本發(fā)明涉及一種零序參數(shù)精確測量方法，尤其是涉及一種雙回不共端線路零序參數(shù)精確測量方法。

背景技術(shù)：

輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是電能輸送的載體。輸電線路參數(shù)是潮流計算、短路計算的重要參數(shù)，同時也是繼電保護整定及故障定位的重要參數(shù)。獲取高精度線路參數(shù)數(shù)據(jù)對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行有著十分重要的意義。

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，大量的新線路被建設(shè)并投入使用。由于新建線路需要占用大量的土地資源作為輸電走廊。在輸電走廊狹窄的地區(qū)，為滿足負荷的需求，常常對原有線路進行升級改造，因此出現(xiàn)了一種雙回不共端輸電線路。雙回不共端線路有別于一般的雙回線路，一般的雙回線路僅有兩個端點，即首末端位于同一個變電站之中。而雙回不共端線路，其兩回線路的首末端分別位于四個變電站之中，而且中間有一部分線路存在耦合，其零序參數(shù)的測量難度很大。

目前耦合傳輸線零序參數(shù)測量的研究已經(jīng)取得了一些成果，這些成果主要應(yīng)用在雙回共端輸電線路零序參數(shù)測量之中。如果應(yīng)用于雙回不共端輸電線路零序參數(shù)測量，則會使得參數(shù)測量誤差非常大，無法滿足實際工程測量需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的采用集中參數(shù)模型忽略分布電容而無法用于長距離(200km及以上)輸電線路零序參數(shù)測量的弊端，也避免了以往測量方法假設(shè)雙回線路長度相同，從而使得測量誤差過大的技術(shù)問題；提供了一種雙回不共端輸電線路零序參數(shù)測量；解決了異地信號測量測量的同時性問題；可同時測量零序電阻、零序電感、零序電容共9個零序參數(shù)。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的。

一種雙回不共端輸電線路零序參數(shù)精確測量方法，其特征在于基于定義雙回不共端輸電線路由線路1和線路2組成，線路1的長度設(shè)為l₂，線路2的長度設(shè)為l₁+l₂+l₃，其零序參數(shù)的測量模型是一種四端口網(wǎng)絡(luò)；

測量步驟包括：

步驟1，停電測量雙回不共端輸電線路，為了得到線路零序參數(shù)，需要將線路首末端三相短接。本發(fā)明的加壓方式為施加單相零序電源，懸空表示三相短接并開路。

兩回線路的測量接線方式如下：

測量方式I：線路1首端加壓，末端接地；線路2首端懸空，末端接地。

測量方式II：線路1首端懸空，末端接地；線路2首端加壓，末端接地。

測量方式III：線路1首端加壓，末端懸空；線路2首端接地，末端懸空。

測量方式IV：線路1首端接地，末端懸空；線路2首端加壓，末端懸空。

步驟2，利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的同步授時功能，同步測量A、B、C、D四個端點的零序電壓數(shù)據(jù)和零序電流數(shù)據(jù)；A、B表示線路1的兩個端點，C、D表示線路2的兩個端點；

步驟3，對步驟2所得每個獨立測量方式下得到的電壓測量數(shù)據(jù)和電流測量數(shù)據(jù)，采用傅立葉算法得到各獨立測量方式下首端和末端的基波電壓相量和基波電流相量，再利用這些相量數(shù)據(jù)將輸電線路的零序參數(shù)求解出來。

待測的線路零序參數(shù)為R₁、L₁、C₁、R₂、L₂、C₂、R_m、L_m、C_m，其中R₁、L₁、C₁分別代表第一回線單位長度的零序自電阻、零序自電感、零序自電容；R₂、L₂、C₂分別代表第二回線單位長度的零序自電阻、零序自電感、零序自電容；R_m、L_m、C_m分別代表單位長度零序互電阻、零序互電感、零序互電容。

為方便公式推導(dǎo)，將電阻和電感參數(shù)轉(zhuǎn)化為阻抗參數(shù)；將電容參數(shù)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)納參數(shù)。由于線路的電導(dǎo)可忽略不計，因此導(dǎo)納參數(shù)的實部為零。

式中，Z₁和Y₁分別表示第一回線路的零序自阻抗和零序自導(dǎo)納；Z₂和Y₂分別表示第二回線路的零序自阻抗和零序自導(dǎo)納；Z_m和Y_m分別表示兩回線路之間的零序互阻抗和零序互導(dǎo)納。

線路1的長度設(shè)為l₂，線路2的長度設(shè)為l₁+l₂+l₃，設(shè)和分別是線路1在A點的零序電壓和零序電流；和是線路1在B點的零序電壓和零序電流；和是線路2在C點的零序電壓和零序電流；和是線路2在D點的零序電壓和零序電流。以上相量均為基波相量。

