一種超高壓同塔三回輸電線路零序參數(shù)精確測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型的超高壓同塔三回輸電線路零序參數(shù)精確測量方法。該方法同時測量同塔三回輸電線路首末兩端的零序電壓和零序電流，利用全球衛(wèi)星定位GPS的同步授時功能，實現(xiàn)對三回線路零序電壓和零序電流的同步采樣；通過基于分布參數(shù)的超高壓同塔三回輸電線路模型，得到相應(yīng)的微分方程組，再通過本發(fā)明給出的測量方式與計算方法得到同塔三回輸電線路的零序電阻、零序電感、零序電容參數(shù)。本發(fā)明方法基于分布參數(shù)模型，特別適合于超高壓長距離同塔三回輸電線路的零序參數(shù)測量，能極大地提高測量精度，可滿足實際工程測量的需要。
【專利說明】
一種超高壓同塔三回輸電線路零序參數(shù)精確測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種輸電線路零序參數(shù)精確測量方法，尤其是涉及一種同塔三回輸電 線路零序參數(shù)精確測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是電能輸送的載體。輸電線路參數(shù)是潮流 計算、短路計算繼電保護整定及故障定位的重要參數(shù)。獲取高精度線路參數(shù)數(shù)據(jù)對電網(wǎng)的 穩(wěn)定運行有著十分重要的意義。
[0003] 輸電線路零序參數(shù)極易受到外界環(huán)境的影響，例如輸電線幾何形狀、電流、環(huán)境溫 度、風(fēng)速、土壤電阻率、避雷線架設(shè)方式和線路路徑等因素，同時，由于零序回路經(jīng)過大地， 而回路電流在大地中的深度很難精確測定，理論計算通常忽略了這些因素的影響，因此依 靠理論計算不能獲得線路零序參數(shù)的準(zhǔn)確值。對此，我國相關(guān)的規(guī)程規(guī)定，輸電線路零序參 數(shù)必須實測。
[0004] 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，輸電線路需要具備更大容量的電能輸送的能力，傳統(tǒng) 的同塔雙回線路在某些情況不能滿足需求，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了同塔三回輸電技術(shù)。同塔三 回線路具有節(jié)約輸電走廊，降低桿塔建設(shè)和電力運輸成本的優(yōu)點，在輸電走廊受限的地區(qū) 得到運用。由于超高壓同塔三回輸電線路距離長、耦合參數(shù)多，給線路參數(shù)的準(zhǔn)確測量帶來 了極大的困難。
[0005] 目前同塔三回輸電線路零序參數(shù)測量的研究已經(jīng)取得了一些成果，主要有增量 法、異頻法，但這些方法忽略分布電容的影響，只能適用于短距離線路參數(shù)測量。而現(xiàn)有的 利用分布參數(shù)模型和傳輸線方程推導(dǎo)的零序參數(shù)測量方法，將三回線路零序電容和零序電 感的互參數(shù)分別假設(shè)為相等，與線路的實際情況不符，使得線路參數(shù)測量誤差非常大，無法 滿足實際工程測量需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的由于采用集中參數(shù)忽略分布電容而無法用于 長距離（200km及以上)三回輸電線路零序參數(shù)測量的弊端，也避免了現(xiàn)有測量方法由于參 數(shù)過于簡化導(dǎo)致測量誤差過大的缺陷的技術(shù)問題;提供了一種不僅適合超高壓短距離零序 參數(shù)的測量，也適用于長距離輸電線路零序參數(shù)測量;解決了異地信號測量測量的同時性 問題;可一次性測量出三回線路的零序電阻、零序電感、零序電容參數(shù)。
[0007] 上述技術(shù)問題主要是通過本發(fā)明的下述技術(shù)方案得以解決的：
[0008] 一種超高壓同塔三回輸電線路零序參數(shù)精確測量方法，其特征在于，基于定義同 塔三回輸電線路由線路a、線路b、線路c組成，測量步驟包括：
[0009] 步驟1，停電測量同塔三回輸電線路，將三回線路首末端三相分別短接；需要兩種 不同的測量方式如下：
[0010] 測量方式1:線路a首端加壓，末端接地;線路b首端懸空或接地，末端接地;線路c首 端懸空或接地，末端接地；
[0011] 測量方式2:線路a首端懸空或接地，末端接地;線路b首端加壓，末端接地;線路c首 端懸空或接地，末端接地；
[0012] 步驟2,利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的同步授時功能，同步測量線路a、線路b、線路c首 端和末端的零序電壓數(shù)據(jù)和零序電流數(shù)據(jù)；
[0013] 步驟3,對步驟2所得每個獨立測量方式下得到的零序電壓測量數(shù)據(jù)和零序電流測 量數(shù)據(jù)，采用傅立葉算法得到該獨立測量方式下首端和末端的零序基波電壓相量和零序基 波電流相量，再利用這些相量數(shù)據(jù)將同塔三回輸電線路的零序參數(shù)求解出來；
