CN113804956A - 输电线路电气参数在线采集处理系统和方法及其映射表获得方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种输电线路电气参数在线采集处理系统和方法,同时还涉及该系统中的映射表获得方法，属于测量电变量技术领域。该系统由分置于输电线路两端变电站的两套便携同步采集处理仪构成,便携同步采集处理仪包括采集单元、FPGA模块、网络报文模块、通信模块和数据处理单元，采集单元包含AD采样控制芯片、电压传感器、校时模块、电流钳、电压接线夹、校时信号线和航空插头，AD采样控制芯片的采样频率是每周波至少4000采样点，数据处理单元预存有用于对采集的三相电流和电压的矢量值进行幅值修正和相位修正的映射表；该映射表通过实验方法获取。使用该系统和映射表可对输电线路两端采集的电压电流矢量值的幅值和相位进行修正，计算修正后的电压电流矢量值即可得到输电线路的阻抗和导纳等电气参数。

Description

输电线路电气参数在线采集处理系统和方法及其映射表获得 方法
技术领域
本发明涉及一种对输电线路电气参数在线采集处理系统及方法，尤其是对输电线路的两端同一时刻的三相电压和三相电流的进行测量采样后经处理计算得到输电线路实时电阻、阻抗等线路参数的系统及其利用该系统对输电线路电气参数进行在线采集处理的方法，还涉及该系统及方法中的系数和偏移值的实验获取方法，属于测量电变量技术领域。
背景技术
电网物理复杂性的迅速上升使得电网安全稳定运行面临严峻挑战。随着电网规模越来越大，网络结构越来越复杂，调度运行人员对电网特性的把握也越来越依赖于基于电网模型的实时监测分析。准确的电网参数是形成准确的电网模型，进而进行状态估计、潮流计算、网损分析、故障分析和继电保护整定计算等电力系统计算的基础。因此精确获得电网中输电线路的实时参数，对电网的安全稳定运行具有重大意义。
目前所知的现有变电站采集电网中输电线路的电气参数方法主要有：稳态采集、动态采集、暂态采集、保护数据采集和电量数据采集，涉及的装置有测控装置、相量测量装置、故障录波、保护装置和电能表。这些装置均采用电流、电压互感器隔离一次侧信号，利用AD采样互感器二次侧的电压和电流的瞬时矢量值，而目前的互感器满量程的转换精度不能满足2‰的精度要求。用这些装置形成的方法都是利用互感器实现一次侧信号与二次侧信号隔离之后通过AD数模转换采集到的当前输电线路的电压和电流的瞬时值，并通过FFT傅里叶运算计算当前采样点的矢量值。由于这样采集到的电压和电流的矢量值在互感器满量程内并非一直呈线性转换，所以存在较大误差，,因此无法据此电压和电流的采样值来精确计算得到获得一段输电线路(如两个变电站之间的输电线路)的阻抗(电阻和电抗)和导纳(电导和电纳)等线路电气参数。据了解的实际情况是，目前用于潮流计算的输电线路的阻抗和导纳等线路电气参数是由建设该输电线路时的电缆生产厂商提供的最初数值。但随着线路使用时间推移和线路老化等影响，输电线路阻抗和导纳等线路参数肯定会发生变化，从而影响输电线路的潮流计算及其管理。
上述输电线路测量电压和电流的矢量值误差包括相位差和幅值差。究其原因：一是，现有变电站测量采集高压输电线路的电流、电压均通过电流、电压互感器转换为二次侧采样信号进行AD采样。电流互感器测量的是铁芯线圈电磁感应原理，其主要是闭合绕组和铁芯以及绝缘外壳组成的，绕组分为一次绕组和二次绕组，电流互感器承载的一次绕组和二次绕组的信号转换关系。因此，电流互感器的二次输出量与其归算到一次输入量必然存在幅值大小不相等、角度不相同所造成的差值，即包括数值(变比)误差和相位(角度)误差的两种误差。而且，用于在线测量采集的电流钳均是开口互感器，其感应电流的环节被断开了，也就是感应磁芯不是一个密闭的整体，所以会有进一步影响测量精度。二是，因为测量采样设备校时误差以及各采样通道互感器转换延迟的误差，导致输电线路同一时间刻采样的电流、电压相位与实际运行的电流、电压相位存在较大误差，目前PMU在幅值非额定条件下相位的误差高达1℃。因此，现有变电站采集方法得到电压和电流的电气量，无法用来计算获得输电线路的阻抗和导纳等电气参数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：通过在线同步测量捕获输电线路两端同一时间断面的电流、电压矢量值来精确获得输电线路的阻抗和导纳等电气参数。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案一是：一种输电线路电气参数在线采集处理系统，主要由分置于所述输电线路两端变电站的两套相同的便携同步采集处理仪构成,所述便携同步采集处理仪包括采集单元、FPGA模块、网络报文模块、通信模块、数据处理单元和便携机箱，所述FPGA模块、网络报文模块、通信模块和数据处理单元设置于便携机箱内，所述采集单元包含AD采样控制芯片、电压传感器、校时模块、电流钳、电压接线夹、校时信号线和航空插头，所述AD采样控制芯片、电压传感器和校时模块设置于所述便携机箱内并通过所述航空插头分别与置于所述便携机箱外的所述电流钳、电压接线夹和校时信号线进行连接；所述电压传感器、AD采样控制芯片、校时模块、FPGA模块、数据处理单元和通信模块之间彼此形成电信号连接；所述采集单元、网络报文模块和数据处理单元之间通过网线连接；所述通信模块用于将两套便携同步采集处理仪采集的数据进行交互；所述AD采样控制芯片每周波采样至少4000个采样点，所述数据处理单元预存有用于对采集的三相电流和电压的矢量值进行幅值修正和相位修正的幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表。