零序參數(shù)求解過程如下：

步驟3.1，根據(jù)測量方式，計算網(wǎng)絡(luò)特性矩陣。

式中，矩陣中各相量元素的上標表示測量方式。例如表示在測量方式I下A點的零序電壓；表示在測量方式I下A點的零序電流；表示在測量方式I下B點的零序電壓；表示在測量方式I下B點的零序電流；表示在測量方式I下C點的零序電壓；表示在測量方式I下C點的零序電流；表示在測量方式I下D點的零序電壓；表示在測量方式I下D點的零序電流。上標II，III，IV則表示在測量方式II，III，IV下對應(yīng)的測量值。

步驟3.2，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特性矩陣得到中間變量γ和z_c。

使用消元法消去z，

得到關(guān)于γ的一元方程如下：

求解可得γ，將γ代入式(5)可得z_c。

步驟3.3，計算中間變量α₁,α₂,α₃,α₄和β₁,β₂,β₃,β₄。

步驟3.4，計算中間變量r₁、r₂。

步驟3.5，計算中間變量K₁、K₂、K₃、K₄。

步驟3.6，將K₁、K₂、K₃、K₄和β₁,β₂,β₃,β₄代入下式，計算阻抗矩陣Z。

步驟3.7，根據(jù)Y＝Z^-1K求得導(dǎo)納矩陣。

步驟3.8，最后，由式(1)和式(2)將阻抗和導(dǎo)納轉(zhuǎn)換為電阻、電感、電容參數(shù)。

其中，ω＝2πf，f為電力系統(tǒng)頻率50Hz，l₁、l₂、l₃分別表示不共端線路三個部分的長度。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、適合于各種長度的雙回不共端輸電線路零序參數(shù)測量；

2、本發(fā)明方法測量利用GPS技術(shù)解決了異地信號測量測量的同時性問題；

3、可一次性測量出電阻、電感、電容共9個零序參數(shù)。

附圖說明

圖1為雙回不共端輸電線路四端網(wǎng)絡(luò)模型示意圖。

圖2為AB-PQ分布參數(shù)模型示意圖。

圖3雙回不共端線路仿真模型示意圖。

圖4為本發(fā)明方法和傳統(tǒng)方法測量誤差對比圖。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行具體的說明。

實施例：

以下結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案。

雙回不共端輸電線路零序參數(shù)精確測量，實施例包括以下步驟：

步驟1，停電測量雙回不共端輸電線路，為了得到線路零序參數(shù)，需要將線路首末端三相短接。本發(fā)明的加壓方式為施加單相零序電源，懸空表示三相短接并開路。

線路接線方式如下：

測量方式I：線路1首端加壓，末端接地；線路2首端懸空，末端接地。

測量方式II：線路1首端懸空，末端接地；線路2首端加壓，末端接地。

測量方式III：線路1首端加壓，末端懸空；線路2首端接地，末端懸空。

測量方式IV：線路1首端接地，末端懸空；線路2首端加壓，末端懸空。

步驟2，采用步驟1所選擇的各種獨立方式分別測量，利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的同步授時功能，同步測量1回線路和2回線路的首末端的電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；

利用GPS的授時功能獲得誤差小于1微秒的時間基準，在GPS時間同步下，同時采集各輸電線路首末兩端的電壓和輸電線路首末兩端的電流，并以文件的方式將測量數(shù)據(jù)保存。

步驟3，對步驟2所得每個獨立測量方式下得到的電壓測量數(shù)據(jù)和電流測量數(shù)據(jù)，采用傅立葉算法得到該獨立測量方式下首端和末端的基波電壓相量和基波電流相量，再利用這些相量數(shù)據(jù)將雙回不共端線路的零序參數(shù)求解出來。

實施例在將步驟1中選擇的各種獨立測量方式下的測量完成后，將各種獨立測量方式下所得測量數(shù)據(jù)保存成的文件匯總到一臺計算機中。在各獨立測量方式下，首末端均取線路加壓后若干時間內(nèi)(例如0.2秒至0.4秒間)的測量數(shù)據(jù)，采用傅立葉算法分別得到各個獨立測量方式下輸電線路首末兩端的基波電壓相量和基波電流相量，然后進行零序參數(shù)求解。傅立葉算法為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不予贅述。

本發(fā)明中的電壓單位為伏特，電流單位為安培。利用各獨立測量方式下所測得的線路首末端基波電壓相量和零序電基波流相量，可以計算不共端線路網(wǎng)絡(luò)特性矩陣，再通過網(wǎng)絡(luò)特性矩陣求出雙回不共端線路的零序參數(shù)。

