同杆并架输电线路参数计算软件设计毕业设计论文

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1、 毕业设计（论文）题目 同杆并架输电线路参数计算软件设计 学生姓名 雷映明 学号 2010409324 专业 电气工程及其自动化 班级 20104093 指导教师 李振兴 评阅教师 熊 炜 完成日期2014 年5 月 20日目 录摘要1前言31 同杆并架输电线路的研究现状及发展4 1.1 同杆并架线路发展现状4 1.2 输电线参数计算方法研究现状4 1.3 输电线参数计算软件研究现状6 1.4 课题研究的主要内容与章节安排62 同杆并架输电线路参数计算方法研究7 2.1输电线路参数7 2.2输电线路参数矩阵计算9 2.3分裂导线及导线换位的处理153 同杆并架输电线路参数计算软件设计17 3.

2、1 C-Sharp语言介绍17 3.2软件总体设计思路18 3.3软件界面介绍19 3.4 编程中特殊问题的处理234 软件计算校验和仿真24 4.1建立电路模型24 4.2 软件计算结果25 4.3 PSCAD直接仿真26 4.4实测方式仿真27 4.5计算结果对比分析305 结论32致 谢33参考文献34附录：3642 41 同杆并架输电线路参数计算软件设计学 生：雷映明指导教师：李振兴（三峡大学科技学院）摘 要：同杆并架双回输电线路因具有输电容量大、输电走廊小、成本低等特点而被广泛使用。它作为电力输电系统的主要组成部分，其参数是电力系统进行各种分析、计算、控制等工作的前提，其参数的准确性

3、直接影响电力系统中保护装置、稳定控制装置等的正确运行。同杆并架双回线路难以实现完全换位造成线路参数不对称，多回线路间存在复杂的耦合关系，这些都使得不能运用传统方法计算来计算同杆并架多回线的参数。对此本文提出了一种同杆并架双回线路参数计算方法，并采用C-Sharp高级程序语言编制了一套同杆并架双回线路参数计算软件。该软件具有人机界面友好、层次结构清楚、操作简单等优点。论文还以某一段实际的同杆并架双回输电线路为原型，在PSCAD平台中搭建了典型的同杆并架双回输电线路数字仿真模型。并对该数字仿真模型做了各种参数测试，其测试结果和本文编制的参数计算软件计算结果吻合良好。关键词：同杆并架双回线路；输电线

4、路参数计算；软件设计；仿真模型Software design parameters about parallel transmission lines at the same towerStudent: Lei YingmingGuidance teacher: Li Zhenxing（China Three Gorges University Institute of Technology）Abstract：Parallel double-circuit transmission lines at the same tower are used widely with transmissio

5、n capacity, transmission corridor of small, low cost and. It is the chief component of power system, and their parameters are essential for analysis, computation and control of power system. The accuracy of parameters directly affects the normal operation of protection system, stability control devi

6、ces, etc. in power system. This paper presents a parameter calculation method of double-circuit transmission lines at the same tower, and writing a set of double-circuit transmission lines parameter calculation software using programming language of C-Sharp. The software has advantages of friendly i

7、nterface, clear structure of level, simple operation. The paper also takes a piece of practical double circuit transmission line as the prototype, in the PSCAD platform to build a typical double circuit digital simulation model of transmission line. And the digital simulation model of various parame

8、ters test, the test parameters and the results are in good agreement with the calculation software.Keywords：Double-circuit transmission lines at the same tower; Calculation of transmission line parameters; software design; Simulation model前言随着我国经济的快速发展，电力的需求量日益增大，电网建设已朝向超高压、大容量、长距离的方向发展。与此同时，城市化进程加快

9、使得土壤资源日显稀缺。同杆并架双回线路可以有效提高单位走廊输电容量，减少占用土地面积，减少投资，大大降低了电力建设成本，已经在我国得到了广泛推广。同杆并架双回输电线路方式,由于双回线路架设在同一杆塔上，难以实现完全换位，导致三相参数不对称；线路间距离很近，线路间电磁耦合和静电耦合作用很强；而且多回线路有多种不同运行方式，在不同运行方式之下线路之间的影响又要具体分析，因此输电线的参数影响因素复杂。在传统的输电线参数计算方法中，为方便计算，对线路模型进行了很多假设和近似，如认为三相导线换位完全，导线参数对称。由上面分析知这个假设在同杆并架双回线路中并不成立。另外，传统方法计算平行双回线路参数时，因

10、回路间距离远大于相间距离，忽略回路之间的相互影响。而在同杆并架双回线路中，回路间距离和相间距离相差不大，回路间影响不能忽略。所以如果采用传统方法计算输电线参数，计算结果将偏离实际值较远。输电线参数是电力系统进行潮流计算、短路电流计算、继电保护整定计算及选择电力系统运行方式等工作之前建立电力系统模型的必要参数，其准确性直接关系到这些计算结果的准确性。如果工作中使用的输电线路参数不准确，可能给电力系统带来很大的影响，甚至产生重大的电力事故，因此及时准确的获得输电线路的工频参数对于电力系统至关重要，尤其是随着我国电力系统的不断发展，电网的不断扩大，电力系统自动化程度的不断提高，对于输电线路参数的准确

