CN111273085A - 基于本征电气相位差的配电网时钟同步校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于本征电气相位差的配电网时钟同步校正方法。首先,通过对称分量法获取配网首末端稳态电压和电流、分布式测点稳态电流正序分量,及线路正序波阻抗和传播常数;其次,选取步长,以首端稳态电压、电流相位为参考,利用首末端正序电气量计算距首端不同距离稳态电流非同步相位差,求均值,使配网首末各端同步;再次,利用首/末端稳态电压和电流正序分量计算分布式测点稳态电压正序分量;最后,以末/首端稳态电压、电流相位为参考,利用末/首端和分布式测点正序电压、电流相量计算至分布式测点间不同距离稳态电流非同步相位差,求均值,重复步骤,使全网测点同步。本发明无需同步测量,具有较高的相位校正精度。
Description
技术领域
本发明涉及电线路相位测量领域,具体涉及一种基于本征电气相位差的配电网时钟同步校正方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展,城镇化水平不断提高,电力工业得到了长足进步,配电网的系统规模不断扩大,分支众多,连接形式复杂。为迎合电网管理与运行日趋自动化和智能化,配网中数据采集监控系统被广泛采用。
为进一步实现配电自动化,分布式测量装置以其低成本、记录波形方便等优势,被广泛应用于配电线路中。然而,对于分支众多的配电网而言,配电网首末端变电站及安装于线路上的分布式测量装置虽已具备时钟授时功能,但其信息的测采仍不免存在一定的非同步误差,使得其上传数据的相位信息失去利用价值。此外,非同步相位会增大通过稳态电气量进行配电网故障定位的误差。因此,对配电网全网分布式测量装置进行时钟同步校正,对于提升其所上传数据的价值,提高配电线路的故障定位精度具有重要意义。
目前,对于配电网全网分布式测量装置所测采的电气量信息,没有系统的非同步相位校正方法。因此研究原理简单、实用性强的配电网分布式测量装置时钟同步校正方法不仅具有理论研究价值,而且对于工程实践具有重要的现实意义。
发明内容
本发明针对目前配电网分布式测量装置时钟同步校正问题,提供一种基于本征电气相位差的配电网时钟同步校正方法。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案是:
一种基于本征电气相位差的配电网时钟同步校正方法,包括如下步骤:
S1:由配电线路首端和各末端母线处测量点,获取正常运行的配电线路两端稳态电压Us、Uem和电流相量Is、Iem;其中Us、Is分别为配电线路首端稳态电压和电流相量,Uem、Iem分别为配电线路分支m末端稳态电压和电流相量,其中,m=1,2,...,M,M表示分支线路的个数;由配电线路的各分布式测点,获取正常运行的配电线路沿线稳态电流相量Ip,其中,p=1,2,...,P,P表示配电网分布式测点的个数;
S2:利用正常运行的配电线路两端稳态电压和电流相量,通过对称分量法获取配电线路首端稳态电压和电流正序分量和各末端稳态电压和电流正序分量以及线路正序波阻抗Z1和传播常数γ1;利用正常运行的配电线路分布式测点稳态电流相量,通过对称分量法获取配电线路分布式测点处稳态电流正序分量;
S3:对于线路分支m,假设配电线路变电所主站至分支线路m末端线路总长为Lm,利用线路两端的正序电压、电流向量计算距离线路首端l处的正序电流,其中,0≤l≤Lm;以线路首端稳态电压、电流相位为参考,当距离首端l时,记由线路末端稳态电压、电流计算出的电流与由参考计算出的电流间的非同步相位差为
S4:从线路首端起取l=0,以一定步长Δl,累加步长重复步骤S3,直至线路末端l=Lm,构建非同步相位差向量Ωm;对线路Lm上各Δl非同步相位差向量Ωm求和,并求平均值,即为该线路Lm首、末端的非同步相位差θm;改变m值重复步骤S3至S5,直至m值等于M,通过非同步相位差θm实现配网首末各端的同步;
