CN104155543B - 一种基于功率损耗法的输电线路参数辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于功率损耗法的输电线路参数辨识方法，该方法采用同步相量测量装置的测量数据进行参数辨识；其特征在于，所述方法包括如下步骤：检查所述测量数据的有效性；辨识所述输电线路的正序电阻；辨识所述输电线路的正序电抗；辨识所述输电线路的正序电纳；确定参数值。本发明提供的方法克服二端口网络方法利用矩阵运算带来的计算误差和PMU测量角度误差对计算结果的影响，方法中的公式推导合乎输电线路物理特性，算法物理意义明确。

Description

一种基于功率损耗法的输电线路参数辨识方法

技术领域

本发明涉及一种输电线路参数辨识方法，具体讲涉及一种基于功率损耗法的输电线路参数辨识方法。

背景技术

目前电网企业的输电线路参数取值往往采用设备出厂时的设计值，或者在设备投运后进行一次测量，作为该线路的正序参数。输电线路参数容易受到气候、温度、湿度和负荷大小的影响，因此实时监测和辨识输电线路参数，不但有利于维护人员管理设备，而且能提高电力系统仿真分析的精确度。

目前线路参数辨识方法很多，大部分是基于输电线路等效π型电路，为线路建立二端口网络，利用二端口两端电压相量和电流相量，应用信号理论，处理噪声，得到π型电路的正序电阻、正序电抗和正序电纳。以上算法会用到矩阵运算，因此会带来计算误差。一般测量数据分为标量数据和矢量数据。标量数据准确性得到了工程上认可，但是矢量数据准确度还有待进一步提高。上述方法要用到电压相量的角度和电流相量的角度，辨识结果对角度极为敏感。角度误差会导致辨识结果产生错误。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于功率损耗法的输电线路参数辨识方法。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种基于功率损耗法的输电线路参数辨识方法，该方法采用同步相量测量装置的测量数据进行参数辨识；其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a)检查所述测量数据的有效性；

b)辨识所述输电线路的正序电阻；

c)辨识所述输电线路的正序电抗；

d)辨识所述输电线路的正序电纳；

e)确定参数值。

优选地，步骤a)包括：检查所述输电线路的三相系统是否平衡；所述平衡包括：三相电压或三相电流幅值误差小于1％；电压或电流的三相角度差为120度，误差小于1％。

优选地，步骤b)中，所述输电线路为含有电阻元件、电感元件和电容元件的电路；所述正序电阻R通过下式计算得到：

其中：ΔP＝P_r-P_s，P_r为输电线路末端测量有功功率，P_s为输电线路首端测量有功功率；I为输电线路两端电流幅值的平均值或其中一端电流幅值。

优选地，步骤c)中，所述正序电抗通过如下方法得到：

c-1.建立输电线路电压降落与所述正序电阻、正序电抗和功率之间的如下关系：

式中，Q′_r为Q_r考虑输电线路末端电纳注入无功后的值，Q_r为输电线路末端测量无功功率；U_r为输电线路末端电压幅值；δU为所述电压降落；X为所述电抗；R为所述正序电阻；

所述电压降落表达为：δU＝U_ssinδ；式中，U_s为输电线路首端电压幅值；δ为输电线路两端电压相量角度差；

c-2.得出如下式表达的正序电抗值：

优选地，步骤d)包括：根据输电线路两端无功损耗计算输电线路正序电纳值，所述正序电纳值如下式表达：

式中，ΔQ为输电线路两端无功损耗。

优选地，步骤e)包括：统计每次的计算结果，确定各项参数的取值。

优选地，所述方法包括：简化所述输电线路；所述简化包括：一、将输电线路的模型简化为π型等效线路模型；二、设定输电线路三相参数对称；三、只考虑输电线路运行在三相对称状态下的情况；四、三相参数不对称情况下，所述方法失效；所述三相参数对称根据所述输电线路的三相系统是否平衡判定。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的方法克服二端口网络方法利用矩阵运算带来的计算误差；

2、本发明提供的方法克服了PMU测量角度误差对计算结果的影响；

3、本发明提供的方法中的公式推导合乎输电线路物理特性，算法物理意义明确。

附图说明

图1是本发明实施例中输电线路π型模型示意图；

图2是本发明实施例中输电线路功率流示意图；

图3是本发明实施例中输电线路电压相量图；

图4是本发明实施例所提供的输电线路参数辨识方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明通过反复分析现场数据的有效性，仔细钻研输电线路的物理特性，从输电线路本身的物理特性出发，提出一种基于功率损耗法的输电线路参数辨识方法，主要利用电压幅值、电流幅值、有功功率、无功功率以及线路两端电压相量相对相角差来推算输电线路的正序电阻、正序电抗和正序电纳。由于电压幅值、电流幅值、有功功率和无功功率准确度较高，线路两端电压相量相对角度误差较小，同时该方法物理意义清晰明确，因此辨识结果较为可靠可信。

本发明基于以下假设条件：

1、输电线路A、B、C三相对称排布且充分换位，三相线路参数相等，相与相之间互感相等。即输电线路处于理想情况下。

2、输电线路A、B、C三相运行在正常状态下，即所加电压幅值大小基本上相等，相位基本互差120度，流过的三相电流幅值基本上相等，相位基本上互差120度。即三相系统基本上运行在对称状态下。

