CN105675953A - 基于过零检测的输电线双端瞬时电压的准同步测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于过零检测的输电线双端瞬时电压的准同步测量方法，属于电力系统自动化技术领域。本发明包括以下步骤：（1）利用GPS脉冲作为广域基准时钟同步输电线双端采样信号；（2）以同步采样信号作为基准时钟，利用过零检测方法获得输电线首末端某周期起始时刻（3）根据首末端的某周期起始时刻，对该周期输电线首末端采样时间进行校正。本发明利用输电线双端过零点作为相位同步的依据，实现方式简单，且能够有效解决长距离输电线中电磁波传输速度带来的首末端相位差，特别适合需要以长距离输电线首末两端电压差为源数据的高级监测控制系统。

Description

基于过零检测的输电线双端瞬时电压的准同步测量方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，具体地说本发明涉及一种输电线双端瞬时电压的准同步测量方法。

背景技术

输电线电压瞬时值是反应系统稳定性的最主要的状态量，可以为安全调度、稳定控制等提供有力依据。因此准确测量输电线瞬时电压是电力系统稳定监视和控制的关键的基础性问题。特别是在需要获取输电线双端瞬时电压差的情况下，对双端采样的同步性要求极为严苛。

随着全球卫星定位系统(GPS)对民用开放，为全球各地提供了一个高精度时钟，它能保证两地间的时间误差在1μs以内，使输电线路两侧信号高精度同步采集有了保证。但是，根据电磁场理论，电磁波在输电线中需要传播时间，特别是在长距离输电线中其波形相位差尤为明显，每100km的输电线首末端相位差约为6°。因此，GPS同步时钟采样方法能虽然能保证采样时间上的同步性，但是无法保证采样相位上的同步性。

存在一种比较直观的同步相量测量方法，即过零检测法。该方法原理简单，容易实现，并且计算量小，响应速度快，但是其只能测量输电线电压频率和相位，在实际应用中，还需要其他方法配合才能测量输电线电压的幅值。并且，该方法是在假定输电线自有频率是稳定不变的前提下实现的，而实际系统中的电压频率是波动的，这样也给测量带来了误差。

在现实应用中，过零检测依赖GPS提供同步秒脉冲，但是仅此而已，并没有解决输电线的长度带来的相位误差问题。输电线具有一定的延展性，受输电线周围温度、湿度、风速、风向等外界因素和其本身输送电流发热等内部因素的影响，其长度并不能按照敷设长度准确预估。这同时使得利用预估长度对相位进行准确修正成为不可能。因此，有必要探索新的、有效的输电线双端瞬时电压的测量方法。

发明内容

本发明目的是：提供一种基于过零检测的输电线双端瞬时电压的准同步测量方法。该方法通过输电线首末端采样时间校正，实现了输电线首末端瞬时电压瞬时值的相位对齐。能够在保证长距离输电线两端采样时间上同步的同时，保证采样相位上的同步。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)利用GPS脉冲作为广域基准时钟同步输电线双端的采样信号：

输电线双端的晶振输出的震荡信号经过整形、电平转换后变为适合TTL电路的电平信号，将获得的电平信号经过计数器分频后得到满足采样要求的时钟信号，并令时钟信号每隔1s被GPS输出的1PPS信号的上升沿同步一次，使之同步到UCT时间基准，并将其作为输电线双端的采样信号；

2)以步骤1)获得的采样信号作为基准时钟，利用过零检测方法获得输电线双端周期起始时刻：

利用同步采样信号作为基准时钟，记录输电线双端瞬时电压采样值；筛选记录的输电线双端瞬时电压采样值，获得各端各自的正向过零点附近的两个采样时刻值，并将两个采样时刻值的采样值的绝对值较小的那个采样值所对应的采样时刻值为各端各自的过零点时刻，作为各端电压瞬时值相应周期的起始时刻；

3)根据步骤2)获得的输电线双端周期起始时刻，以输电线末端为基准，修正输电线首端采样值序列。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)的具体步骤是：

确认输电线传输方向，以输电线双端中电磁波传入端为首端、输电线双端中电磁波传出端为末端；设步骤2)中获得的首端和末端周期起始时刻分别为t(i₁)和t(i₂)，i₁和i₂均为采样时刻的序列号，i₁＝0,1,2...，i₂＝0,1,2...，则将首端t(j-i)采样时刻的采样值作为与末端t(j)时刻的采样值相同步的采样值，以此规律对首端采样值序列进行修正，其中j为从i₁开始的采样时刻的序列号，i＝i₂-i₁。

本发明的有益效果如下：与传统的双端同步测量相比，本发明提出的基于过零检测的输电线双端瞬时电压的准同步测量方法可以将输电线长距离带来的相位滞后进行修正。在保证采样时间同步的情况下，满足采样相位同步的要求。本发明利用过零检测作为修正方法，相较于直接利用输电线物理长度粗略估计更为精确。因此本发明可以为需要利用双端电压差为监视或控制参数的电力系统稳定技术提供更为精确的源数据。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明的GPS同步采样脉冲生成框图。