S5:利用首端稳态电气量正序分量计算分布式测点p处的稳态电压正序分量其中,p=1,2,...,P,P表示配电网分布式测点的个数;设最近分支m末端至分布式测点p之间线路全长Lpem=NpemΔl,其中,Npe为Lpem同Δl的比值取整数部分;从分支m末端起,利用线路两端的正序电压、电流向量计算距离线路分支m末端l处的正序电流,其中,0≤l≤Lpem;以分支m末端稳态电压、电流相位为参考,当距离分支m末端l时,记由分布式测点处稳态电压、电流计算出的电流与由参考计算出的电流间的非同步相位差为
S6:从线路分支m末端起取l=0,以一定步长Δl,累加步长重复步骤S6,直至长度累加至分布式测点p处的l=Lpem,构建非同步相位差向量Ωpe;对线路Lm上各Δl非同步相位差向量Ωpem求和,并求平均值,即为该线路Lpem首、末端的非同步相位差θpem.;
S7:利用最近分支m末端稳态电气量正序分量计算分布式测点p处的稳态电压正序分量其中,p=1,2,...,P,P表示配电网分布式测点的个数;设线路首端至分布式测点p之间线路全长Lps=NpsΔl,其中Nps为Lps同Δl的比值取整数部分,从首端起,利用线路两端的正序电压、电流向量计算距离线路首端l处的正序电流,其中,0≤l≤Lps;以首端稳态电压、电流相位为参考,当距离首端l时,记由分布式测点处稳态电压、电流计算出的电流与由参考计算出的电流间的非同步相位差为
S8:从线路首端起取l=0,以一定步长Δl,累加步长重复步骤S9,直至长度累加至分布式测点p处l=Lps,构建非同步相位差向量Ωps;对线路Lps上各Δl非同步相位差向量Ωps求和,并求平均值,即为该线路Lps首、末端的非同步相位差θps;
S9:求取配网分布式测点p处非同步相位差平均值θp,改变p值重复步骤S6至S9,通过非同步相位差θp实现配网分布式测点的同步,θp的计算公式如下:
其中,θpem.为线路Lpem首、末端的非同步相位差;θps为线路Lps首、末端的非同步相位差。
为了优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
上述的步骤S1中,Us、Is、Uem、Iem和Ip可分别表示如下:
其中,分别表示线路首端A、B、C相电压相量;分别表示线路首端A、B、C相电流相量;分别表示分支线路m末端A、B、C相电压相量;分别表示分支线路m末端A、B、C相电流相量;分别表示线路上分布式测点p测得的A、B、C相电流相量。
上述的步骤S3中,利用线路首端的正序电压、电流相量计算距离线路首端l处的正序电流相量和利用线路分支m末端的正序电压、电流相量计算距离线路首端l处的正序电流相量当线路首端与分支m末端存在相位差大小为的同步性误差时进行计算,公式如下:
其中,A(l)、B(l)分别为的实部、虚部;C(l)、D(l)分别为的实部、虚部;Z1为线路正序波阻抗,γ1为传播常数;0≤l≤Lm;为配电线路首端稳态电压和电流正序分量;为分支m末端稳态电压和电流正序分量;
上述的步骤S4中,非同步相位差向量Ωm的计算公式如下:
其中,Nm为Lm同Δl的比值取整数部分,Δl取值为0.1km;
线路Lm首、末端的非同步相位差θm的计算公式如下:
其中,i∈[0,1,2,…,Nm]。
其中,Apem(l)、Bpem(l)分别为的实部、虚部;Cpem(l)、Dpem(l)分别为的实部、虚部;Z1为线路正序波阻抗,γ1为传播常数;0≤l≤Lm;为配电线路首端稳态电压和电流正序分量;为最近分支m末端稳态电压和电流正序分量。
上述的步骤S6中,非同步相位差向量Ωpem的计算公式如下:
其中,Npem为Lpem同Δl的比值取整数部分,Δl取值为0.1km;
线路Lpem首、末端的非同步相位差θpem.的计算公式如下:
其中,i∈[0,1,2,…,Npem]。
其中,Aps(l)、Bps(l)分别为的实部、虚部;Cps(l)、Dps(l)分别为的实部、虚部;Z1为线路正序波阻抗,γ1为传播常数;0≤l≤Lm;为配电线路首端稳态电压和电流正序分量;为任一分支m末端稳态电压和电流正序分量。
上述的步骤S8中,非同步相位差向量Ωps的计算公式如下:
其中,Nps为Lps同Δl的比值取整数部分;Δl可取值为0.1km;
线路Lps首、末端的非同步相位差θp的计算公式如下:
其中,i∈[0,1,2,…,Nps]。
本发明的有益效果在于:
本发明的一种基于本征电气相位差的配电网时钟同步校正方法,通过对称分量法获取配网首末端稳态电压和电流、分布式测点稳态电流正序分量,及线路正序波阻抗和传播常数;其次,选取步长,以首端稳态电压、电流相位为参考,利用首末端正序电气量计算距首端不同距离稳态电流非同步相位差,求均值,使配网首末各端同步;再次,利用首/末端稳态电压和电流正序分量计算分布式测点稳态电压正序分量;最后,以末/首端稳态电压、电流相位为参考,利用末/首端和分布式测点正序电压、电流相量计算至分布式测点间不同距离稳态电流非同步相位差,求均值,使全网测点同步。本发明无需同步测量,对于沿线的分布式测点以及不同的非同步测量相位均有较好校正精度。本发明研究原理简单,实用性强,对于工程实践具有重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为装设有分布式测点的配电网线路拓扑示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提出了基于本征电气相位差的配电网时钟同步校正方法,其整体流程如图1所示,包括如下步骤:
步骤一、由配电线路首端和各末端母线处测量点(假设有M条分支线路),获取正常运行的配电线路两端稳态电压Us、Uem和电流相量Is、Iem(m=1,2,...,M),其中Us、Is分别为配电线路首端稳态电压和电流相量,Uem、Iem分别为配电线路分支m末端稳态电压和电流相量;由配电线路的各分布式测点(假设配电网共有P处分布式测点),获取正常运行的配电线路沿线稳态电流相量,记为Ip(p=1,2,...,P)。Us、Is、Uem、Iem和Ip可分别表示如下:
其中,分别表示线路首端A、B、C相电压相量;分别表示线路首端A、B、C相电流相量;分别表示分支线路m末端A、B、C相电压相量;分别表示分支线路m末端A、B、C相电流相量;分别表示线路上分布式测点p测得的A、B、C相电流相量。
步骤二、利用正常运行的配电线路两端稳态电压和电流相量,通过对称分量法获取配电线路首端稳态电压和电流正序分量和各末端稳态电压和电流正序分量以及线路正序波阻抗Z1和传播常数γ1;利用正常运行的配电线路分布式测点稳态电流相量,通过对称分量法获取配电线路分布式测点处稳态电流正序分量。
步骤三、对于线路分支m,假设配电线路首末端线路总长为Lm,利用线路两端的正序电压、电流向量计算距离线路首端l(0≤l≤Lm)处的正序电流。以线路首端稳态电压、电流相位为参考,当距离首端l时,记由线路末端稳态电压、电流计算出的电流与由参考计算出的电流间的非同步相位差为当线路首末端存在相位差大小为的同步性误差时,计算公式如下:
步骤四、从线路首端起取l=0,以一定步长Δl,改变i值重复步骤三,直至线路末端(l=Lm),构建非同步相位差向量Ωm,计算公式如下:
其中,Nm为Lm同Δl的比值取整数部分;Δl可取值为0.1km。
步骤五、对线路Lm上各Δl非同步相位差向量Ωm求和,并求平均值,即为该线路Lm首、末端的非同步相位差θm。计算公式如下:
其中,i∈[0,1,2,…,Nm];符号“||”为取绝对值。
改变m值重复步骤三至五,通过非同步相位差θm实现配网首末各端的同步。
其中,Lps为线路首端至分布式测点p之间的线路全长。