11、性要求也越来越高。所以研究同杆并架双回线路情况下线路参数的影响因素，并将这些因素量化到理论计算方法中，得到准确的输电线参数意义重大。鉴于上文所述，如果要准确计算同杆并架双回线路参数，就要考虑很多复杂的影响因素，这必将导致计算公式的复杂化和计算量的剧增，采用手工计算有两个缺点，一是工作量太大，费力费时；二是理论计算的过程中不可避免地用到了工程上的一些假设和近似，而且实际中的一些自然因素难以量化到理论计算公式中，这些都导致了计算精确度不高。1 同杆并架输电线路的研究现状及发展1.1 同杆并架线路发展现状早期的同杆并架双回线主要是受出线走廊狭窄、城市空间紧张或山区架线不便等因素而形成的，随着经济的发

12、展，电力需求量增大，电网输电能力要求也越来越高，与此同时，土地资源紧张的矛盾日益激烈，同杆并架双回线路的优势突显出来，逐渐由被动转为主动，得到推广1。“西电东送”的南通道工程中自贡至成都线路位于居民稠密的川西平原，为压缩线路走廊，在国内率先全线采用同塔双回路设计方案。国家电力公司电网建设专家委员会2000年会议也重点对提高输电网的输电能力、节约线路走廊问题进行了研究，并提出了积极大胆地推广采用同杆并架双回和紧型输电线路的建议2。国外多回路同杆塔架设线路主要使用在人口密度较高的地区和国家。在亚洲，日本是人口密度很高的国家，因此使用双回线路和多回线路也最多，仅东京电力公司在1985年以前建设的16

13、条500kv线路中就有14条是同杆双回线路。在欧洲，德国由于人口密度高、工业发达、输送容量大、线路走廊紧张，所以也较多使用双回线路和多回线路34。1.2 输电线参数计算方法研究现状目前，获得输电线参数通常有两种方法：一是通过实际测量获得，二是根据线路的排列方式和物理参数进行理论计算获得5。一般的理论计算方法都是通过做出一系列假设和近似，对输电线路建立比较规范的电路模型，再运用电磁场理论推导出各项参数的计算公式。一般理论计算采用的一些主要假设和近似有：大地是均匀无损的，具有同一电阻率、导磁率和介电常数，大地电位为零；大气空间是均匀无损的，具有同一导磁率和介电常数；架空线路是水平的，且足够长(长导

14、线可以忽略三维终端效应)；导线之间的距离比导线的半径至少大一个数量级；线路经过换位均变成平衡线路，即相应的阻抗系数矩阵和电位系数矩阵均为对称阵；三相线路的导线型号一致，分裂导线均为对称分布。 上述假设和近似虽然给建模和公式推导带来很大的简化，但同时也是造成计算结果与实际值之间误差的因素。当然其中有一些因素在理论计算中难以考虑，或者会因为考虑而使理论计算过程大大复杂化，同时提高的准确度也不明显，这些因素的近似和假设是合理的。而有些因素则是易于考虑或是在同杆并架双回线路情况下必须考虑的，考虑这些因素并将其量化到计算公式中，能有效提高理论计算的准确度。目前大多数文献中，推导各序参数都是以自阻抗系数、

15、互阻抗系数和电位系数为基础。从原则上讲，有了这三个参数，不论导线如何排列，也不论有没有架空地线，线路参数都可以进行计算。传统方法中计算多回线路正、负序阻抗的公式，与计算单回线路的正、负序阻抗相同，只考虑了相间影响，而不考虑回路之间和回路与架空地线之间的影响。这是由于一般情况下两回线路的间距离相比同一回线路相间的距离大，可以认为每一条线路与另一回线各相线距离近似相等，它们之间的互感也就相等，所以两回线间正序合成互感电势为零，可以不考虑正序互感的影响。如图1-1所示双回线路，若认为，则导线A与导线abc之间的互感满足，导线A由于线间互感产生的电压为： （1-1）所以在计算正序阻抗时，不必考虑线间互

16、感影响。同理，架空地线的影响也不考虑。ZmAcZmAaZmAbBCabc图1-1 双回线示意图显然，在同杆并架双回线时，这种近似不尽合理，因为两回线架设在同一杆塔上，它们之间的距离相比同一回线相间距离不会大太多，所以每一条线路与另一回线各相线路距离差距较大，互感不能近似相等，计算正序参数时两回线路间的互感不能近似为零。传统方法计算零序阻抗时，除了相间互阻抗外，还考虑了回路间和回路与架空地线之间的零序互阻抗。但是为了使计算公式的统一和简单，用两回线路之间的互几何均距代替实际距离。而且公式的推导是基于两回线路并列运行的情况，推导出来的公式也只适用于这一种运行方式。而工程实际中两回线路有多种运行方式

17、，如一回线运行另一回线接地检修、单回线运行另一回线切除。所以传统的公式计算方法只能解决简单典型的问题，不够灵活，我们要寻求一种能普遍适用的方法。传统方法中求取电容的方法是先根据线路参数和线路排列方式求取电位系数矩阵，再对电位系数矩阵求逆矩阵即可求出相应的并联电容矩阵。同样，计算正序电纳时也没有考虑两回线路之间的影响。处理同杆并架双回线路问题当前还有一种常用方法，即六序分量法。该方法首先也是求取自阻抗系数和互阻抗系数，得到阻抗系数矩阵，然后通过分解为正、反向量消去两回线路之间的互感，再通过对称分量法得到各序阻抗。此方法要求自阻抗系数、相间互阻抗系数和线间互阻抗系数分别相等，才能实现两回线之间的解

