本發(fā)明涉及輸電線路參數(shù)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

一般來講，根據(jù)電容效應(yīng)的大小，長度小于100km的架空輸電線路被定義為短線路，在計算中可以采用集中參數(shù)等效；100km到300km的架空輸電線路為中長線路，用集中參數(shù)模型等效存在一定的誤差；大于300km的架空輸電線路為長線路，電纜線路大于50km時也可稱為長線路，采用集中參數(shù)模型等效會引起工程上不能接受的誤差，必須用分布參數(shù)模型處理。測試短線路的線路參數(shù)(R、L、C)時，基本上可以將線路作為集中參數(shù)等效回路對待，入端阻抗除以線路總長度作為線路分布參數(shù)，所產(chǎn)生的誤差很?。话凑占袇?shù)模型處理的中長線路的參數(shù)誤差一般在5％以內(nèi)；長線路集中參數(shù)模型的誤差隨著長度的增加，超出工程可以接受的范圍。

超、特高壓直流輸電線路長度一般超過1000km，線路的傳輸速度一般接近光速(c＝300000km/s)，當(dāng)長度等于1500km時，線路的傳輸相位移已經(jīng)達到90°，線路入端阻抗的電容特性和電感特性發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，這是集中參數(shù)模型所不能等效的，必須將測量的開路入端阻抗和短路入端阻抗代入傳輸線方程，進行聯(lián)立求解，才能得到正確的線路分布參數(shù)(單位長度，每公里的R、L、C數(shù)值)。

高壓直流輸電線路在進行頻率特性測試時，由于測試頻率的增加，信號傳輸相位移繼續(xù)增大，當(dāng)頻率增加10倍時，1500km線路的相位移將約等于900°(5π)，這給直流輸電參數(shù)的測試的測量和方程聯(lián)立求解計算帶來更多的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測試系統(tǒng)，能夠?qū)Τ?、特高壓遠距離直流輸電線路進行頻率特性測試，有效減小測試誤差。

本發(fā)明所述基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測試系統(tǒng)的技術(shù)方案在于：包括變頻電源、隔離變壓器及GPS同步測量儀，所述變頻電源與隔離變壓器的原邊繞組連接，隔離變壓器副邊繞組連接直流輸電線路首端，所述GPS同步測量儀分為首端GPS同步測量儀和末端GPS同步測量儀，首端GPS同步測量儀連接直流輸電線路首端，末端GPS同步測量儀連接直流輸電線路末端。

作為優(yōu)選，所述GPS同步測量儀內(nèi)包括有電流取樣傳感器和電壓取樣傳感器，首端GPS同步測量儀和末端GPS同步測量儀內(nèi)的電流取樣傳感器和電壓取樣傳感器分別與直流輸電線路首端和末端連接，以采集直流輸電線路首端和末端的電流值。

作為優(yōu)選，所述GPS同步測量儀還包括CPU、信號調(diào)理放大器、AD轉(zhuǎn)換器及GPS芯片，所述CPU分別與AD轉(zhuǎn)換器和GPS芯片連接，AD轉(zhuǎn)換器連接信號調(diào)理放大器，所述電流取樣傳感器和電壓取樣傳感器同時與信號調(diào)理放大器連接。

作為優(yōu)選，所述變頻電源為臺灣CHROMA6530型，所述隔離變壓器為GPS-15X，所述電流取樣傳感器為KEW8148型50A/3V鉗式互感器，所述電壓取樣傳感器為LPT-13型800V/3V電壓傳感器，所述CPU為TMS320F2812數(shù)字信號處理器，所述信號調(diào)理放大器為OP27、AD620、AD526組成的運算放大器組件，所述AD轉(zhuǎn)換器為AD7656型，所述GPS芯片為KYL1020L型GPS模塊。

本發(fā)明所述基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測試方法的技術(shù)方案包括以下步驟：