设最近分支m末端至分布式测点p之间线路全长Lpem=NpemΔl,从分支m末端起(i=0)(0≤i≤Npem),利用线路两端的正序电压、电流相量计算距离线路分支m末端l(0≤l≤Lpem)处的正序电流。以分支m末端稳态电压、电流相位为参考,当距离分支m末端l时,记由分布式测点处稳态电压、电流计算出的电流与由参考计算出的电流间的非同步相位差为计算公式如下:
其中,Apem(l)、Bpem(l)分别为的实部、虚部;Cpem(l)、Dpem(l)分别为的实部、虚部;Z1为线路正序波阻抗,γ1为传播常数;0≤l≤Lm;为配电线路首端稳态电压和电流正序分量;为最近分支m末端稳态电压和电流正序分量。
步骤七、从线路分支m末端起取l=0,以一定步长Δl,改变i值重复步骤六,直至分布式测点p处(l=Lpem),构建非同步相位差向量Ωpem,计算公式如下:
其中,Npem为Lpem同Δl的比值取整数部分;Δl可取值为0.1km。
进一步地,对线路Lpem上各Δl非同步相位差向量Ωpem求和,并求平均值,即为该线路Lpem两端的非同步相位差θpem.:
其中,i∈[0,1,2,…,Npem];符号“||”为取绝对值。
其中,Lpem为最近分支m末端至分布式测点p之间线路全长。
设线路首端至分布式测点p之间线路全长Lps=NpsΔl,从首端起(i=0)(0≤i≤Nps),利用线路两端的正序电压、电流向量计算距离线路首端l(0≤l≤Lps)处的正序电流。以首端稳态电压、电流相位为参考,当距离首端l时,记由分布式测点处稳态电压、电流计算出的电流与由参考计算出的电流间的非同步相位差为计算公式如下:
其中,Aps(l)、Bps(l)分别为的实部、虚部;Cps(l)、Dps(l)分别为的实部、虚部;Z1为线路正序波阻抗,γ1为传播常数;0≤l≤Lm;为配电线路首端稳态电压和电流正序分量;为任一分支m末端稳态电压和电流正序分量。
步骤九、从线路首端起取l=0,以一定步长Δl,改变i值重复步骤八,直至分布式测点p处(l=Lps),构建非同步相位差向量Ωps,计算公式如下:
其中,Nps为Lps同Δl的比值取整数部分;Δl可取值为0.1km。
进一步地,对线路Lps上各Δl非同步相位差向量Ωps求和,并求平均值,即为该线路Lps首、末端的非同步相位差θps,计算公式如下:
其中,i∈[0,1,2,…,Nps];符号“||”为取绝对值。
仿真验证
在PSCAD上搭建包含有12处分布式测点的10节点单端辐射状配电网线路,仿真模型示意图如图2所示,线路拓扑包含有一个首端、六条分支线路,图中红色圆点为分布式测点安装位置。其中,配电网电压等级为10kV,线路首末端变压器容量分别为20MVA和2MVA,变比为:35kV/10.5kV和10kV/0.4kV。线路首端和各分支末端变压器处分别测量线路电压、电流,分布式测点处测量线路电流。设置线路正序传播常数和波阻抗为:2.9656×10-8+j1.0857×10-6和(228.2229-j5.7538)Ω。以线路首端测得的稳态电压、电流的相位为参考,分别给分布式测点1、3、5、7、9、11处测得的稳态电流加入不同的假定相位平移量,以模拟分布式测量装置的不同步采样特性。采用本发明所提出的方法对加入的假定相位平移量进行估计,所得结果如表1所示。从表中可以看出:本发明所提方法对于沿线的分布式测点,以及不同的非同步测量相位的均有较好校正精度。
表1不同的非同步测量相量的相位平移量估算结果:
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于本征电气相位差的配电网时钟同步校正方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:由配电线路首端和各末端母线处测量点,获取正常运行的配电线路两端稳态电压Us、Uem和电流相量Is、Iem;其中Us、Is分别为配电线路首端稳态电压和电流相量,Uem、Iem分别为配电线路分支m末端稳态电压和电流相量,其中,m=1,2,...,M,M表示分支线路的个数;由配电线路的各分布式测点,获取正常运行的配电线路沿线稳态电流相量Ip,其中,p=1,2,...,P,P表示配电网分布式测点的个数;