18、耦。所以也是基于假设线路间距离相等的基础之上，这导致计算结果准确度不高。此外，六序分量法最后得到的每回线路参数有正向和反向正、负、零序共六个参数，不便应用。1.3 输电线参数计算软件研究现状从上个世纪60年代开始，计算机应用于输电线路参数的理论计算，但是一般的计算软件所依托的计算理论都是传统的计算公式，很少有专门针对同杆并架双回线路设计的软件，所以前面分析的传统方法在同杆并架双回线路情况下存在的缺陷依然存在。计算机软件计算线路参数有很多优点。首先，计算的精确度和速度得到了极大提高，提高了效率；其次，计算软件强调了数据获得的方便与快速，表征线路排列方式的初始条件修改方便，计算结果表示方式清楚直观

19、；最后数据的存储和更正方便。1.4 课题研究的主要内容与章节安排本文的主要工作是回顾传统输电线参数计算方法，分析传统方法运用于同杆并架双回线路面临的新问题，从基本电磁方程出发，寻求一般的、普适的计算方法，并用编程语言实现，设计成具有良好人机界面的软件，并通过两种仿真方式对软件进行测试和校验。第一章首先介绍本课题的基本情况，综述目前国内外的研究现状，对本文的主要研究内容进行概括，同时对各章节内容做简要概述。第二章以输电线路参数计算的基础，即阻抗系数和电位系数为起点，分别从阻抗和电容两方面阐述了同杆并架双回线路参数计算的方法和具体步骤，同时给出了工程实际中常见特殊问题的处理方法。基于第二章的计算方

20、法，第三章介绍整个软件的总体框架和流程图，并结合软件运行界面截图，对软件各部分进行详细介绍，最后针对编程中出现的特殊问题进行说明以及解决办法。第四章对软件计算结果进行校验，选取一段实际工程中的线路作为计算实例，首先在PSCAD中搭建其模型，仿真其参数，然后分别用两种仿真方法进行计算，将两者结果与仿真结果对比分析。第五章对全文工作进行总结，并对下一步工作进行展望。2 同杆并架输电线路参数计算方法研究2.1输电线路参数输电参数分为阻抗系数和导纳系数。阻抗是由线路的电阻和相应的电感组成的，计算线路阻抗时，首先求取自阻抗系数和互阻抗系数，列出阻抗系数矩阵，然后才能进行矩阵变换，得到各序阻抗。导纳是由有

21、功损耗电导（在一般的电力系统计算中忽略）和无功损耗电纳组成，其中电纳取决于电容，因此一般在计算中可以只计算电容。在求取线路电容的时候，电位系数也是必须首先求取的量。下面将分别介绍这两组基本概念。2.1.1线路自阻抗和互阻抗的计算对于线路的自阻抗最主要的是要计算线路的电感值，即为“单导线-大地”的感。两线路电感必然存在电感间的耦合，因此也会存在互阻抗，根据文献1可知，导线的自阻抗和互阻抗分别为： （2-1） （2-2）其中，为输电线路单位长度电阻，为大地单位长度等效电阻，为等值深度，为导线自几何间距，D为两导线间间距。为了分析方便，本章均不考虑架空地线对线路参数的影响。对于=50Hz，0.05/

22、km。对于非铁磁材料的单股线 （2-3） 对于非铁磁材料的多股线 （2-4） 对于钢芯铝线 （2-5）代表虚拟导线的等值深度，它是大地电阻率和频率f(Hz)的函数，即 （2-6）2.1.2线路自电位系数和互电位系数的计算三相架空线路架设在离地面有一定高度的地方，大地将影响导线周围的电场。同时，三相导线均带有电荷，在计算空间任意点的电位时均须计及地面平行的带电导体电场的影响。在静电场计算中，大地对与地面平行的带电导体电场的影响可用导体的镜像来代替。2hiHijDijijij图2-1两平行于地面的导线由文献1知，图2-4中导线i的自电位系数为 （2-7）导线i与导线j之间的互电位系数为 （2-8）

23、式（2-7）和（2-8）中是空间介电常数，c是光速。令c=29979.25km/s,，则有。2.2输电线路参数矩阵计算同杆并架输电线路参数矩阵的计算与普通线路参数计算方法一样，也是以自阻抗系数、互阻抗系数和电位是系数为基础，然后对矩阵进行相应的变换从而实现导线间的解耦，最后求得相应的序阻抗。2.2.1线路阻抗矩阵计算 （1）电磁方程在列写电磁方程时，架空地线和导线并没有本质区别，它们都必须满足电磁方程。假设导线与地线一起共有n根导线，对于一个以地为回路的n根导线组成的系统，将是一个由n*n个元素的矩阵。 对于同杆并架双回线路带两根架空地线的情况讨论，如图2-2所示。g1g2abcABC图2-2