技术方案一的进一步完善是，所述校时模块对来自GPS服务器的时钟信号进行解码并提取整秒时刻的秒脉冲上升沿，该上升沿输入至所述AD采样控制芯片以控制两套便携同步采集处理仪分别在输电线路两端变电站二次侧进行整秒时刻采样。
技术方案一的进一步完善是，当所述便携同步采集处理仪采样到电流和电压信号后，所述FPGA控制芯片发送一个中断信号给所述网络报文处理模块，所述网络报文处理模块接收到中断信号，在FPGA控制芯片内部实现一个100M MAC并通过RMII接口与一个PHY芯片实现对接，然后控制PHY芯片把当前采样的电流和电压信号瞬时值通过差分信号传递给SFP模块，再由SFP模块以报文的形式上送给所述数据处理单元；所述数据处理单元根据幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表对采样值进行修正。
技术方案一的进一步完善是，所述幅值修正系数映射表包括电压幅值修正系数映射表和电流幅值修正系数映射表，所述整秒时刻采样点偏移值映射表包括整秒时刻电压采样点偏移值映射表和整秒时刻电流采样点偏移值映射表。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案二是：上述技术方案一中的幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表，是通过执行以下步骤的实验方法获得：
1)备置一台电流、电压模拟量输出精度为1‰的高精度测试仪，电流输出范围是0.1A-5A，电压输出范围是1V-100V；备置一台支持IRIG-B校时功能的GPS服务器；备置两台便携同步采集处理仪一和二；
2)通过电流钳、校时信号线和航空插头连接器将高精度测试仪与便携同步采集处理仪进行各项连接,然后通电,高精度测试仪按照电流输出范围和电压输出范围进行等分后逐个输出三相电压和电流信号给便携同步采集处理仪；从两台便携同步采集处理仪一和二采集得到采样三相电压矢量值和采样三相电流矢量值，所述采样三相电压矢量值包括采样三相电压幅值和采样三相电压相位值，所述采样三相电流矢量值包括采样三相电流幅值和采样三相电流相位值；
3)建立幅值修正系数映射表
将采样三相电压幅值与高精度测试仪输出三相电压幅值之比A作为每相电压幅值修正系数，将采样三相电流幅值与高精度测试仪输出三相电流幅值之比B作为每相电流幅值修正系数，同时将采样三相电压幅值对应的输出三相电压幅值按照正负5V作为电压幅值范围，并将采样三相电压幅值对应的输出三相电压幅值按照正负0.5A作为电流幅值范围；将所有每相电压幅值修正系数A及其对应的电压幅值范围构成构成电压幅值修正系数映射表，将所有每相电流幅值修正系数B及其对应的电流幅值范围构成电流幅值修正系数映射表，电压幅值修正系数映射表和电流幅值修正系数映射表组成幅值修正系数映射表；
4)建立整秒时刻采样点偏移值映射表
高精度测试仪选择额定电压同时向两台便携同步采集处理仪一和二输出三相电压和电流信号，以其中一台便携同步采集处理仪整秒时刻采样的任一相电压和电流的相位值为基准，计算整秒时刻采样的其他采样电压和电流的相位值分别与该相电压和电流的相位值的相位差值；
设定AD采样控制芯片每周波采样大于等于4000个采样点，则连续两个采样点之间的相位差值就是最小相位差值≥0.09°(360°÷4000＝0.09°)；将整秒时刻的其他采样电压和电流的相位值分别与该最小相位差值比较，超过最小相位差值的倍数的，将该倍数记为其他采样电压和电流的整秒时刻采样点偏移值，不足倍数的则不记，不足一倍数的整秒时刻采样点偏移值记为零，计算的所有采样电压和电流的整秒时刻采样点偏移值构成整秒时刻采样点偏移值映射表，整秒时刻采样点偏移值映射表包括整秒时刻电压采样点偏移值映射表和整秒时刻电流采样点偏移值映射表。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案三是：一种输电线路电气参数在线采集处理方法，采用技术方案一的输电线路两端电气参数在线采集处理系统，包括以下步骤：
1.在同一输电线路的两端各自变电站内各用一套所述便携同步采集处理仪，将电流钳钳住各自变电站二次侧测控装置的三相电流进线上；同时将电压接线夹并联至各自变电站二次侧测控装置的三相电压输入接线端子处，同时将校时信号线连接至输电线路的两端各自变电站二次侧测控装置的GPS服务器的IRIG-B输出端；
2.GPS服务器的时钟信号通过校时模块解码并提取整秒时刻的秒脉冲上升沿输入至AD采样控制芯片，AD采样控制芯片将采集的三相电流和电压矢量值的模拟信号转化为数字信号并经FPGA模块控制发送给网络报文处理模块，再通过网络报文处理模块上送给数据处理单元；通信模块将两套便携同步采集分析仪采集的三相电流和电压矢量值数字信号彼此进行实时交互；