(1)在直流輸電線路首端加入20Hz～2500Hz、0～300V試驗電壓；

(2)在直流輸電線路首端連接GPS同步測量儀，以接入直流輸電線路首端電壓信號和電流信號；

(3)在直流輸電線路末端連接GPS同步測量儀，以接入直流輸電線路末端的電壓信號和電流信號；

(4)設(shè)定直流輸電線路首端和末端的GPS同步測量儀在每分鐘第5秒的脈沖上升沿各自啟動首、末兩端的同步數(shù)據(jù)采集，以獲得直流輸電線路首末兩端的電流和電壓數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存的記錄標(biāo)號以時間為標(biāo)簽，便于數(shù)據(jù)編組對接。

上述技術(shù)方案的有益效果在于：

首端、末端的電壓和電流信號，由于有GPS時鐘及秒脈沖沿的同步，可以保證各個量值在同一時刻進行測試(同步誤差小于100ns)，得到的相量具有可參照性，從而帶入長線路方程求解。

變頻電源的引入，可以在20Hz～2500Hz的頻率范圍內(nèi)，進行全范圍測試，便于將測試到的各個參數(shù)對應(yīng)于測試頻率描繪成曲線。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖先描述本發(fā)明所述基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測試系統(tǒng)的實施例。

本實施例所述基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測試系統(tǒng)的技術(shù)方案包括變頻電源1、隔離變壓器2及GPS同步測量儀，所述變頻電源1與隔離變壓器2的原邊繞組連接，隔離變壓器2副邊繞組連接直流輸電線路9首端，所述GPS同步測量儀分為首端GPS同步測量儀10和末端GPS同步測量儀11，首端GPS同步測量儀10連接直流輸電線路9首端，末端GPS同步測量儀11連接直流輸電線路9末端。

所述GPS同步測量儀內(nèi)包括有電流取樣傳感器3和電壓取樣傳感器8，首端GPS同步測量儀10和末端GPS同步測量儀11內(nèi)的電流取樣傳感器3和電壓取樣傳感器8分別與直流輸電線路首端和末端連接，以采集直流輸電線路9首端和末端的電流值。

所述GPS同步測量儀還包括CPU5、信號調(diào)理放大器4、AD轉(zhuǎn)換器7及GPS芯片6，所述CPU5分別與AD轉(zhuǎn)換器7和GPS芯片6連接，AD轉(zhuǎn)換器7連接信號調(diào)理放大器4，所述電流取樣傳感器3和電壓取樣傳感器8同時與信號調(diào)理放大器連接。

所述變頻電源為臺灣CHROMA6530型，所述隔離變壓器為GPS-15X，所述電流取樣傳感器為KEW8148型50A/3V鉗式互感器，所述電壓取樣傳感器為LPT-13型800V/3V電壓傳感器，所述CPU為TMS320F2812數(shù)字信號處理器，所述信號調(diào)理放大器為OP27、AD620、AD526組成的運算放大器組件，所述AD轉(zhuǎn)換器為AD7656型，所述GPS芯片為KYL1020L型GPS模塊。

以下詳細說明利用上述技術(shù)方案對遠距離直流輸電線路進行頻率特性進行檢測的步驟。

先在直流輸電線路首端加入20Hz～2500Hz、0～300V試驗電壓；在直流輸電線路首端連接GPS同步測量儀，以接入直流輸電線路首端的電壓信號和電流信號；在直流輸電線路末端連接GPS同步測量儀，以接入直流輸電線路末端的電壓信號和電流信號；

然后設(shè)置上位機，設(shè)定直流輸電線路首端和末端的GPS同步測量儀在每分鐘第5秒的脈沖上升沿各自啟動首、末兩端的同步數(shù)據(jù)采集，以獲得直流輸電線路首末兩端的電流和電壓數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存的記錄標(biāo)號以時間為標(biāo)簽，便于數(shù)據(jù)編組對接。