24、 带两根地线的双回线路此时，电磁方程为 （2-9）（2）消除地线影响对于接地良好的架空地线，地线电压为零，地线电位差也为零，根据这个特征可以消去电磁方程中地线相关的量。说明一下，这种消去只是数学上的处理，并不是不考虑地线的影响，而是修正输电导线的阻抗系数，使修改过的阻抗系数反映地线的影响。具体消去地线的方法有两种，在此采用求逆矩阵的方法，一是先对式（2-9）中的Z方阵求逆，得到 （2-10）将矩阵中最后两行和两列删去，再对该方阵求逆，即可得到 （2-11）这样就消去了地线相关的行和列。这种方法原理直观，步骤简单。关键在于中间需要两次矩阵求逆运算，如果能得到矩阵求逆的算法，并用编程语言实现，封装

25、为一个求逆函数，那么这种方法就显得很简捷。 （3）回路间的解耦在实际应用线路参数时，希望参数是反映回路间影响的单回线路参数，所以下面需要对式（2-11）中的阻抗矩阵进行处理，将回路间的互阻抗消去。实现回路间解耦要根据双回线的运行方式，得出电磁方程相应满足的条件，利用这些条件经过数学处理即可消去回路间的互感。下面就各种常见的运行方式分析回路间解耦的具体方法。A.双回线并列运行双回线并列运行是同杆并架最常见的运行方式，此时两回线路对应相的电压相等，即方程（2-11）中（2-12） （2-13） 式（2-13）中后三行等效于三根地线，按照前面阐述的消去地线相关行和列的方法，可得到 （2-14） 这样

26、，就把ABC回路对abc回路的影响综合到阻抗矩阵中，实现回路间的解耦。同样，可以得到考虑abc回路影响的ABC回路的单回路阻抗矩阵。B.单回线路运行另一回线接地检修当一回路运行另一回线路检修时，接地回路的导线相当于架空地线。假设ABC回路接地检修，则电磁方程满足 （2-15）代入式（2-11），再按照消去地线相关行和列的方法，消去ABC相关的行和列，得到和式（2-14）相同形式的abc回路的单回线路矩阵方程。C.单回线路运行另一回线绝缘双回线路还有一种运行方式是一回线路运行，另一回线路悬空绝缘而不是接地。此时绝缘回路电流为零，对运行回路没有互感电压，所以对运行回路的阻抗参数并没有影响，运行回路

27、只需考虑导线自阻抗和相间互阻抗，回路间没有耦合。假设ABC回路绝缘，则abc回路的矩阵方程就为 （2-16）需要指出，绝缘回路电流为零，对运行回路阻抗参数没有影响，但是它电位不为零，对运行回路的电容参数有影响，后面计算电容参数时详细阐述。 （4）求序阻抗矩阵通过前面的步骤，已经得到了每回线路的考虑线间影响和地线影响的单回线路参数，求取各序参数只需用对称分量法中的转换矩阵进行转换即可。若矩阵s为对称分量变换矩阵，序阻抗矩阵为 （2-17）这里矩阵是通过前面的一系列变换运算得到的，一般都不是对称矩阵，所以由式（2-17）求得的序阻抗矩阵非对角元素不全为零，各序分量之间存在耦合，这可能给参数的运用带

28、来不便。我的看法是，既然前面的计算方法是正确和准确的，如果计算出的结果显示各序分量之间存在耦合，那么说明实际上各序分量之间也确实存在耦合，我们要本着实事求是的态度将完整的线路参数提供给使用者，至于各序分量之间的耦合要不要忽略留给使用者取舍。传统方法中为实现各序分量的独立性，计算伊始就认定自阻抗和互阻抗分别相等，这也造成了其计算结果准确度不高。2.2.2线路阻抗矩阵计算线路模型中导纳部分包括线路电导和线路电纳，线路电导主要是反映电晕现象引起的有功功率损耗，由于在设计电力线路时已采取措施避免电晕现象的出现，故一般计算中不计线路电导。求取线路电容的方法与求取阻抗的方法有相似之处，但不完全相同。具体步

29、骤是求取电位系数矩阵，求取电容矩阵，消去地线相关行和列，实现回路间解耦，和求取各序参数。 （1）求取电位系数矩阵电位系数的公式见式（2-7）和式（2-8），可以看出，电位系数只由杆塔尺寸和导线的半径决定。这里仍然选取同杆并架双回线路带架空地线的情况分析。根据杆塔尺寸和导线参数求得电位系数矩阵，并列写矩阵方程 （2-18） （2）求电容矩阵对式（2-18）中的电位系数矩阵求逆即可得到电容矩阵，得到 （2-19）电容矩阵是以节点形式表示的，它的对角线元素是导线与所有其它导线以及地线之间的单位长度电容之和，非对角线元素是导线之间单位长度电容的负值。 （3）求取电位系数矩阵对于接地良好的架空地线，电位

30、为零，即，所以地线相关的行和列可以直接消去，得到 （2-20） （4）回路间解耦和阻抗部分一样，这里也需要结合线路的具体运行方式，才能实现回路间解耦。下面针对各种运行方式具体分析回路解耦的方法。 A.双回线并列运行双回线并列运行则满足对应相的电位相等，即 （2-21）由该条件和式（2-20）很容易得到下式 （2-22） 式（2-21）已经实现了回路间解耦，稍作变形即可得到单回线路的电容矩阵。 B.一回线运行，另一回线接地检修一回线运行，另一回线接地检修时，接地回路电位为零，假设ABC回路接地检修，则有： （2-23）所以接地回路完全等效于架空地线，采用消去地线相关行和列的方法，消去接地回路相关

