CN109270481B - 含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器模型测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统测量和电能质量技术领域，是一种含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器模型测试方法，包括以下步骤：第一步，建立变压器二端口模型，获得变压器两侧电压和电流关系式；第二步，在变压器二端口模型中加入电容式电压互感器模型；第三步，在变压器二次侧绕组接入电容器支路，得出变压器二次侧电压互感器模型；第四步，将变压器二次侧电压互感器模型加入变压器二端口模型中；第五步，依据电量记录仪测量数据，用最小二乘法求解得出变压器二端口模型变压器绕组参数；第六步，依据变压器二次侧电压互感器模型和变压器二端口模型变压器绕组参数得出变压器一次侧绕组电压互感器模型。本发明计算简单、易于实现且经济实用。

Description

含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器模型测试方法

技术领域

本发明涉及电力系统测量和电能质量技术领域，是一种含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器模型测试方法。

背景技术

大规模光伏风电、电铁充电桩和高压直流输电的并网在给现代电网带来巨大电能输送能力的同时，也给电力系统的电能质量环境造成巨大污染。其中，风电光伏的迅猛发展是最为关注的问题之一。截至目前，风电和光伏仍然是应用最为广泛的新能源类型，但研究表明由于逆变和整流部分存在给电网注入大量谐波，给电网的电能质量监测工作带来巨大挑战，严重时会影响电网其他用电设备。目前，在提高和改善电容式电压监测水平方面主要有两种方法：一种是不增加硬件电路的监测方法的改进，如在实验室内研究电容式电压互感器的模型，但该方法控制效果有限且无法有效监测现场中杂散电容的影响；另一种是利用附加设备，如在电容式电压互感器中增加监测设备，改造二次回路等等，但上述方法普遍存在需要电网停电、需要增加设备投资等缺点。因此，有必要采取措施提供一种计算简单、结果准确、易于实现且工程应用价值高，能够提高电容式电压互感器的谐波监测准确度，改善含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器的谐波监测水平的方法。

发明内容

本发明提供了一种含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器模型测试方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有监测方法监测结果不准确易受杂散电容的影响以及安装时存在费时费力且工程应用成本高的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器模型测试方法，包括以下步骤：

第一步：建立变压器二端口模型，根据二端口理论模型获得变压器两侧电压和电流关系式：

其中：U₁为一次侧绕组测量电压，U₂为二次侧绕组测量电压，I₁为一次侧绕组测量电流，I₂为二次侧绕组测量电流，Z₁₁，Z₁₂，Z₂₁，Z₂₂为变压器阻抗矩阵的Z参数，对于无源电路而言，Z₁₂＝Z₂₁；

第二步：在变压器二端口模型中加入变压器一次侧电压互感器模型和变压器二次侧电压互感器模型，将式(1)修改为：

其中：G₁为变压器一次侧电压互感器模型，G₂为变压器二次侧电压互感器模型；

第三步：测量电容器支路电流和电容器阻抗值，得出变压器二次侧电压互感器模型：

其中：X_c为电容器电抗值，I_C为电容器电流；

第四步：将变压器二次侧电压互感器模型加入变压器二端口模型中，提取式(2)中第二个子式，同时综合式(3)：

G₂U₂＝G₂Z₂₁I₁+G₂Z₂₂I₂ (4)

将式(4)写为矩阵形式：

U_G2＝Z₂I (5)

其中：U_G2＝G₂U₂，Z₂＝[G₂Z₂₁ G₂Z₂₂],I＝[I₁ I₂]^T；

第五步：通过电量记录仪测量多次变压器一次侧和二次侧的电压、电流测量数据，用最小二乘法求解得出变压器二端口模型中变压器绕组参数：

Z₂＝(I^TI)^-1I^TU_G2 (6)

得出变压器参数Z₂₁和Z₂₂之后，提取式(2)第一个子式，可得：

G₁U₁＝G₁Z₁₁I₁+G₁Z₁₂I₂ (7)

第六步：依据变压器二次侧电压互感器模型和变压器二端口模型变压器绕组参数得出变压器一次侧电压互感器模型：

将式(7)简写为矩阵形式：

U′₁＝G′I′ (8)

其中：I′＝[I₁ I₂]^T，U₁′＝G₁U₁，G′＝[G₁Z₁₁ G₁Z₁₂]，得出包含变压器一次侧电压互感器模型的中间变量G′：

G′＝(I′^TI′)^-1I′^TU′₁ (9)

使用G′中的第一行第二个元素G₁Z₁₂除以式(6)中辨识的Z₂₁，Z₁₂＝Z₂₁，得出变压器一次侧电压互感器模型：

其中：G′(1,2)为G′中第一行第二个元素。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述得出变压器二端口模型变压器绕组参数的方法为，将多次变压器一次侧和二次侧的电压、电流测量数据，应用最小二乘法求解得出变压器参数Z₂₁和Z₂₂的过程。

本发明是一种含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器模型测试方法，在无功补偿支路变电站中考虑无功补偿支路的影响，计算出无功补偿支路所在母线的变压器二次侧电压互感器模型，进而计算得出变压器绕组参数，根据变压器绕组参数和二端口模型计算出变压器一次侧电压互感器模型，得到变压器一次侧电压互感器模型、变压器二次侧电压互感器模型能够有效的改善电容式电压互感器测试精度，且在改善谐波监测水平的同时提高系统的经济性，减少了附加监测设备的投入，提高系统整体的运行效益，且具有计算简单、经济适用、易于实现的特点。

附图说明

附图1为本发明的变压器两侧绕组电压和电流测试图。

附图2为本发明的带有电容器支路变压器两侧绕组电压和电流测试图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2所示，一种含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器模型测试方法，包括以下步骤：