實施例雙回不共端線路的零序參數(shù)的求解過程如下：

由于不共端線路只有一部分存在耦合，所以需要分別考慮線路的三個部分。為方便公式推導(dǎo)，引入中間變量其中，和是P點的零序電壓和零序電流；和是Q點的零序電壓和零序電流。

線路的CP和QD兩段不存在耦合，所以傳輸方程是相似的。l₁為CP的長度，l₂為QD的長度，單位均為km。

式中，γ和z_c為推導(dǎo)過程中所需的中間變量。

而線路的AB-PQ部分是平行的雙回線路，其分布參數(shù)模型如附圖2所示。

附圖2中，和分別表示微元dx首端的零序電壓；和分別表示微元dx首端的零序電流；和分別表示微元dx末端的零序電壓；和分別表示微元dx末端的零序電流。

得到傳輸線方程如下：

以(A3)為例說明求解方法，首先得到(A3)的二階方程如下：

其中：

對(A5)做Laplace變換得到

其中：I表示二階單位矩陣

矩陣K的特征根如下：

對(A6)做Laplace反變換，并且設(shè)x＝l₂，得到

同理，求解(A4)得到：

寫為矩陣形式：

中間變量表達式如下：

將(A1)和(A2)代入(A12)得到

式(A13)為四端點線路的網(wǎng)絡(luò)特性方程，其中

不妨設(shè)：

則：

T₁₁＝α₁

T₁₃＝β₁

T₁₄＝α₂z_c sinh(γl₃)+β₂cosh(γl₃)

T₂₁＝α₃cosh(γl₁)+δ₃z_c sinh(γl₁)

T₂₃＝β₃cosh(γl₁)+α₂z_c sinh(γl₁)

T₂₄＝cosh(γl₁)[α₄z_c sinh(γl₃)+β₄cosh(γl₃)]+z_c sinh(γl₁)[δ₄z_c sinh(γl₃)+α₄cosh(γl₃)]

T₃₁＝δ₁

T₃₃＝σ₁

T₃₄＝δ₃z_c sinh(γl₃)+α₃cosh(γl₃)

T₄₁＝α₃sinh(γl₁)/z_c+δ₃cosh(γl₁)

根據(jù)前文所述的四種獨立測量方式計算網(wǎng)絡(luò)特性矩陣T。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特性矩陣得到：

消元法消去Z_c

得到關(guān)于γ的方程如下：

式(A17)為一元方程，求解可得γ，將γ代入式(A16)可得z_c

計算中間變量α₁,α₂,α₃,α₄。

計算中間變量β₁,β₂,β₃,β₄。

特征根r₁、r₂的可以通過求解式(A20)得到：

矩陣K可以根據(jù)(A11)獲得，計算公式如下：

根據(jù)β₁,β₂,β₃,β₄和矩陣K代入式(A12)，可以求得阻抗矩陣Z。

根據(jù)Y＝Z^-1K求導(dǎo)納矩陣Y。

最后將阻抗參數(shù)轉(zhuǎn)換為電阻、電感參數(shù)、導(dǎo)納參數(shù)轉(zhuǎn)換為電容參數(shù)。

用本發(fā)明技術(shù)方案對雙回不共端線路長度從100km到500km變化時進行仿真測量。根據(jù)附圖1所示的不共端線路模型，在PSCAD軟件中建立仿真模型，如附圖3所示。輸電線路單位長度零序參數(shù)的理論值(真值)如表1所示。

表1零序參數(shù)理論值

本發(fā)明測量方法得到的測量結(jié)果如表2所示。

表2本發(fā)明測量方法得到的測量結(jié)果

傳統(tǒng)方法得到的測量結(jié)果如表3所示。

表3傳統(tǒng)方法得到的測量結(jié)果

分別取電阻、電感和電容參數(shù)測量誤差的最大值進行測量誤差對比，得到附圖4。

從以上仿真結(jié)果可以看出，傳統(tǒng)方法測量精度和線路長度是負相關(guān)的，而且當(dāng)線路長度超過100km，傳統(tǒng)方法的測量精度急劇下降。這是由于傳統(tǒng)方法使用了集中參數(shù)模型，該模型無法模擬電感和電容之間的磁場聯(lián)系，因此不適用于分布效應(yīng)顯著的長距離線路，從表3中可以看出，傳統(tǒng)方法的最大測量誤差從2.2％上升到55％。本發(fā)明方法使用了分布參數(shù)模型，該模型和實際線路模型更為貼近，同時充分考慮了分布效應(yīng)的影響，測量誤差始終保持在一個合理的范圍之內(nèi)。從表2中可以看出，本發(fā)明方法對任意一個參數(shù)的測量精度均在1％以內(nèi)，測量精度非常高。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。