31、行和列，其实就是直接将接地回路相关的行和列删去。 C.一回线运行，另一回线绝缘这种情况下，绝缘导线由于电荷守恒，其电荷为零，假设ABC回路接地检修，则 （2-24）根据条件（2-24）解耦有两种方法，第一种是对式（2-19）中电容矩阵求逆，然后将式（2-20）代入，直接将ABC相关行和列消去，再求逆，即可得到单回线路的电容矩阵。 （5）求序阻抗矩阵通过前面一系列计算，求得了单回线路的电容矩阵，再求取各序参数已经很容易了，若s为对阵分量变换矩阵，则序电容矩阵为 （2-25）同序阻抗矩阵一样，序电容矩阵非对角线元素不一定为零，各序电容之间可能存在耦合。由于导纳矩阵里面的元素电纳，其中，因此得到电容

32、矩阵后还要乘以相应的系数从而得到导纳矩阵。2.3分裂导线及导线换位的处理在电力系统中考虑到线路阻抗以及各种辐射、耦合对输电线路的影响，输电线路的导线常常采用分裂导线并且各相间需进行换位处理，经过这些处理后，将会影响输电线路参数的计算，下面将探讨对此情况的处理方式。2.3.1分裂导线的处理对于超高压输电线路，为了减小输电线路电抗、降低导线表面电场强度以达到降低电晕损耗和抑制电晕干扰的目的，往往采用分裂导线。分裂导线中每相导线由24根单根导线组成，且布置在正多边形的顶点上。在此采用等效半径的方式进行处理，这种方法是在应用了某些适当的假设的情况下，把每相由几根导线组合而成的分裂导线当作一根等值的导线

33、来处理，从而使计算得到简化。假设电流在每相的各根导线中是均匀分布的，那么在整体上每相的分裂导线就可以看成为一根等值的导线。但是这需要满足如下两个基本条件：一是每相的各根导线在布置上对称，二是其它相的电流在同一相的各根导线中的感应电势相同。实际上分裂导线中的各根导线在布置上是对称的，即从横截面上看，是布置在等边多角形的顶点上。此外，在一相分裂导线中各导线的距离（即分裂间距）通常比相间距离小许多倍（一般为几十倍），因此，由其它相在同一相的各导线上所建立的磁场作用，可以认为事实上是相同的，即在同一相的各导线中感应的电势可以近似地认为相同。综上，对于分裂导线来讲，上述的两个条件是基本满足的。分裂导线的

34、等值导线的半径可以根据磁场效应相等的条件确定。具体推算时，可按等值导线与分裂导线具有相等自阻抗系数的等值条件来求取，其一般表达式为： （2-26）式中，,其中，n为分裂导线的根数，d为分裂导线中相邻两根导线之间的距离（m），为组成分裂导线的单根导线的计算半径（m）。等值导线的半径确定以后，各参数的计算就与普通导线参数的计算一样。需要注意的是，等值导线的电阻应为分裂导线的每根导线电阻的1/n。许多计算表明，在实际工程计算中，应用分裂导线等值半径计算线路参数是可以满足精度要求的。2.3.2导线换位的处理因为三相导线排列不对称，各相导线所交链的磁链及各相等值电感不同，这将引起三相参数不对称。实际输电

35、线路中，常利用导线换位来使三相恢复对称，如图2-9所示。abcacbbca位置1位置2位置3图2-2 导线换位导线换位之后，导线之间的相互位置关系变了，相互之间距离改变了，阻抗系数矩阵和电位系数矩阵也随之而变。我们可以将导线换位后视为塔型改变了，所以其处理方法和上节中不同塔型的处理一样，我们先分别求出、段的阻抗系数矩阵和电位系数矩阵，乘以各段长度后累加即得到整个线路的阻抗系数矩阵和电位系数矩阵。3 同杆并架输电线路参数计算软件设计基于以上对同杆并架双回线路工频参数的理论计算方法的分析，本文采用了C-Sharp高级程序设计语言编制了可以应用于不同排列方式、不同长度、不同导线型号的工频参数理论计算

36、的软件。3.1 C-Sharp语言介绍3.1.1 C-Sharp语言基本情况C# 语法表现力强，只有不到 90 个关键字，而且简单易学。C# 的大括号语法使任何熟悉 C、C+ 或 Java 的人都可以立即上手。了解上述任何一种语言的开发人员通常在很短的时间内就可以开始使用 C# 高效地工作。C# 语法简化了 C+ 的诸多复杂性，同时提供了很多强大的功能，例如可为空的值类型、枚举、委托、匿名方法和直接内存访问，这些都是 Java 所不具备的。C# 还支持泛型方法和类型，从而提供了更出色的类型安全和性能。C# 还提供了迭代器，允许集合类的实现者定义自定义的迭代行为，简化了客户端代码对它的使用。 作

37、为一种面向对象的语言，C# 支持封装、继承和多态性概念。所有的变量和方法，包括 Main 方法（应用程序的入口点），都封装在类定义中。类可能直接从一个父类继承，但它可以实现任意数量的接口。重写父类中的虚方法的各种方法要求 override 关键字作为一种避免意外重定义的方式。在 C# 中，结构类似于一个轻量类；它是一种堆栈分配的类型，可以实现接口，但不支持继承。3.1.2 .NET Framework 平台体系结构C# 程序在 .NET Framework 上运行，它是 Windows 的一个必要组件，包括一个称为公共语言运行时 (CLR) 的虚拟执行系统和一组统一的类库。CLR 是 Micr

