CN110333394A

CN110333394A - 一种低压配电网线路阻抗估计方法

Info

Publication number: CN110333394A
Application number: CN201910371674.5A
Authority: CN
Inventors: 梁祖权; 颜正行; 李颖源; 苗锋; 赵蕾; 陶顺; 樊一璟; 马超; 王波; 董翔; 杨敏
Original assignee: State Grid Sichuan Comprehensive Energy Services Co Ltd; North China Electric Power University
Current assignee: State Grid Sichuan Comprehensive Energy Services Co Ltd; North China Electric Power University
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2019-05-06
Publication date: 2019-10-15
Anticipated expiration: 2039-05-06
Also published as: CN110333394B

Abstract

本发明公开了一种低压配电网线路阻抗估计方法，本方法基于GPS实现同步对时，并利用了电能质量分析仪的4个电流通道、4个电压通道；本方法使用两台带GPS的电能质量分析仪分别安装于线路的首末端，提出同步测量线路首末端ABC三相对中性线基波电压的相量值以及ABCN四线基波电流相量值，并基于此量测值较准确估计出三相四线制低压配电网线路中性线以及相线的阻抗参数，为低压配电网分析，网损计算和电能质量状态获得基础参数数据。

Description

一种低压配电网线路阻抗估计方法

技术领域

本发明属于电能质量治理与电力系统分析技术领域，特别涉及一种低压配电网线路阻抗估计方法。

背景技术

在三相四线制的低压配电网中，有大量单相负荷的存在，且负荷类型多样，使得负荷波动性较大，三相不平衡运行状态普遍存在。三相不平衡导致中性线有电流流过，线路损耗明显增大。据有关统计，配网线损占馈线损耗40％以上，所占比重很大，给电力企业带来巨大的经济损失，阻碍了电力企业经济发展，不利于节能减排政策的实施。随着电网综合能源服务向用户侧的精益化管理与服务，迫切需要建立健全低压馈线相线以及中性线阻抗等基础参数档案，开展潮流分析、能效分析、电能质量治理技术经济分析等，为电力部门分析线路损耗构成、制定降低损耗措施提供可靠依据，从而提高供电能力以及用户的电能质量。但目前尚未有文献对三相四线制低压配电网中的线路阻抗进行估计。

目前，为了得到110kV及以上输电线路阻抗值，一般采用工程投运前的现场实测法，有文献基于相量测量单元(PMU)对运行中的输电线路阻抗参数进行估计；也有文献基于开发的微型PMU应用于10kV配电网进行线路阻抗参数估计，PMU只能测量三相电压、电流幅值及其相角，文献中采用的三相电压均为线路相对于“虚拟地”(零电位)的相电压相量值，而实际现场测量中，10kV线路有很多支线和分支线，在测量点并不一定都能够找到测量所需的“虚拟地”，因此会因测量接线不当造成参数估计误差，甚至错误。不同于高压系统，低压配电网中主干线、支线、分支线结构复杂，实际现场施工设计图往往严重缺失，也难以开展现场投运前阻抗参数测试；另外，三相四线制配线中，中性线与保护线的连接方式有TN-S、TN-C和TN-C-S等不同布线形式，在现场更难以找到合适的“零电位”参考点进行相-地电压测量。而且基于三相电流的测试计算中性线电流也会造成测量误差的累积，增大参数估计误差。因此，目前尚没有有效手段获取三相四线制低压配电网中相线以及中性线的阻抗参数。

发明内容

本发明提出了一种基于带有GPS同步时钟模块电能质量分析仪的低压配电网线路阻抗估计方法。

本发明基于GPS实现同步对时，并利用了电能质量分析仪的4个电流通道、4个电压通道。

本发明使用两台带GPS的电能质量分析仪分别安装于线路的首末端，提出同步测量线路首末端ABC三相对中性线基波电压的相量值以及ABCN四线基波电流相量值，并基于此量测值估计出三相四线制低压配电网线路中性线以及相线的阻抗参数。