图3是本发明的过零检测原理图。

图4是本发明的首端采样序列修原理图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，其步骤如图1所示：

步骤1：利用GPS脉冲作为广域基准时钟同步输电线双端采样信号，如图2所示，具体步骤如下：

1-1)将输电线双端的晶振输出的震荡信号经过整形、电平转换后变为适合TTL电路的电平信号。

1-2)将上一步骤中获得的电平信号经过计数器分频后得到满足采样要求的时钟信号。

1-3)令上一步骤中获得的时钟信号每隔1s被GPS输出的1PPS信号的上升沿同步一次，使之同步到UCT时间基准。

1-4)利用上一步骤中获得的同步时钟信号作为输电线双端的采样信号。

步骤2：以步骤1中提供的同步采样信号作为基准时钟，利用过零检测方法获得输电线首末端周期起始时刻，具体步骤如下：

2-1)利用同步采样信号作为基准时钟，记录输电线双端瞬时电压采样值。

2-2)筛选上一步骤记录的输电线双端瞬时电压采样值。以任一端为例，如该端瞬时电压采样值中两个相邻采样值异号，即第一个采样值k_t(i)≤0并且第二个采样值k_t(i+1)≥0，i＝0,1,2...，则其对应的采样时刻的闭区间[t(i),t(i+1)]中必然存在该电压的正向过零点(电压由负变正过零点)，如图3所示。

2-3)从图3中可以看出，根据比例关系，min{|k_t(i)|,|k_t(i+1)|}的时刻更接近过零点时刻，因此选择min{|k_t(i)|,|k_t(i+1)|}对应的时刻为该相应周期的起始点。以此方法获得各端电压瞬时值相应周期的起始时刻。

步骤3：根据步骤2中获得的输电线双端周期起始时刻，对输电线首末端采样时间进行校正，具体步骤如下：

3-1)根据电磁波传播方向确定输电线方向，即以输电线双端中电磁波传入端为首端、输电线双端中电磁波传出端为末端。

3-2)设步骤2)中获得的首端和末端周期起始时刻分别为t(i₁)和t(i₂)，i₁和i₂均为采样时刻的序列号，i₁＝0,1,2...，i₂＝0,1,2...。由于输电线距离足够长，电磁波传播需要时间，因此t(i₁)＜t(i₂)，即i₁＜i₂。则相应时间差t＝t(i₂)-t(i₁)，令i＝i₂-i₁作为修正系数。

3-3)根据上一步骤，在该相应周期中与末端t(j)时刻采样值同步的首端采样值的时刻为t(j-i)，即将首端t(j-i)采样时刻的采样值作为与末端t(j)时刻的采样值相同步的采样值(j为从i₁开始的采样时刻的序列号)，以此规律对首端采样值序列进行修正，如图4所示。经过修正，输电线首末端采样点所对应的电压波形的相位基本相同。

3-4)将修正后的首末端准同步数据二维数组作为源数据，提供给需要利用输电线首末端电压差为分析源的高级监测控制系统。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (2)

1.基于过零检测的输电线双端瞬时电压的准同步测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用GPS脉冲作为广域基准时钟同步输电线双端的采样信号：

输电线双端的晶振输出的震荡信号经过整形、电平转换后变为适合TTL电路的电平信号，将获得的电平信号经过计数器分频后得到满足采样要求的时钟信号，并令时钟信号每隔1s被GPS输出的1PPS信号的上升沿同步一次，使之同步到UCT时间基准，并将其作为输电线双端的采样信号；

2)以步骤1)获得的采样信号作为基准时钟，利用过零检测方法获得输电线双端周期起始时刻：

利用同步采样信号作为基准时钟，记录输电线双端瞬时电压采样值；筛选记录的输电线双端瞬时电压采样值，获得各端各自的正向过零点附近的两个采样时刻值，并将两个采样时刻值的采样值的绝对值较小的那个采样值所对应的采样时刻值为各端各自的过零点时刻，作为各端电压瞬时值相应周期的起始时刻；

3)根据步骤2)获得的输电线双端周期起始时刻，以输电线末端为基准，修正输电线首端采样值序列。

2.根据权利要求1所述的基于过零检测的输电线双端瞬时电压的准同步测量方法，其特征在于，所述步骤3)的具体步骤是：

确认输电线传输方向，以输电线双端中电磁波传入端为首端、输电线双端中电磁波传出端为末端；设步骤2)中获得的首端和末端周期起始时刻分别为t(i₁)和t(i₂)，i₁和i₂均为采样时刻的序列号，i₁＝0,1,2...，i₂＝0,1,2...，则将首端t(j-i)采样时刻的采样值作为与末端t(j)时刻的采样值相同步的采样值，以此规律对首端采样值序列进行修正，其中j为从i₁开始的采样时刻的序列号，i＝i₂-i₁。