3.数据处理单元根据预存的幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表对整秒时刻采样的三相电流和电压矢量值进行幅值修正和相位修正；
3.1根据提取整秒时刻采样的三相电流和电压矢量值的幅值分别在电压幅值修正系数映射表和电流幅值修正系数映射表中落入的电压幅值范围和电流幅值范围，选择对应的电压幅值修正系数Ku和电流幅值修正系数Ki；
3.2电压和电流相位修正
按照整秒时刻采样点偏移值映射表中确定的整秒时刻采样点偏移值，对各三相电压和电流的整秒时刻采样点进行偏移，使得各三相电压和电流的整秒时刻采样点一致，得到修正后的各三相电压和电流在整秒时刻的相位值；
经过幅值修正和相位修正后得到修正后的三相电压和电流矢量值；
4.根据修正后的三相电压和电流电流矢量值,进行FFT运算和向量运算，计算出输电线路两端的正序分量、负序分量，代入线路阻抗模型计算得到该输电线路的阻抗和导纳。
本发明的有益效果是：1)由于专门设计的便携同步采集处理仪能有效在输电线路两端进行在线电流、电压模拟数据的同步采样，并把采样电流、电压矢量值进行实时交互(发送到输电线路对端)，因此为在线输电线路的电气参数计算提供稳定可靠的矢量数据；2)由于通过实验将输出电压电流幅值进行细分，因此可以得到较高精度的幅值修正系数，因此对采样电流、电压矢量值可以进行精确的幅值修正；3)由于通过实验将采样频率形成的最小相位差来控制输电线路两端采集的各电压电流的整秒时刻采样点进行偏移，使得各电压电流的偏移后的相位差均小于最小相位差，因此可以实现对采样电流、电压矢量值进行精确的相位修正；4)由于在数据处理单元预存根据实验得到的幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表，因此可以对采样电流、电压矢量值进行精确的幅值修正和相位修正；5)由于可以得到修正后精确的输电线路两端电流、电压矢量值，因此可以计算得到该输电线路精确的电阻、电抗、电导和电纳。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是实施例一输电线路电气参数在线采集处理系统的结构框图；
图2是图1中AD采样控制芯片的电路原理图之一；
图3是图1中电压传感器的电路原理图；
图4是图1中校时模块的电路原理图；
图5是图1中FPGA模块的电路原理图之一；
图6是图1中FPGA模块的电路原理图之二；
图7是图1中网络报文模块的电路原理图；
图8是图1中4G通信模块的电路原理图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的一种输电线路电气参数在线采集处理系统，主要由分置于输电线路两端变电站的两套相同的便携同步采集处理仪构成。
便携同步采集处理仪如图1所示，包括采集单元、FPGA模块、网络报文模块、通信模块(4G模块)和数据处理单元，采集单元包含AD采样控制芯片、电压传感器、校时模块、电流钳、电压接线夹、校时信号线和航空插座插头，AD采样控制芯片、电压传感器和校时模块设置于便携机箱内并通过航空插座插头分别与置于便携机箱外的电流钳、电压接线夹和校时信号线进行连接；即采集单元的IO接口均采用航空插座插头。AD采样控制芯片采用现有的型号AD7606BBSTZ的芯片，电路结构如图2所示。
如图3所示，电压传感器U10-U13(型号IsoBlock-V-1C)的1-4引脚连接至AD采样芯片U2(型号AD7606BBSTZ)的49-56号引脚(电信号连接)。
如图4所示，校时信号线一端连接至输电线路两端变电站二次侧测控装置的GPS服务器IRIG-B接口，另一端通过航空插座插头连接至设校时模块，本实施例的便携同步采集处理仪同时支持电校时模块U7(型号ACPL-M61L)和光校时模块U8(型号HFBR-2412T)。如图5所示，校时模块对来自GPS服务器的时钟信号进行解码并提取整秒时刻的上升沿，该上升沿输入至AD采样控制芯片，可以控制两套便携同步采集处理仪分别在输电线路两端变电站二次侧进行整秒时刻采样。
AD采样控制芯片接口DB0-DB15(如图2中的16-33号引脚)连接到FPGA控制芯片U1000(型号XC6SLX100T-2FG676C)，从而把模拟信号转化为数字信号传输到FPGA控制芯片U1000中进行数据处理(如图6所示)，由FPGA控制芯片来控制AD采集控制芯片的复位、采样模式、数字输入等引脚(分别对应图2中11、3-5、10号引脚)。当采样之后，FPGA控制芯片发送一个中断信号给网络报文处理模块，网络报文处理模块接收到中断信号，在FPGA控制芯片内部实现一个100M MAC(如图7),并通过RMII接口与一个PHY芯片U500(如图8所示)实现对接，然后控制PHY芯片把当前采样的矢量值通过差分信号(PHY芯片23、24、26、27引脚)传递给SFP模块U100(如图8所示)，由SFP接口把数据以报文的形式上送给数据处理单元。
设定AD采样控制芯片每周波采样至少4000个采样点，本实施例选择每周波采样4000个采样点。对于工频50赫兹来说，AD采样控制芯片的采样频率就是200kSPS，kSPS全称Kilo Samples per Second，即采样千次每秒，是转化速率的单位，200kSPS就是每秒20万次采样，换算每周波是4000次采样(200000÷50＝4000)。