38、osoft 的公共语言基础结构 (CLI) 的一个商业实现。CLI 是一种国际标准，是用于创建语言和库在其中无缝协同工作的执行和开发环境的基础。用 C# 编写的源代码被编译为一种符合 CLI 规范的中间语言 (IL)。IL 代码与资源（如位图和字符串）一起作为一种称为程序集的可执行文件存储在磁盘上，通常具有的扩展名为 .或 .。执行 C# 程序时，程序集将加载到 CLR 中，这可能会根据清单中的信息执行不同的操作。然后，如果符合安全要求，CLR 执行实时 (JIT) 编译以将 IL 代码转换为本机机器指令。CLR 还提供与自动垃圾回收、异常处理和资源管理有关的其他服务。由 CLR 执行的代码有

39、时称为“托管代码”，它与编译为面向特定系统的本机机器语言的“非托管代码”相对应。下图演示了 C# 源代码文件、基类库、程序集和 CLR 的编译时与运行时的关系。3.1.3 Microsoft Visual Studio 2010 开发工具Visual Studio是微软公司推出的开发环境。是目前最流行的Windows平台应用程序开发环境。Visual Studio 2010版本于2010年4月12日上市，其集成开发环境（IDE）的界面被重新设计和组织，变得更加简单明了。Visual Studio 2010同时带来了 NET Framework 4.0、Microsoft Visual Stud

40、io 2010 CTP( Community Technology Preview-CTP)，并且支持开发面向Windows 7的应用程序。除了Microsoft SQL Server，它还支持 IBM DB2和Oracle数据库。此次设计采用此开发工具，它功能强大、界面好、易学、特别适合Windows窗体程序的开发，大大减小了本次设计的难度。3.2软件总体设计思路根据上述的同杆并架输电线路参数计算方法，计算软件的流程图如图3-1。整个程序的功能主要分为5个部分：线路基本信息输入部分、导线排列方式输入部分、导线参数输入部分、计算和结果显示部分、保存部分。线路的基本信息在主窗口中输入，其它各部分

41、在主窗口上都有一个命令按钮与之对应，响应命令按钮的消息处理函数是弹出一对话框，由该对话框实现该部分的功能，实现功能模块化。运行程序时，只需要通过点击主窗口中相应的按钮就可以完成整个线路的参数计算，结构清晰，操作简单方便，具有良好的人机界面。图3-1计算软件的流程3.3软件界面介绍3.3.1 程序主界面图3-2为程序的主界面，开始参数计算首先进入到这个界面，输入线路的基本信息，如地线根数、土壤电阻率、运行方式。土壤电阻率和导线运行方式都是计算的必要条件，在计算开始前必须输入，否则程序会出错。当然，为了提高程序的容错性，在程序代码编写时，针对没有输入的情况会弹出对话框提示输入。 图3-2软件主界面

42、3.3.2导线排列方式输入界面图3-3为单回线的导线排列方式输入窗口，导线的排列方式主要指相互之间的位置关系和导线对地高度，为了描述这两个信息，本文是这样考虑的：以杆塔的中轴线为直角坐标系的y轴，以大地的水平面为x轴建立坐标系，依次输入各回线路和架空地线的坐标，这样就唯一地确定了导线的排列方式。为了使程序使用者理解，窗口右侧贴出了示意图。当输入完一段线路的坐标和线路长度后，按“确定”按钮，程序将数据收录在一个数组中，按“清空”按钮后将窗口中各数据重新置零，等待下一段线路坐标的输入。按“取消”按钮，该次数据不收录，各数据清零。当按“返回”按钮，该窗口关闭，返回主窗口两个数组，其中一个保存了各段线

43、路坐标，另一个保存了各段线路长度，按“读入参数”时弹出坐标库，可直接选择坐标。按“添加到库”时坐标保存到库，如图3-4，可添加坐标，也可删除坐标，这样让坐标输入变得更加方便。 图3-3软件导线排列方式窗口 图3-4软件导线排列方式坐标库窗口3.3.3导线参数输入界面图3-5为导线参数输入窗口，导线参数主要有导线型号、导线电阻和计算半径，工程实际中，导线有固定的规格，只要知道导线型号，导线参数即可查表得到。软件中制作了一个小的导线参数数据库，如图3-6所示，点击“读入导线”进入。其中保存了常用规格的架空导线参数，只要在相应的导线型号上鼠标单击，就选中了该种导线，返回后，该种导线的参数自动赋给导线

44、参数输入窗口中相应的输入框，并且导线库可以任意添加和删除导线。当采用分裂导线时可将其选中并输入分裂数和分裂距离，程序将自动计算出等效半径。架空地线参数的输入和输电线一样，既可以自己手动输入，也可以从导线库中导入，而且和输电线共一个导线库。图3-5导线参数输入窗口图3-6导线库窗口3.3.4结果显示窗口根据上一章中的计算方案，软件最后给出的线路参数应该是每回线路的序阻抗矩阵和序导纳矩阵。同时，工程实际中有时不仅需要序参数，也需要知道两回线路之间的互阻抗，所以我们也将全阻抗矩阵作为结果，当然这里的全阻抗矩阵已经消去地线相关行和列，即考虑了地线影响的，结果显示窗口如图3-7所示。图3-7参数计算结果

