数。能较精确模拟理想换位导线(或两根导线水平设置)和
单根导体的系统。但在用于精确模拟交直流系统相互作用的时候该模式就不能给出可靠的解
了,另外不能准确模拟不对称的线路也是该模型的一个缺点。
频率相关(相位)模型(Frequency-Dependent (Phase) model):元件参数频率相关,
该模型考虑了内部转换矩阵(Internal transformation matrices),在相位范围内直接求解换位
问题。可精确模拟所有结构的传输线,包括不平衡几何结构的线路。除非有特殊的原因选取
前两个模型,频率相关(相位)模型在仿真计算中,应为首选项。该模型在世界上是最为先
进和精确的传输线时域分析模型。
电力系统线路模型可以分为:集中参数模型和分布参数模型。一般来说,电力系统的参数是均匀分布的。但是,
对于中等长度一下的电力线路可以按集中参数建模。所谓中等长度以下,一般是指 110KV~220KV 下的在
100~300km 内的架空线路。
对于集中参数模型,输电线路可以用以下四个参数描述:表示热能效应的电阻 R,表示磁场效应的电感 L,
表示电场效应的电容 C 和表示漏电流和电晕的电导 G。然后等效成π型等效电路,利用电路知识解答。对于分布
参数模型,其多用微分方程表示,线路的各种分析都是基于未分方程的求解。
当然,两者各有优缺点和使用范围。短线路用集中模型分析,计算简单,可以满足一定要求。对于长线路,
则必须用分布参数模型,尤其是长线路高电压的情况下,可以利用行波的特点进行故障分析和线路保护。