第一步：建立变压器二端口模型，根据二端口理论模型获得变压器两侧电压和电流关系式：

其中：U₁为一次侧绕组测量电压，U₂为二次侧绕组测量电压，I₁为一次侧绕组测量电流，I₂为二次侧绕组测量电流，Z₁₁，Z₁₂，Z₂₁，Z₂₂为变压器阻抗矩阵的Z参数，对于无源电路而言，Z₁₂＝Z₂₁；

第二步：在变压器二端口模型中加入变压器一次侧电压互感器模型和变压器二次侧电压互感器模型，将式(1)修改为：

其中：G₁为变压器一次侧电压互感器模型，G₂为变压器二次侧电压互感器模型；

第三步：测量电容器支路电流和电容器阻抗值，得出变压器二次侧电压互感器模型：

其中：X_c为电容器电抗值，I_C为电容器电流；

第四步：将变压器二次侧电压互感器模型加入变压器二端口模型中，提取式(2)中第二个子式，同时综合式(3)：

G₂U₂＝G₂Z₂₁I₁+G₂Z₂₂I₂ (4)

将式(4)写为矩阵形式：

U_G2＝Z₂I (5)

其中：U_G2＝G₂U₂，Z₂＝[G₂Z₂₁ G₂Z₂₂],I＝[I₁ I₂]^T；

第五步：通过电量记录仪测量多次变压器一次侧和二次侧的电压、电流测量数据，用最小二乘法求解得出变压器二端口模型中变压器绕组参数：

Z₂＝(I^TI)^-1I^TU_G2 (6)

得出变压器参数Z₂₁和Z₂₂之后，提取式(2)第一个子式，可得：

G₁U₁＝G₁Z₁₁I₁+G₁Z₁₂I₂ (7)

第六步：依据变压器二次侧电压互感器模型和变压器二端口模型变压器绕组参数得出变压器一次侧电压互感器模型：

将式(7)简写为矩阵形式：

U′₁＝G′I′ (8)

其中：I′＝[I₁ I₂]^T，U′₁＝G₁U₁，G′＝[G₁Z₁₁ G₁Z₁₂]，得出包含变压器一次侧电压互感器模型的中间变量G′：

G′＝(I′^TI′)^-1I′^TU′₁ (9)

使用G′中的第一行第二个元素G₁Z₁₂除以式(6)中辨识的Z₂₁，Z₁₂＝Z₂₁，得出变压器一次侧电压互感器模型：

其中：G′(1,2)为G′中第一行第二个元素。

本发明是一种含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器模型测试方法，在无功补偿支路变电站中考虑无功补偿支路的影响，计算出无功补偿支路所在母线的变压器二次侧电压互感器模型，进而计算得出变压器绕组参数，根据变压器绕组参数和二端口模型计算出变压器一次侧电压互感器模型，得到电容式变压器一次侧电压互感器模型、变压器二次侧电压互感器模型能够有效的改善电容式电压互感器测试精度。在改善谐波监测水平的同时提高系统的经济性，减少了附加监测设备的投入，提高系统整体的运行效益，且具有计算简单、经济适用、易于实现的特点。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (1)

1.一种含无功补偿支路的变电站电容式电压互感器模型测试方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：建立变压器二端口模型，根据二端口理论模型获得变压器两侧电压和电流关系式：

其中：U₁为一次侧绕组测量电压，U₂为二次侧绕组测量电压，I₁为一次侧绕组测量电流，I₂为二次侧绕组测量电流，Z₁₁，Z₁₂，Z₂₁，Z₂₂为变压器阻抗矩阵的Z参数，对于无源电路而言，Z₁₂＝Z₂₁；

第二步：在变压器二端口模型中加入变压器一次侧电压互感器模型和变压器二次侧电压互感器模型，将式(1)修改为：

其中：G₁为变压器一次侧电压互感器模型，G₂为变压器二次侧电压互感器模型；

第三步：测量电容器支路电流和电容器阻抗值，得出变压器二次侧电压互感器模型：

其中：X_c为电容器电抗值，I_C为电容器电流；

第四步：将变压器二次侧电压互感器模型加入变压器二端口模型中，提取式(2)中第二个子式，同时综合式(3)：

G₂U₂＝G₂Z₂₁I₁+G₂Z₂₂I₂ (4)

将式(4)写为矩阵形式：

U_G2＝Z₂I (5)

其中：U_G2＝G₂U₂，Z₂＝[G₂Z₂₁ G₂Z₂₂],I＝[I₁ I₂]^T；

第五步：通过电量记录仪测量多次变压器一次侧和二次侧的电压、电流测量数据，用最小二乘法求解得出变压器二端口模型中变压器绕组参数：

Z₂＝(I^TI)^-1I^TU_G2 (6)

得出变压器参数Z₂₁和Z₂₂之后，提取式(2)第一个子式，可得：

G₁U₁＝G₁Z₁₁I₁+G₁Z₁₂I₂ (7)

第六步：依据变压器二次侧电压互感器模型和变压器二端口模型中变压器绕组参数得出变压器一次侧电压互感器模型：

将式(7)简写为矩阵形式：

U′₁＝G′I′ (8)

其中：I′＝[I₁ I₂]^T，U′₁＝G₁U₁，G′＝[G₁Z₁₁ G₁Z₁₂]，得出包含变压器一次侧电压互感器模型的中间变量：

G′＝(I′^TI′)^-1I′^TU′₁ (9)

使用G′中的第一行第二个元素G₁Z₁₂除以式(6)中辨识的Z₂₁，Z₁₂＝Z₂₁，得出变压器一次侧电压互感器模型：

其中：G′(1,2)为G′中第一行第二个元素。

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