CN102323487B - 基于谐波分量的输电线路零序电容抗干扰测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于谐波分量的输电线路零序电容抗干扰测量方法，具体为：将待测输电线路停电，将其末端三相开路、首端三相短接；直接利用待测输电线路首端加压点所在变电站的单相工频电源，对待测输电线路进行加压；同步采集待测输电线路首端的零序电压、零序电流和末端的零序电压；根据测量得到的电压数据和电流数据，利用谐波分量来计算待测输电线路的零序电容，再换算为工频下输电线路的零序电容。本发明方法消除了工频干扰的影响，大大提高了输电线路零序电容测量结果的精度。

Description

基于谐波分量的输电线路零序电容抗干扰测量方法

技术领域

本发明属于电力系统输电线路参数测量技术领域，特别是涉及一种输电线路零序电容抗干扰测量方法。

背景技术

随着电力系统规模的发展，发电厂、变电站出线增多，互感线路越来越多。

确定输电线路零序电容参数的方法有公式计算法和停电测量法。由于输电线路的零序电容参数受到很多因素的影响，所以采用公式计算法获得的零序电容理论计算值的精度无法满足工程要求。

当一条新建输电线路投入运行前，需要测量新建线路的零序电容等参数，此新线路可能与其它已建线路之间存在互感；用传统的停电测量法测量互感线路的零序电容时要求与被测线路有互感耦合的线路全部停电，否则在互感(即干扰)很大时，其测量误差很大，而要对互感线路完全停电进行测量经常是不可能的。因此，寻求一种新的输电线路零序电容抗干扰测量方法，是电力系统运行部门所急需的，不仅具有重要的理论价值，而且具有很大的经济效益与社会效益。

发明内容

本发明的目的在于克服传统停电测量法测量输电线路零序电容时存在的不足，提出了一种基于谐波分量的输电线路零序电容抗干扰测量方法，实现了在有干扰的情况下对输电线路零序电容的准确测量。

为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案是：

基于谐波分量的输电线路零序电容抗干扰测量方法，包括以下步骤：

步骤一，采集待测输电线路上的电流数据和电压数据：

1)将待测输电线路停电，将其末端三相开路、首端三相短接；

2)在待测输电线路首端施加输电线路加压点所在变电站的单相交流电压，加压源的频率为工频；

3)同步采集待测输电线路首端的零序电压、零序电流和末端的零序电压；

步骤二，根据步骤一所采集的电流数据和电压数据计算待测输电线路的零序电容：

1)对步骤一采集的首端零序电压数据u_s(k)、零序电流数据i_s(k)和末端零序电压数据u_m(k)，利用离散傅里叶算法计算得到待测输电线路首端零序电压、零序电流和末端零序电压n次谐波的实部分量和虚部分量：

a、待测输电线路首端零序电压n次谐波的实部分量和虚部分量为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{snr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_s\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ U_{\mathrm{sni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_s\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.$

(1)

其中，U_snr为待测输电线路首端零序电压n次谐波的实部分量，U_sni为输电线路首端零序电压n次谐波的虚部分量，N为一个采样周期的采样点数，k为采样点，n≤10；

b、待测输电线路首端零序电流n次谐波的实部分量和虚部分量如下：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{snr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_s\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ I_{\mathrm{sni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_s\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.$

(2)

其中，I_snr为输电线路首端零序电流n次谐波的实部分量，I_sni为输电线路首端零序电流n次谐波的虚部分量，N为一个采样周期的采样点数，k为采样点，n≤10；

c、待测输电线路末端零序电压n次谐波的实部分量和虚部分量如下：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{mnr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_m\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ U_{\mathrm{mni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_m\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.$

(3)

其中，U_mnr为输电线路末端零序电压n次谐波的实部分量，U_mni为输电线路末端零序电压n次谐波的虚部分量，N为一个采样周期的采样点数，k为采样点，n≤10；

为了提高精度，在计算待测输电线路首端零序电压、零序电流和末端零序电压n次谐波的实部分量和虚部分量时，可以取测量数据中多个采样周期的采样数据来计算上述各量，并取其平均值；

2)计算待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n，其单位为F(法)：

(4)

其中，

为输电线路首端零序电压的n次谐波相量，单位为V(伏特)；

为输电线路首端零序电流的n次谐波相量，单位为A(安培)；

为输电线路末端零序电压的n次谐波相量，单位为V(伏特)；

imag(·)表示取相量的虚部分量；

f为电力系统工频频率，单位为Hz(赫兹)；

3)根据待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n，得到待测输电线路在工频时的零序电容

其单位为F(法)。

作为优选，n取3或5。

作为优选，当输电线路长度小于100公里时，待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n为：

(5)