45、3.3.5结果保存计算完成后，有时需要将结果以word形式保存，以便下一次利用，或打印报表。结果显示窗口面上“保存”按钮实现这一功能，得到计算结果后，点击此按钮，弹出选择保存路径和文件名对话框，选择好确定后，此次计算的线路信息、计算结果都保存在该文件中，如图3-8所示。图3-8结果保存文件3.4 编程中特殊问题的处理3.4.1 矩阵类的编写类构成了实现C#面向对象程序设计的基础。类是C#封装的基本单元，它把数据和函数封装在一起。.NET是微软提供的C#类库，用来对Windows API提供面向对象的封装，其中包含的类涉及用户界面的设计、文件的操作、数据库的访问、COM、ActiveX等总多方面

46、，但是却没有矩阵类。本程序的计算方案是以矩阵为基础的，显然我们要编写一个矩阵类，封装矩阵数据和基本矩阵运算操作。矩阵类的代码详见附录，它是一个模板类，因为我们要用到多种数据类型矩阵，比如阻抗系数矩阵元素是复数，而电容系数矩阵元素是浮点型。模板类能适用于各式各样的数据类型，只需在使用时写明数据类型。如前所述，类主要由两部分组成：数据和操作数据的函数。矩阵类中的数据当然是矩阵元素，在C#中没有相应的复数矩阵类，因此我编写了一个复数矩阵类，这个复数矩阵类的函数主要有构造函数和运算符重载。3.4.2 复数矩阵求逆对于C-Sharp而言矩阵可以直接用二维数组表示，但对于复数矩阵而言，就需要重新编写一个复

47、数矩阵类，对此我将复数矩阵的元素分为实数部分和虚数部分分开处理从而完成对复数矩阵的计算。在导线间解耦过程中，需对矩阵求逆，对于编程而言实数矩阵求逆一般采用全选主元高斯-约当（Gauss-Jordan）消元法对矩阵求逆，步骤如下：首先，对于k从1到n作如下操作：（1） 从第k行，第k列开始的右下角子矩阵中选取绝对值最大的元素，并记住此元素的行号和列号，再通过行交换和列交换将它交换到主元位置上。这一步称为“全选主元”。（2）（3）（4）（5）最后，根据在全选主元的过程中所记录的行、列交换的信息进行恢复，恢复的原则如下：在全选主元过程中，先交换的行和列后进行恢复；原来的行（列）交换用列（行）交换来恢

48、复。函数需要的唯一参数就是要进行求逆的矩阵，正常结束后其逆矩阵仍存放于其中。函数返回值为0表示矩阵不是方阵，或者矩阵式奇异矩阵，计算中止；返回值为1表示程序运行正常结束，矩阵的逆存放在原矩阵中。对于复数矩阵求逆，采用分开求逆法对于复数矩阵C有 （3-1）其中实部矩阵A，虚部矩阵B是n阶可逆矩阵。 （3-2）对于此次的复数矩阵实部矩阵和虚部矩阵都是可逆的，因此次方法可行。这样就把复数矩阵求逆转换成实数矩阵求逆，虽然需求很多次实数逆矩阵，但对于计算机程序而言是很容易实现的。4 软件计算校验和仿真选取工程实际中某一段同杆并架双回输电线路为实例在PASCAD中搭建线路模型，测试其在各种运行工况时的参数

49、，包括各线路自阻抗、互阻抗，各回线路正序阻抗、零序阻抗、正序电纳和零序电纳，选取两回线并列运行的情况分别介绍各参数的具体测量方法，其它运行工况下参数的测量方法可依此类推。然后用软件进行结果校验，并与PSCAD仿真结果进行比较。即可校验软件的准确性，进一步和传统方法计算结果进行比较分析，对比二者的准确度。4.1建立电路模型我们选取的计算线路原型为斗荆回500kV输电线路，其主要参数如下：回路数：2；导线分裂数：4；导线分裂间距：500mm；长度：50km； 换位：无； 导线对地平均高度：16.5m（下相）27.5m（中相）39.5m（上相）；地线对地平均高度：41.5m；导线型号：ACSR-72

50、0/50；外径：36.2mm；直流电阻：0.03984/km；地线型号：LBGJ-120-40AC；外径：14.25mm；直流电阻：0.3606/km；线路排列方式如下图：g1(-11,41.5)g2(11,41.5)a(-10.8,27.5) b(-8.3,16.5) c(-7.5,39.5) A(10.8,27.5) B(8.3,16.5) C(7.5,39.5)图4-1 斗荆回500kV输电线路排列方式4.2 软件计算结果 打开该软件根据提示将相应的参数输入其中计算到的结果如下：表4-1 软件计算结果运行方式正序阻抗（）零序阻抗（）正序电纳（S）零序电纳（S）两回线并列运行0.6039+