在数据处理单元内预存了用于对采样的三相电流矢量值和三相电压矢量值进行幅值修正和相位修正的幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表。
实施例二
对于上述实施例一系统中的幅值修正系数映射表和相位偏移系数映射表的获得，本实施例提供的执行如下步骤的实验获取方法：
1)备置一台电流、电压模拟量输出精度为1‰的高精度测试仪，电流输出范围是0.1A-5A，电压输出范围是1V-100V；备置一台支持IRIG-B校时功能的GPS服务器；备置两台实施例一中的便携同步采集处理仪一和二。
2)通过电流钳、校时信号线和航空插头连接器将高精度测试仪与便携同步采集处理仪进行各项连接,然后通电,高精度测试仪向便携同步采集处理仪输出电信号。输出电信号按照电流输出范围和电压输出范围进行等分后逐个输出，即每一个输出电压幅值和电流幅值之间相差相同的差值。比如本实施例选择10V作为电压幅值的差值，则在1V-100V电压范围内进行等分后分别有10V、20V、30V...直到100V共有10个电压幅值，高精度测试仪按照这10个电压幅值逐个输出电信号给便携同步采集处理仪。
3)建立幅值修正系数映射表
1.建立每相电压幅值修正系数映射表
以其中一台便携同步采集处理仪一在接收到10个不同电压幅值的三相电压输入信号(即高精度测试仪的输出信号)下得到对应的采样三相电压幅值信号为例，三相电压幅值分别以Ua1、Ub1、Uc1表示，如表1所示。
表1
Figure BDA0003246495620000071
Figure BDA0003246495620000081
根据表1可以算出三相输入电压幅值(即高精度测试仪输出三相电压幅值)与采样三相电压幅值之比的比例系数，该系数就是每相电压幅值修正系数A＝采样电压幅值/输入电压幅值，如表2所示。
表2
Figure BDA0003246495620000082
对表2进行整理，对采样三相电压幅值对应的输出三相电压幅值按照正负5V作为电压幅值范围，将所有每相电压幅值修正系数A及其对应的电压幅值范围构成电压幅值修正系数映射表，如表3所示。
表3
Figure BDA0003246495620000091
另外一台便携同步采集处理仪二的每相电压幅值修正系数A及映射表采用与上述相同方法得到，此处不再赘述。
2.建立每相电流幅值修正系数映射表
同样，在0.1A-5A电流范围内进行等分，分别是0.5A、1.0A、1.5A...直到5.0A共有10个电流幅值。高精度测试仪开始依次向便携同步采集处理仪输出上述10个电流幅值的三相电流信号。以其中一台便携同步采集处理仪一在接收到10个不同电流幅值的三相电输入信号下得到对应的三相采样电流幅值信号为例，三相电流幅值分别以Ia1、Ib1、Ic1表示，如表4所示。
表4
Figure BDA0003246495620000092
Figure BDA0003246495620000101
根据表4可以算出三相输入电流幅值(即高精度测试仪输出三相电流幅值)与采样三相电流幅值之比的比例系数，该系数就是每相电流幅值修正系数B＝采样电流幅值/输入电流幅值，如表5所示。
表5
Figure BDA0003246495620000102
Figure BDA0003246495620000111
对表5进行整理，对采样三相电流幅值对应的输出三相电流幅值按照正负0.5A作为电流幅值范围，将所有每相电流幅值修正系数A及其对应的电流幅值范围构成电流幅值修正系数映射表，如表6所示。
表6
Figure BDA0003246495620000112
另外一台便携同步采集处理仪二的每相电流幅值修正系数A及映射表采用与上述相同方法得到，此处不再赘述。
4)建立整秒时刻采样点偏移值映射表
1.建立电压整秒时刻采样点偏移值映射表
选择额定电压57.7V作为高精度测试仪同时向两台便携同步采集处理仪一和二输出三相电压信号，两台便携同步采集处理仪一和二各自采集的整秒时刻采样电压信号分别以Va1、Vb1、Vc1、Va2、Vb2和Vc2表示，以其中便携同步采集处理仪一采样的a相电压Va1的相位值为基准，在整秒时刻采样的六个电压的相位值以及这些相位值分别与a相电压Va1相位值的相位差值⊿ΦV如表7所示。
表7
Figure BDA0003246495620000121
本实施例设计AD采样控制芯片的采样频率是200kSPS(工频时)，即每周波采样4000个采样点，则连续两个采样点之间的相位差值就是最小相位差值0.09°(360°÷4000＝0.09°)。由于已知电流互感器的正常电流测量量程是0.1-5A，高精度测试仪输出电信号频率是50赫兹，即每秒50个周波，每秒共计20万个采样点，只提取每秒开始时刻(即整秒处起始时刻)的一个周波的三相电压信号，采样该时刻第一点的三相电信号，然后按照该采样点偏移值将其他的电压和电流相位的整秒处起始采样点进行偏移。这样就可以使以后采样便携同步采集处理仪二的三相电压Va2、Vb2、Vc2与便携同步采集处理仪一的a相电压Va1的相位差值极大地缩小(都小于最小相位差值0.09°)，从而极大提高采样的各相电压之间相位同步的精度。