其中，

为输电线路首端零序电压的n次谐波相量，单位为V(伏特)；

为输电线路首端零序电流的n次谐波相量，单位为A(安培)；

imag(·)表示取相量的虚部分量；

f为电力系统工频频率，单位为Hz(赫兹)。

本发明方法在存在工频干扰的情况下，利用测量电压和测量电流中的谐波分量来计算输电线路的零序电容，消除了工频干扰对测量结果的影响，从而大大提高了输电线路零序电容测量结果的精度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明方法可保证在输电线路存在干扰的情况下，准确测量输电线路的零序电容；

2、采用异频法进行测量，受到干扰电压和干扰电流大小的限制，易对异频电源造成损坏，本发明方法不需要异频电源，而是直接利用变电站的工频电源进行加压，即使在干扰很大的情况下，也可进行测量。

附图说明

图1为输电线路零序电容测量接线图；

图2为某电网待测互感线路示意图；

图3为I回线路上加14000V电压时线路上采集的零序电压波形图；

图4为I回线路上加14000V电压时线路上采集的零序电流波形图。

具体实施方式

本发明的基于谐波分量的输电线路零序电容抗干扰测量方法，包括以下步骤：

(一)通过下述方法获取待测输电线路上的电流数据和电压数据：

将待测输电线路停电，将其末端三相开路、首端三相短接，在待测输电线路首端施加输电线路加压点所在变电站的单相交流电压，加压源的频率为工频而非异频，测量接线图如附图1所示。利用GPS时间同步技术，测量系统同步采集待测输电线路首端的零序电压、零序电流和末端的零序电压，并将采集到的电流数据和电压数据存入测量系统的存储器中或以文件的方式存入计算机硬盘中；

(二)根据步骤(一)所采集的电流数据和电压数据，采用下述方法来计算待测输电线路的零序电容：

采用离散傅里叶算法对步骤(一)采集的首端零序电压数据u_s(k)、零序电流数据i_s(k)和末端零序电压数据u_m(k)进行计算，得到待测输电线路首末两端零序电压和零序电流n次谐波的实部分量和虚部分量，n≤10，如下：

待测输电线路首端零序电压n次谐波的实部分量和虚部分量为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{snr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_s\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ U_{\mathrm{sni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_s\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.$

(1)

其中，U_snr为待测输电线路首端零序电压n次谐波的实部分量，U_sni为输电线路首端零序电压n次谐波的虚部分量，N为一个采样周期的采样点数，k为采样点；

待测输电线路首端零序电流n次谐波的实部分量和虚部分量如下：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{snr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_s\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ I_{\mathrm{sni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_s\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.$

(2)

其中，I_snr为输电线路首端零序电流n次谐波的实部分量，I_sni为输电线路首端零序电流n次谐波的虚部分量，N为一个采样周期的采样点数，k为采样点；

待测输电线路末端零序电压n次谐波的实部分量和虚部分量如下：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{mnr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_m\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ U_{\mathrm{mni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_m\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.$

(3)

其中，U_mnr为输电线路末端零序电压n次谐波的实部分量，U_mni为输电线路末端零序电压n次谐波的虚部分量，N为每个采样周期的采样点数，k为采样点。

为了提高精度，在计算待测输电线路首端零序电压、零序电流和末端零序电压n次谐波的实部分量和虚部分量时，可以取测量数据中多个采样周期的采样数据来计算上述各量，并取其平均值。

采用下列公式(4)计算待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n，即在GPS时间同步下，采用待测输电线路首端的零序电流和首末两端零序电压相量的平均值进行计算，以提高精度：

(4)

其中，C_0n的单位为F(法)；

为输电线路首端零序电压的n次谐波相量，单位为V(伏特)；

为输电线路首端零序电流的n次谐波相量，单位为A(安培)；

为输电线路末端零序电压的n次谐波相量，单位为V(伏特)；

imag(·)表示取相量的虚部分量；

f为电力系统工频频率，单位为Hz(赫兹)。

在输电线路长度小于100公里时，可以采用上述公式(4)来计算待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n，也可只采用输电线路首端的零序电压和零序电流来计算待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n，以简化测量，具体采用下述公式(5)来计算待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n：

(5)

其中，C_0n的单位为F(法)；

为输电线路首端零序电压的n次谐波相量，单位为V(伏特)；

为输电线路首端零序电流的n次谐波相量，单位为A(安培)；

imag(·)表示取相量的虚部分量；

f为电力系统工频频率，单位为Hz(赫兹)。

根据待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n，得到待测输电线路在工频时的零序电容

其单位为F(法)，其中，n取3次或5次谐波分量进行计算较为合适，即n＝3或n＝5。

下面将结合实施例对本发明做进一步说明。

图2所示为某电网待测220kV互感线路I、II回线路的示意图，220kV I、II回线路双回共塔，线路总长度47.8kM。下面将采用本发明方法在II回线路带电运行情况下，测量I回线路的零序电容。