51、j13.924619.1186+j52.4451224.5471*10-6105.9120*10-6一回线运行，另一回接地检修0.6267+j12.89183.0436+j25.1485235.3906*10-6147.4549*10-6单回线运行0.5953+j13.02299.9949+j34.3338234.485*10-6135.6995*10-6 表4-2软件计算各线路自阻抗和互阻抗（）abcABCa3.53+j20.692.86+j8.973.40+j6.742.96+j6.402.83+j6.913.21+j5.22b2.86+j8.973.22+j21.893.14+j5.59

52、2.83+j6.912.71+j8.343.07+j5.08c3.40+j6.743.14+j5.594.43+j17.803.21+j5.223.07+j5.083.47+j5.17A2.96+j6.402.83+j6.913.21+j5.223.53+j20.692.86+j8.973.40+j6.74B2.83+j6.912.71+j8.343.07+j5.082.86+j8.973.22+j21.893.14+j5.59C3.21+j5.223.07+j5.083.47+j5.173.40+j6.743.14+j5.594.43+j17.804.3 PSCAD直接仿真PSCAD直接仿真

53、计算是直接搭建输电线路模型，然后进行仿真，仿真软件将直接计算出系统输电线路的各项参数，如下图所示。图4-2 系统电路图图4-3 线路及杆塔模型图根据上述仿真得到的结果如下：表4-3 PSCAD直接仿真结果运行方式正序阻抗（）零序阻抗（）正序电纳（S）零序电纳（S）两回线并列运行0.498+j13.04218.05+j55.22211.194*10-6120.5*10-6一回线运行，另一回接地检修0.6688+j12.71873.0379+j25.0672224.501*10-6141.703*10-6单回线运行0.6757+j12.799810.0088+j34.7858223.67*10-6

54、132.8*10-6表4-4 PSCAD直接仿真各线路自阻抗和互阻抗abcABCa3.70+j19.833.11+j7.473.11+5.585i3.04+j6.373.04+j6.373.04+j6.37b3.11+j7.473.70+j19.833.11+j7.473.04+j6.373.04+j6.373.04+j6.37c3.11+j7.473.11+j7.473.70+j19.833.04+j6.373.04+j6.373.04+j6.37A3.04+j6.373.04+j6.373.04+j6.373.474+j21.003.11+j7.473.11+j7.47B3.04+j6.3

55、73.04+j6.373.04+j6.373.11+j7.473.19+j22.173.11+j7.47C3.04+j6.373.04+j6.373.04+j6.373.11+j7.473.11+j7.474.294+j18.194.4实测方式仿真按照上述参数在PSCAD中搭建线路模型，测试其在各种运行工况时的参数，包括各线路自阻抗、互阻抗，各回线路正序阻抗、零序阻抗、正序电纳和零序电纳，下面选取两回线并列运行的情况分别介绍各参数的具体测量方法，其它运行工况下参数的测量方法可依此类推。正序阻抗：将线路末端接地，则线路首端电压的正序分量与电流的正序分量 （4-1）的比值即为正序阻抗，电路图如图4

56、-4所示，假设U1为Ua、Ub和Uc的正序分量，I1为Ia、Ib和Ic的正序分量，则IcIbIaABCg1g2UaUbUc图4-4两回线运行正序阻抗测量电路正序电纳：正序电纳的测量方法与正序阻抗基本相似，只需将测量回路各相末端开路即可。零序阻抗：将线路末端接地，则线路首端电压的零序分量与电流的零序分量的比值即为零序阻抗，电路图如图4-5示，假设U0为Ua、Ub和Uc的零序分量，I0为Ia、Ib和Ic的零序分量，则 （4-2） 零序电纳：零序电纳的测量方法与零序阻抗基本相似，只需将测量回路的各相末端开路即可。图4-5 两回线运行零序阻抗测量电路线路自阻抗和互阻抗：按照自阻抗和互阻抗的定义，只将一

57、条线首端路接电源，其它线路断开，该条线首端电压与电流比值为自阻抗，其它线路首端电压与该线路电流的比值为它们之间的互阻抗。地线总是保持接地状态，这样我们仿真得到的自阻抗和互阻抗就考虑了地线影响，对应于软件计算中消去地线相关行和列的阻抗矩阵。电路图如图4-6所示，Zaa、Zab分别表示导线a的自阻抗和导线a与b之间的互阻抗，则 （4-3） （4-4）图4-6 线路自阻抗和互阻抗测量电路 图4-7 斗荆线PSCAD仿真模型通过上述实测方法在PSCAD中仿真中得到的结果如下表：表4-5 PSCAD实测仿真结果运行方式正序阻抗（）零序阻抗（）正序电纳（S）零序电纳（S）两回线并列运行0.6398+j13

58、.494318.9806+j51.3184221.443*10-6103.97*10-6一回线运行，另一回接地检修0.6188+j12.71873.0379+j25.0672230.501*10-6145.703*10-6单回线运行0.6157+j12.799810.0088+j34.7858230.67*10-6132.5*10-6表4-6 PSCAD实测仿真各线路自阻抗和互阻抗abcABCa3.474+21.0i2.789+9.299i3.11+5.585i2.876+6.739i2.76+7.23i3.107+5.585ib2.789+9.30i3.194+22.17i3.042+5.95i2.761+7.230i2.66+8.65i2.979+5.429ic3.276 + 7.12i3.042+5.946i4.29+18.19i3.107+5.585i2.98+5.43i