根据表7可知，便携同步采集处理仪二在整秒时刻采样的三相电压Va2、Vb2、Vc2与便携同步采集处理仪一的a相电压Va1的相位差值(0.1887、0.1807和0.2007)分别与最小相位差值0.09°相比均超过两倍但不足三倍，因此取整秒时刻采样点偏移值＝2。而对于便携同步采集处理仪一本身的b相和c相在整秒时刻采样的电压Vb1、Vc1与a相电压Va1的相位差值(0.0007、0.0003)均小于最小相位差值0.09°，不足一倍数的最小相位差值0.09°，因此取采样的电压Vb1、Vc1的整秒时刻采样点偏移值记为零，即对于采样的电压Vb1、Vc1来说就无需进行整秒时刻采样点的偏移，或者说采样的电压Vb1、Vc1的相位无需修正。将上述表7中的各电压相位差值⊿Φ与最小相位差值0.09°的倍数分别换算为整秒时刻采样点偏移值并构成电压整秒时刻采样点偏移值映射表，如表8所示。
表8
Figure BDA0003246495620000122
Figure BDA0003246495620000131
由于电压相位与电压幅值大小无关，即不同电压幅值的各相电压相位都是一样的，因此上述表8中给出的采样点偏移值可适用于不同电压幅值下的各相电压相位的修正，修正均是按照表8中确定整秒时刻采样点偏移值对各采样电压的整秒时刻采样点进行偏移，从而使各采样电压的整秒时刻采样点一致。
2.建立电流整秒时刻采样点偏移值映射表
由于电流相位与采样的电流幅值大小相关联，因此采样电流按照前面等分的十个电流幅值0.5A、1A、1.5A、2.0A、2.5A、3.0A、3.5A、4.0A、4.5A、5A，由高精度测试仪同时向两台便携同步采集处理仪1和2输出十次不同电流幅值的三相电流信号，电压幅值可以选额定57.7V，两台便携同步采集处理仪一和二进行十次采样三相电流信号。
本实施例以输入电流幅值5.0A采样为例，与电压同样，以其中一台便携同步采集处理仪一采样的a相电流Ia1的相位值为基准，两台便携同步采集处理仪一和二各自在整秒时刻采样的六个电流的相位值以及这些相位值分别与a相电流Aa1相位值的相位差值⊿Φi如表9所示。
表9
Figure BDA0003246495620000132
Figure BDA0003246495620000141
与电压一样，本实施例设计AD采样控制芯片的采样频率是200kSPS(工频时)，即每周波采样4000个采样点，则连续两个采样点之间的相位差值就是最小相位差值＝360°÷4000＝0.09°。根据表9可知，便携同步采集处理仪一的b相电流Ab1与a相电流Aa1的相位差值(0.1165)大于一倍最小相位差值0.09°但小于二倍最小相位差值0.09°，因此b相电流Ab1的整秒时刻采样点偏移值记为1；便携同步采集处理仪一的c相电流Ac1与a相电流Aa1的相位差值(0.2093)大于二倍最小相位差值0.09°但小于三倍最小相位差值0.09°，因此c相电流Ac1的整秒时刻采样点偏移值记为2。同理，根据便携同步采集处理仪二的三相电流Aa2、Ab2和Ac2分别与便携同步采集处理仪一的a相电流Aa1的相位差值，分别得到三相电流Aa2、Ab2和Ac2的整秒时刻采样点偏移值记分别记为2、0和4，所有整秒时刻采样点偏移值构成电流整秒时刻采样点偏移值映射表，如表10所示。
表10
Figure BDA0003246495620000142
本实施例再以输入电流幅值0.5A为例，两台便携同步采集处理仪一和二各自采集的共六个采样电流信号的相位值，以其中一台便携同步采集处理仪一采样的a相电流Ia1的相位值为基准，各采样电流的相位差值如表11所示。
表11
Figure BDA0003246495620000143
Figure BDA0003246495620000151
与前述处理方式相同，构成电流整秒时刻采样点偏移值映射表，如表12所示。
表12
Figure BDA0003246495620000152
其他各不同电流幅值下的电流整秒时刻采样点偏移值映射表采用与上述相同方法得到，此处不再赘述。
最后将得到的电压整秒时刻采样点偏移值映射表和电流整秒时刻采样点偏移值映射表组成整秒时刻采样点偏移值映射表。
实施例三
本实施例是采用实施例一的输电线路电气参数在线采集处理系统的一种输电线路电气参数在线采集处理方法，包括以下步骤：
S1.在同一输电线路的两端各自变电站内各用一套便携同步采集处理仪，将电流钳钳住各自变电站二次侧测控装置的三相电流进线上；同时将电压接线夹并联至各自变电站二次侧测控装置的三相电压输入接线端子处，两端变电站的三相电压输入接线端子分别是：；同时将校时信号线连接至各自变电站二次侧测控装置的GPS服务器的IRIG-B输出端；
S2.GPS服务器的时钟信号通过校时模块解码并提取整秒时刻的秒脉冲上升沿输入至AD采样控制芯片，采样的三相电流矢量值信号输入至AD采样控制芯片，采样的三相电压矢量值信号通过电压传感器转换后输入至AD采样控制芯片，AD采样控制芯片将采集的三相电流和电压矢量值的模拟信号转化为数字信号并经FPGA模块控制发送给网络报文处理模块，再通过网络报文处理模块上送给数据处理单元；通信模块将两套便携同步采集分析仪采集的三相电流和电压矢量值数字信号彼此进行交互。