本发明提出一种基于带有GPS同步时钟模块的电能质量分析仪量测的低压配电网线路阻抗估计方法，给出了该装置的测量方法以及量测量，分段分支路进行测量，在不断电的情况下得到线路首末端ABC三相对中性线基波电压的相量值以及ABCN四线基波电流相量值，结合序分量分解以及复功率理论对三相四线制低压配电网中三相不平衡运行条件下线路的相线以及中性线阻抗参数进行了较为准确的估计。

本发明的具体实现方法包括如下步骤：

1)选取三相四线制低压配电网中的一段线路，基于电能质量分析仪得到线路首末端ABC三相对中性线基波电压的相量值以及ABCN四线基波电流的相量值

2)假设条件：

线路ABC三相阻抗相等。

3)分别对首末端的ABC三相对中性线的基波电压和三相基波电流进行正、负、零序分量分解如下。

由对称分量法可知：

分别为ABC三相相量值，分别为ABC三相相量值对称分解后的正、负、零序分量。分别将线路首末端的三相对中性线基波电压相量值和三相基波电流相量值带入公式(1)得到线路首末端A相电压和A相电流的正、负、零序分量

4)计算线路首末端A相正序复功率。

由复功率的计算公式可知：

首端：

末端：

其中，为A相正序电流的共轭，为线路首端A相正序复功率，为线路末端A相正序复功率，P_A1为线路首端A相正序有功功率，j为虚数单位，Q_A1为线路首端A相正序无功功率。

5)计算相线阻抗值。

其中，U_A1(1)为线路首端A相电压正序分量有效值。

6)计算中性线首末端复功率。

首端：

末端：

其中，分别为中性线首末端复功率值，为中性线电流的共轭，P_N1为中性线首端有功功率，j为虚数单位，Q_N1为中性线首端无功功率。

7)计算中性线阻抗。

其中，U_A1(0)为线路首端A相电压零序分量有效值。

8)基于步骤1)、3)、4)、5)、6)、7)，多次测量计算，应用最小二乘法进行参数估计。

其中，J(x)为误差平方和；z为步骤5)、7)每次计算得到的相线以及中性线的电阻和电抗值；x为待估计的线路相线以及中性线的电阻和电抗值；ε为误差；n为测量计算次数。

本发明的有益效果是在低压配电网中主干线、支线、分支线结构复杂而且缺失现场投运前阻抗测试参数的现状下，本发明使用两台带GPS的电能质量分析仪分别安装于线路的首末端，提出同步测量线路首末端ABC三相对中性线基波电压的相量值以及ABCN四线基波电流相量值，并基于此量测值较准确估计出三相四线制低压配电网线路中性线以及相线的阻抗参数，为低压配电网分析，网损计算和电能质量状态获得基础参数数据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1为根据实际的低压配电网拓扑结构建立的仿真电路图；

图2为一种基于电能质量分析仪量测的低压配电网线路阻抗估计方法流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提出一种基于电能质量分析仪量测的低压配电网线路阻抗估计方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

具体实例：

图1所示为根据实际的低压配电网拓扑结构建立的仿真电路图，电缆型号为JKLYJ-150，该型号电缆在正常工作状况下，电阻为0.206Ω/km，电抗为0.382Ω/km。在Matlab/Simulink搭建仿真模型，模拟实际电路，示波器模拟电能质量分析仪，线路阻抗参数设置如表1所示。

图2所示为一种基于电能质量分析仪量测的低压配电网线路阻抗估计方法流程图，包括如下步骤：

1)多次改变仿真电路中的负荷值，基于电能质量分析仪多次测量得到每一段线路首末端ABC三相对中性线基波电压的相量值和ABCN四线基波电流的相量值。

2)分别对首末端的ABC三相对中性线基波电压和ABC三相基波电流进行正、负、零序分量分解。

由对称分量法可知：

分别为ABC三相相量值，分别为ABC三相相量值对称分解后的正、负、零序分量。分别步骤1)中测量得到的各节点的ABC三相电压相量值和各段线路ABC三相电流带入公式(1)进行正、负、零序分量分解，得到每一段线路首末端A相电压和A相电流的正、负、零序分量