本发明的方法该方法采用同步相量测量装置(PMU)测量量进行参数辨识。辨识过程如下：

1、对输电线路两端PMU测量量进行数据有效性检查。主要检查输电线路A、B、C三相系统平衡度。该平衡度指A、B、C三相电压(电流)幅值差小于某一指定标准(如三相电压或三相电流幅值误差小于1％)，电压(电流)三相角度差在120度左右，满足一定精度(如三相角度差的误差小于1％)。在满足输电线路基本处于三相对称运行的情况下，以下辨识有效。

2、提取输电线路两端PMU量测值中的首端电压幅值U_s、首端电流幅值I_s、末端电压幅值U_r、末端电流幅值I_r、首端测量有功P_s、首端测量无功Q_s、末端测量有功P_r、末端测量无功Q_r、首端电压相角α_us以及末端电压相角α_ur。

3、利用输电线路两端有功损耗辨识线路正序电阻。输电线路π型等效电路模型见附图1。对于含有电阻元件、电感元件和电容元件的电路，电路的有功损耗主要取决于电阻元件。因此可以建立输电线路两端的有功损耗和电阻之间的关系，进而得到输电线路正序电阻值。

其中：ΔP＝P_r-P_s，一般线路两端电流幅值变化不大，可以取I为一端电流幅值或者两端电流的平均值。

4、根据输电线路两端电压损耗计算电抗值。当电流流过π型电路时，会在电路上产生电压降，其向量图如附图3所示。电压降落与输电线路的电阻和电抗有关。电阻根据(1)式得到。建立输电线路电压降落与正序电阻、正序电抗、功率的关系，进而得到输电线路正序电抗值。若输电线路两端电压相量角度差为δ＝α_us-α_ur，则有：

δU＝U_ssinδ (2)

其中：Q′_r为Q_r考虑输电线路末端电纳注入无功后的值。

5、根据输电线路两端无功损耗计算输电线路正序电纳值。输电线路上的无功损耗分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的这种损耗称为充电功率，与线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的这种损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性，如图2所描述。根据(4)式求出正序电抗，计算得到感性无功。根据线路两端无功损耗求取线路正序电纳。

其中：一般情况下，输电线路两端的电压幅值、电流幅值变化不大。I可取输电线路两端电流幅值的平均值或者单端电流幅值。U可取输电线路两端电压幅值的平均值或单端电压幅值。

6、上述方法在参数辨识过程中需进行适度化简，其满足实际计算分析时对精度的要求。其一、将输电线路的模型简化为π型等效线路模型。其二、认为输电线路三相参数对称。其三、只考虑输电线路运行在三相对称状态下。其四、故障情况下，三相极不对称情况下，该方法失效。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于功率损耗法的输电线路参数辨识方法，该方法用同步相量测量装置；其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a)检查所述装置测量的数据的有效性；

b)辨识所述输电线路的正序电阻；

c)辨识所述输电线路的正序电抗；

d)辨识所述输电线路的正序电纳；

e)确定参数值；

步骤b)中，所述输电线路为含有电阻元件、电感元件和电容元件的电路；所述正序电阻R通过下式计算得到：

$R=\frac{2\×\mathrm{\Δ}P}{3\×I^2}---\left(1\right)$

其中：ΔP＝P_r-P_s，P_r为输电线路末端测量有功功率，P_s为输电线路首端测量有功功率；I为输电线路两端电流幅值的平均值或其中一端电流幅值；

步骤c)中，所述正序电抗通过如下方法得到：

c-1.建立输电线路电压降落与所述正序电阻、正序电抗和功率之间的如下关系：

$\mathrm{\δ}U=\frac{P_{r}X-Q_r^{\′}R}{U_r}\×2---\left(2\right)$

式中，Q′_r为Q_r考虑输电线路末端电纳注入无功后的值，Q_r为输电线路末端测量无功功率；U_r为输电线路末端电压幅值；δU为所述电压降落；X为所述电抗；R为所述正序电阻；

所述电压降落表达为：δU＝U_ssinδ；式中，U_s为输电线路首端电压幅值；δ为输电线路两端电压相量角度差；

c-2.得出如下式表达的正序电抗值：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)包括：检查所述输电线路的三相系统是否平衡；所述平衡包括：三相电压或三相电流幅值误差小于1％；电压或电流的三相角度差为120度，误差小于1％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d)包括：根据输电线路两端无功损耗计算输电线路正序电纳值，所述正序电纳值如下式表达：

$B=(\mathrm{\Δ}Q-\frac{I^2}{2}X)/U^2---\left(3\right)$

式中，ΔQ为输电线路两端无功损耗。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e)包括：统计每次的计算结果，确定各项参数的取值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：简化所述输电线路；所述简化包括：一、将输电线路的模型简化为π型等效线路模型；二、设定输电线路三相参数对称；三、只考虑输电线路运行在三相对称状态下的情况；四、三相参数不对称情况下，所述方法失效；所述三相参数对称根据所述输电线路的三相系统是否平衡判定。