AD采样控制芯片提取整秒时刻采样三相电压和电流矢量值，其中，分置于输电线路两端变电站的两套便携同步采集分析仪所提取的采样三相电流矢量值信号和三相电压矢量值信号各有六个，分别是：电流幅值分别以Ia1、Ib1、Ic1、Ia2、Ib2和Ic2表示，电压幅值分别以Ua1、Ub1、Uc1、Ua2、Ub2和Uc2表示；电流相位分别以Aa1、Ab1、Ac1、Aa2、Ab2和Ac2表示，电压相位分别以Va1、Vb1、Vc1、Va2、Vb2和Vc2表示。
通信模块将这些采样的三相电流矢量值信号和三相电压矢量值信号交互传送给两套便携同步采集分析仪的各自数据处理单元。
S3.数据处理单元根据预存的幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表对采样的三相电流矢量值和三相电压矢量值进行幅值和相位的修正，具体举例如下：
S3.1电压幅值修正
如其中便携同步采集分析仪一采样1的a相电压的幅值是60.3022，根据实施例二中的电压幅值修正系数映射表(表3)可知，60.3022在55～65区间内，因此对应的幅值修正系数取0.9999，因此修正后的电压幅值＝60.3022÷0.9999≈60.3082V。其他相的电压幅值修正以此类推，不再赘述。
S3.2电流幅值修正
如其中便携同步采集分析仪一采样的a相电流幅值是3.2077，根据实施例二中的电流幅值修正系数映射表(表6)可知，3.2077在3～3.5区间内，因此对应的幅值修正系数是0.9987，因此修正后的电流幅值＝3.2077÷0.9987≈3.2118A。
其他相的电流幅值修正以此类推，不再赘述。
S3.3电压相位同步修正
根据实施例二中的电压整秒时刻采样点偏移值映射表(表8)可知，便携同步采集分析仪一的三相电压的整秒时刻采样点偏移值均是0，因此无需修正电压相位。
而便携同步采集分析仪二的三相电压的整秒时刻采样点偏移值均是2，因此需要对三个电压Va2、Vb2、Vc2的相位进行修正，具体是将便携同步采集分析仪二的三相电压的整秒时刻采样点偏移2个点，也就是说以修正前整秒时刻之后的第3点做为修正后整秒时刻采样点(每秒采样的一个周波起始点)。这样就可以使便携同步采集处理仪二的三相电压Va2、Vb2、Vc2与便携同步采集处理仪一的a相电压Va1的相位差值极大地缩小(都小于最小相位差值0.09°)，从而使两台便携同步采集处理仪一和二采样的各相电压之间相位差大大缩小，从而达到更高精度的同步。
S3.4电流相位同步修正
按照实施例二中的电流整秒时刻采样点偏移值映射表(表10、12)，根据便携同步采集分析仪一和二采样的三相电流幅值的不同选择电流整秒时刻采样点偏移值。如其中便携同步采集分析仪一采样的a1相电流幅值是4.9A和相位值是53.315°。由于电流幅值4.9A接近5A，因此根据实施例二中的电流整秒时刻采样点偏移值映射表(表10)可知，a1相电流对应的采样点偏移值是1，因此将便携同步采集分析仪一采样a1相电流整秒时刻采样点偏移1个点，即以修正前整秒时刻之后的第2点做为修正后整秒时刻采样点(每秒采样的一个周波起始点)，从而修正了a1相电流的相位。其他相的电流相位同步修正以此类推，不再赘述。
如此，得到输电线路两端修正后的各整秒时刻采样电压和电流矢量值。
4.对修正后的输电线路两端的三相电流矢量值和三相电压矢量值,进行FFT运算和向量运算计算出线路两端的正序分量、负序分量，代入线路阻抗模型计算得到该输电线路的电阻、电抗、电导和电纳。计算公式如下：
Figure BDA0003246495620000171
Figure BDA0003246495620000172
Figure BDA0003246495620000173
Figure BDA0003246495620000174
Figure BDA0003246495620000181
Figure BDA0003246495620000182
Figure BDA0003246495620000183
Figure BDA0003246495620000184
Figure BDA0003246495620000185
Figure BDA0003246495620000186
Figure BDA0003246495620000187
本实施例以南京市220kV宁莫2M50输电线路举例如下：该输电线路的两端分别是莫愁路侧变电站和宁海路侧变电站，用实施例一的两台便携同步采集分析仪一和二分别在莫愁路侧变电站和宁海路侧变电站进行采样，采样的某整秒时刻的二次侧数据数据并按照上述修正方法进行修正，具体修正过程同实施例二描述的过程，本实施例不再赘述，经过两台便携同步采集分析仪修正后的二次侧数据数据如下表13和表14。
表13莫愁路侧：2021年1月26日15时15分00秒
序号 名称 二次值 单位 相位角
1 Ia1 0.827 A 64.895
2 Ib1 0.835 A -56.02
3 Ic1 0.829 A -175.04
4 Va1 60.471 V 55.13
5 Vb1 60.491 V -64.79
6 Vc1 60.600 V 175.11
表14宁海路侧：2021年1月26日15时15分00秒
序号 名称 二次值 单位 相位角
1 Ia2 0.823 A 51.61
2 Ib2 0.825 A -68.58
3 Ic2 0.817 A 171.38
4 Va2 60.422 V 55.06