其中：

變頻電源：產(chǎn)生滿足直流輸電線路頻率特性測試要求的變頻信號，信號頻率在20Hz-2500Hz可調(diào)節(jié)。

隔離變壓器：將變頻信號電源輸出的信號轉(zhuǎn)換成對稱的兩相信號，并實現(xiàn)信號源輸出與被測試直流輸電線路的隔離；

首端GPS同步測量儀器：接收衛(wèi)星GPS時間和秒脈沖信號，在系統(tǒng)約定的時間進行電壓和電流采集，得到首端電壓和電流的模值和相位角。

末端GPS同步測量儀器：接收衛(wèi)星GPS時間和秒脈沖信號，在系統(tǒng)約定的時間進行電壓和電流采集，得到末端電壓和電流的模值和相位角

以下描述利用GPS同步測量儀器測量后的計算過程：

設(shè)R₀、L0、g0、C0、分別為傳輸線路單位長度的電阻、電感、泄漏電導(dǎo)和電容；

E和Z分別為電源側(cè)電動勢和內(nèi)阻抗；

ZL為負載側(cè)阻抗；

單位長度的阻抗為：Z₀＝R₀+jwL₀；

其單位長度的導(dǎo)納：Y₀＝g₀+jwC₀。

長傳輸線路的方程推導(dǎo)：

均勻分布傳輸線路，在不受外界電磁場影響下，其上的電壓電流傳輸特性，采用公式表述如下：

其中：l為線路長度；

波阻抗為：

傳輸常數(shù)為：

當(dāng)末端接任意負載時，x＝l，l為線路長度。公式(1)和(2)可以演變?yōu)椋?/p>

式(5)和式(6)也可以改寫為：

1、末端短路時的求解

當(dāng)末端短路時，末端電壓為零，(7)、(8)可改寫為：

式(9)除以(10)得到：

令：則：

Z_c＝x/thγl (12)

式(10)可以改寫為：

和為首端的電壓和電流相量，為末端的電流相量，可以通過雙端GPS同步測量方式準(zhǔn)確得到，l為線路總長度。根據(jù)(12)、(13)，可以計算得到Z_c和γ，再根據(jù)(3)、(4)進而得到R₀、L₀、g₀和C₀等參數(shù)。

2.末端開路時的求解

當(dāng)末端開路時，末端電流為零，(7)、(8)可改寫為：

(14)除以(15)得到：

令：

則：Z_c＝x/cthγl (17)

式(14)改寫為：

根據(jù)(17)和(18)聯(lián)立求解，可以計算得到Zc和γ，再根據(jù)(3)、(4)進而得到R₀、L₀、g₀和C₀等參數(shù)。

以下以一個具體的實例對上述計算過程加以說明：

首端加入50Hz、0～300V試驗電壓；

首端GPS同步測量儀器通過CT接入電流信號，在首端接入電壓信號；

末端GPS同步測量儀器在末端接入電壓信號；

約定每分鐘的第5秒的脈沖上升沿各自啟動首、末兩端的同步數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)保存的記錄標(biāo)號以時間為標(biāo)簽，便于數(shù)據(jù)編組對接。

線路長度為1280km，首端和末端測試到的電壓、電流分別為：

6、求解

根據(jù)式(18)求取γl

γl＝0.046+j1.354＝1.3548∠88.05

求取c t hγl

求x

根據(jù)式(17)求Z_c

根據(jù)式(3)、(4)可推導(dǎo)：

計算得到電容量為C₀＝Y(jié)₀/2πf＝0.0125uF。

Z₀＝γZ_c＝1.058×10^-3∠88.05×269.6∠-1.95＝0.2853∠86.1

Z₀＝0.0194+j0.2846

計算得到電阻和電感：R₀＝0.0194、L₀＝0.2846/(2πf)＝0.906mH。

以上過程，可通過計算機編程自動化完成。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。