3)计算线路首末端A相正序复功率。

由复功率的计算公式可知：

首端：

末端：

4)计算相线阻抗值。

其中，U_A1(1)为线路首端A相电压正序分量有效值。

5)计算中性线首末端复功率。

首端：

末端：

6)计算中性线阻抗。

其中，U_A1(0)为线路首端A相电压零序分量有效值。

7)基于步骤1)、2)、3)、4)、5)、6)，多次测量计算，应用最小二乘法进行参数估计。

其中，J(x)为误差平方和；z为步骤4)、6)每次计算得到的相线以及中性线的电阻和电抗值；ε为误差；x为待估计的线路相线以及中性线的电阻和电抗值，即为最终得到的每一段线路的相线以及中性线的阻抗值，如表1所示。

表1阻抗估计结果与误差

由表1可知，由于该验证试验选取的配电网线路最长为41米，阻抗值较小，存在读数和计算误差，但计算得到的相线以及中性线的阻抗误差范围均在8％以下，可见该方法具有可行性和工程实践性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种低压配电网线路阻抗估计方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：选取低压配电网中的一段线路，测量获得线路首末端ABC三相对中性线基波电压的相量值以及ABCN四线基波电流的相量值；

步骤2：分别对线路首末两端的ABC三相对中性线的基波电压和三相基波电流进行正、负、零序分量分解，获得线路首末两端A相电压和A相电流的正、负、零序分量；

步骤3：基于线路首末两端A相电压和A相电流的正序分量，计算线路首末两端A相正序复功率；

步骤4：基于线路首端A相电压正序分量、线路首端A相正序复功率、线路末端A相正序复功率，计算相线阻抗值；

步骤5：基于线路首端A相电压的零序分量和中性线电流的共轭，计算中性线首端复功率值；基于线路末端A相电压的零序分量、A相电流的零序分量、相线阻抗值和中性线电流的共轭，计算中性线首末端复功率值；

步骤6：基于线路首端A相电压零序分量有效值、中性线首末端复功率值，计算中性线阻抗。

2.根据权利要求1所述的低压配电网线路阻抗估计方法，其特征在于，所述方法还包括步骤7：

重复执行步骤1-步骤6，进行多次测量计算，应用最小二乘法进行参数估计：

其中，J(x)为误差平方和；z为步骤4和6每次计算得到的相线以及中性线的电阻和电抗值；x为待估计的线路相线以及中性线的电阻和电抗值；ε为误差；n为步骤1-步骤6测量计算的次数。

3.根据权利要求1所述的低压配电网线路阻抗估计方法，其特征在于，所述方法具体为：使用带GPS时钟模块的电能质量分析仪量测得到线路首末端ABC三相对中性线基波电压的相量值：以及ABCN四线基波电流的相量值：

4.根据权利要求1所述的低压配电网线路阻抗估计方法，其特征在于，分别对线路首末两端的ABC三相对中性线的基波电压和三相基波电流进行正、负、零序分量分解包括：

由对称分量法可知：

分别为ABC三相相量值，分别为ABC三相相量值对称分解后的正、负、零序分量；分别将线路首末两端的三相对中性线基波电压相量值和三相基波电流相量值带入公式(1)得到线路首末两端A相电压和A相电流的正、负、零序分量；其中，线路首端的三相对中性线基波电压相量值为：线路末端的三相对中性线基波电压相量值为线路三相基波电流相量值为线路首端A相电压的正、负、零序分量为线路末端A相电压的正、负、零序分量为线路A相电流的正、负、零序分量为

5.根据权利要求1所述的低压配电网线路阻抗估计方法，其特征在于，计算线路首末两端A相正序复功率具体为：

由复功率的计算公式可知：

首端：

末端：

6.根据权利要求1所述的低压配电网线路阻抗估计方法，其特征在于，计算相线阻抗值具体为：

其中，U_A1(1)为线路首端A相电压正序分量有效值。

7.根据权利要求1所述的低压配电网线路阻抗估计方法，其特征在于，计算中性线首末端复功率具体为：

首端：

末端：

8.根据权利要求1所述的低压配电网线路阻抗估计方法，其特征在于，计算中性线阻抗具体为：

其中，U_A1(0)为线路首端A相电压零序分量有效值。

9.根据权利要求1所述的低压配电网线路阻抗估计方法，其特征在于，线路ABC三相阻抗相等。