5 Vb2 60.477 V -64.86
6 Vc2 60.593 V 175.04
将表13、14的二次侧的数据乘以PT/CT变比转化为一次侧数据如下表15、16，PT/CT变比分别为250A/1A和220KV/100V。
表15莫愁路侧：2021年1月26日15时15分00秒
序号 名称 一次值 单位 相位角
1 Ia1 206.750 A 64.895
2 Ib1 208.750 A -56.02
3 Ic1 207.250 A -175.04
4 Va1 133036.200 V 55.13
5 Vb1 133080.200 V -64.79
6 Vc1 133320.000 V 175.11
表16宁海路侧：2021年1月26日15时15分00秒
序号 名称 一次值 单位 相位角
1 Ia2 205.750 A 51.61
2 Ib2 206.250 A -68.58
3 Ic2 204.250 A 171.38
4 Va2 132928.400 V 55.06
5 Vb2 133049.400 V -64.86
6 Vc2 133304.600 V 175.04
将表15和表16的一次侧数据代入上述公式后计算得到如下：
莫愁路侧:
正序电流：207.12相位角：64.606822
零序电流：4.92相位角：-118.946690
正序电压：133300.27 相位角：55.149294
零序电压：510.49 相位角：134.234877
宁海路侧:
正序电流：205.22 相位角：51.469265
零序电流：1.31 相位角：-7.098453
正序电压：133127.68 相位角：55.083293
零序电压：177.52 相位角：164.733093
将上述的数值代入线路阻抗模型计算公式，计算得到从莫愁路侧到宁海路侧的这段输电线路得到正序电阻、电抗、电导、电纳的计算值(π型算法)如下表17。
表17
220kV宁莫2M50线路正序电阻 0.18 单位(Ω)
220kV宁莫2M50线路正序电抗 0.78 单位(Ω)
220kV宁莫2M50线路正序电导 0.28 单位(S)
220kV宁莫2M50线路正序电纳 1.22 单位(S)
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但本发明并不局限于此，比如本发明提供的系统和方法实际也可以应用于配电线路，所有根据本发明的构思及其技术方案加以等同替换或等同改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种输电线路电气参数在线采集处理系统，其特征在于：主要由分置于所述输电线路两端变电站的两套相同的便携同步采集处理仪构成,所述便携同步采集处理仪包括采集单元、FPGA模块、网络报文模块、通信模块、数据处理单元和便携机箱，所述FPGA模块、网络报文模块、通信模块和数据处理单元设置于便携机箱内，所述采集单元包含AD采样控制芯片、电压传感器、校时模块、电流钳、电压接线夹、校时信号线和航空插头，所述AD采样控制芯片、电压传感器和校时模块设置于所述便携机箱内并通过所述航空插头分别与置于所述便携机箱外的所述电流钳、电压接线夹和校时信号线进行连接；所述电压传感器、AD采样控制芯片、校时模块、FPGA模块、数据处理单元和通信模块之间彼此形成电信号连接；所述采集单元、网络报文模块和数据处理单元之间通过网线连接；所述通信模块用于将两套便携同步采集处理仪采集的数据进行交互；所述AD采样控制芯片每周波采样至少4000个采样点，所述数据处理单元预存有用于对采集的三相电流和电压的矢量值进行幅值修正和相位修正的幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表。
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于：所述校时模块对来自所述变电站的GPS服务器的时钟信号进行解码并提取整秒时刻的秒脉冲上升沿，并将该上升沿输入至所述AD采样控制芯片以控制两套便携同步采集处理仪分别在输电线路两端变电站二次侧进行整秒时刻采样。
3.根据权利要求1所述系统，其特征在于：当所述便携同步采集处理仪采样到电流和电压信号后，所述FPGA控制芯片发送一个中断信号给所述网络报文处理模块，所述网络报文处理模块接收到中断信号，在FPGA控制芯片内部实现一个100M MAC并通过RMII接口与一个PHY芯片实现对接，然后控制PHY芯片把当前采样的电流和电压信号瞬时值通过差分信号传递给SFP模块，再由SFP模块以报文的形式上送给所述数据处理单元；所述数据处理单元根据幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表对采样值进行修正。
4.根据权利要求1所述系统，其特征在于：所述幅值修正系数映射表包括电压幅值修正系数映射表和电流幅值修正系数映射表，所述整秒时刻采样点偏移值映射表包括整秒时刻电压采样点偏移值映射表和整秒时刻电流采样点偏移值映射表。
5.根据权利要求1所述系统，其特征在于：所述幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表通过执行以下步骤的方法获得：