S2:利用正常运行的配电线路两端稳态电压和电流相量,通过对称分量法获取配电线路首端稳态电压和电流正序分量和各末端稳态电压和电流正序分量以及线路正序波阻抗Z1和传播常数γ1;利用正常运行的配电线路分布式测点稳态电流相量,通过对称分量法获取配电线路分布式测点处稳态电流正序分量;
S3:对于线路分支m,假设配电线路变电所主站至分支线路m末端线路总长为Lm,利用线路两端的正序电压、电流向量计算距离线路首端l处的正序电流,其中,0≤l≤Lm;以线路首端稳态电压、电流相位为参考,当距离首端l时,记由线路末端稳态电压、电流计算出的电流与由参考计算出的电流间的非同步相位差为
S4:从线路首端起取l=0,以一定步长Δl,累加步长重复步骤S3,直至线路末端l=Lm,构建非同步相位差向量Ωm;对线路Lm上各Δl非同步相位差向量Ωm求和,并求平均值,即为该线路Lm首、末端的非同步相位差θm;改变m值重复步骤S3至S5,直至m值等于M,通过非同步相位差θm实现配网首末各端的同步;
S5:利用首端稳态电气量正序分量计算分布式测点p处的稳态电压正序分量其中,p=1,2,...,P,P表示配电网分布式测点的个数;设最近分支m末端至分布式测点p之间线路全长Lpem=NpemΔl,其中,Npem为Lpem同Δl的比值取整数部分;从分支m末端起,利用线路两端的正序电压、电流向量计算距离线路分支m末端l处的正序电流,其中,0≤l≤Lpem;以分支m末端稳态电压、电流相位为参考,当距离分支m末端l时,记由分布式测点处稳态电压、电流计算出的电流与由参考计算出的电流间的非同步相位差为
S6:从线路分支m末端起取l=0,以一定步长Δl,累加步长重复步骤S6,直至长度累加至分布式测点p处的l=Lpem,构建非同步相位差向量Ωpe;对线路Lm上各Δl非同步相位差向量Ωpem求和,并求平均值,即为该线路Lpem首、末端的非同步相位差θpem.;
S7:利用最近分支m末端稳态电气量正序分量计算分布式测点p处的稳态电压正序分量其中,p=1,2,...,P,P表示配电网分布式测点的个数;设线路首端至分布式测点p之间线路全长Lps=NpsΔl,其中Nps为Lps同Δl的比值取整数部分,从首端起,利用线路两端的正序电压、电流向量计算距离线路首端l处的正序电流,其中,0≤l≤Lps;以首端稳态电压、电流相位为参考,当距离首端l时,记由分布式测点处稳态电压、电流计算出的电流与由参考计算出的电流间的非同步相位差为
S8:从线路首端起取l=0,以一定步长Δl,累加步长重复步骤S9,直至长度累加至分布式测点p处l=Lps,构建非同步相位差向量Ωps;对线路Lps上各Δl非同步相位差向量Ωps求和,并求平均值,即为该线路Lps首、末端的非同步相位差θps;
S9:求取配网分布式测点p处非同步相位差平均值θp,改变p值重复步骤S6至S9,通过非同步相位差θp实现配网分布式测点的同步,θp的计算公式如下:
其中,θpem.为线路Lpem首、末端的非同步相位差;θps为线路Lps首、末端的非同步相位差。
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CN112600638A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-02 | 国网北京市电力公司 | 电网时钟同步方法及装置 |
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