首先，将I回线路停电，II回线路保持带电运行。将I回线路末端三相开路、首端三相短接，在I回线路首端施加输电线路加压点所在变电站的单相交流电压，加压源的频率为工频而非异频，接线图如附图1所示。在GPS时间同步下，测量系统同步采集I回线路首端的零序电压和零序电流，并将采集到的电压数据和电流数据存入测量系统的存储器中。

因为I回线路的长度在100公里以内，为减少工作量，没有采集该线路末端的零序电压数据，这样处理对测量精度的影响并不大。实地测量时，当外加电压为14000V时，测量系统采集的I回线路首端的零序电压和零序电流的波形分别如附图3和附图4所示。本实施例中n取3。对测量得到的I回线路首端零序电压数据u_s(k)、零序电流数据i_s(k)，利用公式(1)和(2)得到I回线路首端零序电压和零序电流三次谐波的实部分量和虚部分量，再利用公式(4)和(5)得到I回线路的零序电容。

表1利用三次谐波分量测量出的I回线路的零序电容

为便于对比，在II回线路带电运行的情况下，采用传统方法(即利用基波分量的停电测量方法)测量出的I回线路的零序电容结果如表2所示。

表2利用基波分量测量出的I回线路的零序电容

将采用本发明方法和传统方法测量得到的I回线路零序电容与其公式计算得到的计算值进行对比，本发明方法测量得到的零序电容与零序电容公式计算值的平均相对偏差为1.94％，而传统方法的平均相对偏差高达26.78％。具体见表3和表4所示。在测量I回线路的零序电容时，存在同塔架设的II回线路的干扰，采用本发明提出的基于谐波分量的输电线路零序电容抗干扰测量方法，极大地提高了在干扰情况下输电线路零序电容测量的精度。

表3I回线路的零序电容测量值与公式计算值对比

表4I回线路的零序电容测量值与公式计算值对比

Claims (3)

1.一种基于谐波分量的输电线路零序电容抗干扰测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，采集待测输电线路上的电流数据和电压数据：

1)将待测输电线路停电，将其末端三相开路、首端三相短接；

2)在待测输电线路首端施加输电线路加压点所在变电站的单相交流电压，加压源的频率为工频；

3)同步采集待测输电线路首端的零序电压、零序电流和末端的零序电压；

步骤二，根据步骤一所采集的电流数据和电压数据计算待测输电线路的零序电容：

1)对步骤一采集的首端零序电压数据u_s(k)、零序电流数据i_s(k)和末端零序电压数据u_m(k)，利用离散傅里叶算法计算得到待测输电线路首端零序电压、零序电流和末端零序电压n次谐波的实部分量和虚部分量：

a、待测输电线路首端零序电压n次谐波的实部分量和虚部分量为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{snr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_s\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ U_{\mathrm{sni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_s\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.$

(1)

其中，U_snr为待测输电线路首端零序电压n次谐波的实部分量，U_sni为输电线路首端零序电压n次谐波的虚部分量，N为一个采样周期的采样点数，k为采样点，n≤10；

b、待测输电线路首端零序电流n次谐波的实部分量和虚部分量如下：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{snr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_s\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ I_{\mathrm{sni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_s\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.$

(2)

其中，I_snr为输电线路首端零序电流n次谐波的实部分量，I_sni为输电线路首端零序电流n次谐波的虚部分量，N为一个采样周期的采样点数，k为采样点，n≤10；

c、待测输电线路末端零序电压n次谐波的实部分量和虚部分量如下：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{mnr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_m\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ U_{\mathrm{mni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_m\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，U_mnr为输电线路末端零序电压n次谐波的实部分量，U_mni为输电线路末端零序电压n次谐波的虚部分量，N为一个采样周期的采样点数，k为采样点，n≤10；

2)计算待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n，单位为法：

(4)

其中，

为输电线路首端零序电压的n次谐波相量，单位为伏特；

为输电线路首端零序电流的n次谐波相量，单位为安培；

为输电线路末端零序电压的n次谐波相量，单位为伏特；

imag(·)表示取相量的虚部分量；

f为电力系统工频频率，单位为赫兹；

3)根据待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n，得到待测输电线路在工频时的零序电容

单位为法。

2.根据权利要求1所述的基于谐波分量的输电线路零序电容抗干扰测量方法，其特征在于：n取3或5。

3.根据权利要求1或2所述的基于谐波分量的输电线路零序电容抗干扰测量方法，其特征在于：当输电线路长度小于100公里时，待测输电线路n次谐波对应的零序电容C_0n为：

(5)

其中，

为输电线路首端零序电压的n次谐波相量，单位为伏特；

为输电线路首端零序电流的n次谐波相量，单位为安培；

imag(·)表示取相量的虚部分量；

f为电力系统工频频率，单位为赫兹。

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