1)备置一台电流、电压模拟量输出精度为1‰的高精度测试仪，电流输出范围是0.1A-5A，电压输出范围是1V-100V；备置一台支持IRIG-B校时功能的GPS服务器；备置两台便携同步采集处理仪一和二；
2)通过所述电流钳、校时信号线和航空插头连接器将高精度测试仪与所述便携同步采集处理仪进行各项连接,然后通电,高精度测试仪按照电流输出范围和电压输出范围进行等分后逐个输出三相电压和电流信号给所述便携同步采集处理仪；从两台所述便携同步采集处理仪一和二采集得到采样三相电压矢量值和采样三相电流矢量值，所述采样三相电压矢量值包括采样三相电压幅值和采样三相电压相位值，所述采样三相电流矢量值包括采样三相电流幅值和采样三相电流相位值；
3)建立幅值修正系数映射表
将采样三相电压幅值与高精度测试仪输出三相电压幅值之比A作为每相电压幅值修正系数，将采样三相电流幅值与高精度测试仪输出三相电流幅值之比B作为每相电流幅值修正系数，同时将采样三相电压幅值对应的所述输出三相电压幅值按照正负5V作为电压幅值范围，并将采样三相电流幅值对应的所述输出三相电流幅值按照正负0.5A作为电流幅值范围；将每相电压幅值修正系数A及其对应的电压幅值范围构成电压幅值修正系数映射表，将每相电流幅值修正系数B及其对应的电流幅值范围构成电流幅值修正系数映射表，电压幅值修正系数映射表和电流幅值修正系数映射表组成所述幅值修正系数映射表；
4)建立整秒时刻采样点偏移值映射表
高精度测试仪选择额定电压同时向两台便携同步采集处理仪一和二输出三相电压和电流信号，以其中一台便携同步采集处理仪整秒时刻采样的任一相电压和电流的相位值为基准，计算整秒时刻采样的其他采样电压和电流的相位值分别与该任一相电压和电流的相位值的相位差值；
设定AD采样控制芯片每周波采样大于等于4000个采样点，则连续两个采样点之间的相位差值是最小相位差值，所述最小相位差值大于等于0.09°；将整秒时刻的其他采样电压和电流的相位值分别与所述最小相位差值比较，超过所述最小相位差值的倍数的，将该倍数记为其他采样电压和电流的整秒时刻采样点偏移值，不足一倍数的整秒时刻采样点偏移值记为零，以计算的所有采样电压和电流的整秒时刻采样点偏移值构成所述整秒时刻采样点偏移值映射表，所述整秒时刻采样点偏移值映射表包括整秒时刻电压采样点偏移值映射表和整秒时刻电流采样点偏移值映射表。
6.一种输电线路电气参数在线采集处理的方法，采用如权利要求1所述系统，其特征在于包括以下步骤：
S1.在同一输电线路的两端各自变电站内各用一套所述便携同步采集处理仪，将所述电流钳钳住各自变电站二次侧测控装置的三相电流进线上；同时将电压接线夹并联至各自变电站二次侧测控装置的三相电压输入接线端子处，同时将所述校时信号线连接至各自变电站二次侧测控装置的GPS服务器的IRIG-B输出端；
S2.所述校时模块将GPS服务器的时钟信号解码并提取整秒时刻的秒脉冲上升沿输入至所述AD采样控制芯片，所述AD采样控制芯片将采集的三相电流和电压矢量值的模拟信号转化为数字信号并经所述FPGA模块控制发送给所述网络报文处理模块，再通过所述网络报文处理模块上送给所述数据处理单元；所述通信模块将两套便携同步采集分析仪采集的三相电流和电压矢量值数字信号彼此进行实时交互；
S3.所述数据处理单元根据预存的幅值修正系数映射表和整秒时刻采样点偏移值映射表对整秒时刻采样的三相电流和电压矢量值进行幅值修正和相位修正；
S3.1幅值修正
根据提取整秒时刻采样的三相电流和电压矢量值的幅值分别在电压幅值修正系数映射表和电流幅值修正系数映射表中落入的电压幅值范围和电流幅值范围，选择对应的电压幅值修正系数Ku和电流幅值修正系数Ki，对整秒时刻采样的三相电流和电压矢量值的幅值进行修正；
S3.2相位修正
按照整秒时刻采样点偏移值映射表中确定的整秒时刻采样点偏移值，对各三相电压和电流的整秒时刻采样点进行偏移，使得各三相电压和电流的整秒时刻采样点一致，得到修正后的各三相电压和电流在整秒时刻的相位值；
经过所述幅值修正和相位修正后得到修正后的三相电压和电流电流矢量值；
S4.根据修正后的三相电压和电流矢量值,进行FFT运算和向量运算，计算出输电线路两端的正序分量、负序分量并代入线路阻抗模型计算得到该输电线路的阻抗和导纳。
7.根据权利要求6所述方法,所述FFT运算、向量运算和线路阻抗模型计算的公式如下：
Figure FDA0003246495610000041
Figure FDA0003246495610000042
Figure FDA0003246495610000043
Figure FDA0003246495610000044
Figure FDA0003246495610000045
Figure FDA0003246495610000046
Figure FDA0003246495610000047
Figure FDA0003246495610000048
Figure FDA0003246495610000049
Figure FDA00032464956100000410
Figure FDA00032464956100000411
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