[0014]所需參數(shù)包括零序自阻抗參數(shù)Za、Zb，零序互阻抗參數(shù)Zab、Zbc，零序自電納參數(shù)Ya、 Yb零序互電納參數(shù)￥^、￥^，然后根據(jù)以下兩式求解出所有的零序參數(shù)：
[0015]
[0016]
[0017] 其中，因為線路的泄漏電流很小，所以不考慮電導(dǎo)參數(shù)；同塔三回線路定義為平行 架設(shè)且長度同為1，定義a、b、c三回輸電線路首端的零序基波電壓相量分別為t> al、 末端的零序基波電壓相量分別為見:2、、. ，首端的零序基波電流相量分別為 4、4、末端的零序基波電流相量分別為4、4;
[0018] 零序參數(shù)求解過程如下：
[0019] 步驟3.1，由零序參數(shù)23、2^24、2^和￥3上、￥4上。得到輸電線路首末端電壓電流 的關(guān)系：
[0020]
[0021]
[0022] 矩￥
Ρ的所有元素以及γ、Ζ是和線路參數(shù)有關(guān)的中間變量；
[0023] 步驟3.2,將運行方式2獲得的首末端零序電壓和零序電流(右上角標(biāo)為測量方式） 代入式得到：
[0024]
(式五）
[0025] 解得中間變量γ和z:
[0026]
[0027]
[0028] 解得零序參數(shù)
[0029] (式六）
[0030] 步驟3.3,將運行方式1、2下獲得的首末端零序電壓和零序電流(右上角標(biāo)為測量 方式)代入得到：
[0031] (式七）
[0032] (式八）
[0033] 由以上兩式分別計算出矩陣A和B的所有元素；
[0034] 步驟3.4，設(shè)X = 1，將矩陣A和B中的元素代入下式求解特征根p#Pp2，并求出Ai、A2、
Bl、B2;
[0035] (式九）
[0036] 步驟3.5，將矩陣4、特征根?1、風(fēng)以及^、知代入得到矩陣1';
[0037]
(式十）
[0038] 步驟3.6，將矩陣1'』特征根?1、風(fēng)以及也』2代入下式，得到矩陣2;
[0039]
[0040]
[0041 ] 步驟3.7,由Y = TZ-1得到Y(jié)矩陣
[0042]
[0043] 步驟3.8，根據(jù)所求得的零序參數(shù)，得到零序阻抗參數(shù)Za、Zb、Z ab、Zbc和零序電納參 數(shù) Ya、Yb、Yab、Ybc;
[0044]步驟3.9,求出所有零序電阻、零序電感、零序電容參數(shù)；
[0045] 其中，符號sh( ·)表示雙曲正弦函數(shù)，符號ch( ·)表示雙曲余弦函數(shù)，符號arch (·)表示反雙曲余弦函數(shù)，《=23if，f為電力系統(tǒng)頻率50Hz，l表示同塔三回線路長度。
[0046] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、不僅適合超高壓短距離線路零序參數(shù)的測量，也適用于 超高壓長距離線路零序參數(shù)測量;2、利用GPS技術(shù)解決了異地信號測量測量的同時性問題； 3、可一次性測量出零序電阻、零序電感、零序電容參數(shù)，且測量精度不低于僅測量其中一種 零序參數(shù)的測量方法。
【附圖說明】
[0047]附圖1為500kV同塔三回輸電線路等效示意圖。
[0048] 附圖2為超高壓同塔四回輸電線路的分布參數(shù)模型示意圖。
[0049] 附圖3為本發(fā)明方法和傳統(tǒng)方法電阻誤差對比圖。
[0050] 附圖4為本發(fā)明方法和傳統(tǒng)方法電感誤差對比圖。
[0051] 附圖5為本發(fā)明方法和傳統(tǒng)方法電容誤差對比圖。
[0052]附圖6為本發(fā)明測量得到的輸電線路零序電阻測量誤差與輸電線路長度關(guān)系圖。 [0053]附圖7為本發(fā)明測量得到的輸電線路零序電感測量誤差與輸電線路長度關(guān)系圖。 [0054]附圖8為本發(fā)明測量得到的輸電線路零序電容測量誤差與輸電線路長度關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0055]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
[0056] 實施例：
[0057]以下結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案。
[0058] 1.同塔三回輸電線路零序參數(shù)精確測量，實施例包括以下步驟：
[0059]步驟1，選擇停電測量同塔三回輸電線路，所述同塔三回輸電線路由線路a、線路b、 線路c組成。
[0060] 采用以下兩種獨立測量方式測量同塔三回輸電線路零序參數(shù)：
[0061] (1)線路a首端三相短接，施加單相電壓，末端三相短接接地;線路b首端三相短接 懸空或接地，末端三相短接接地;線路c首端三相短接懸空或接地，末端三相短接接地； [0062] (2)線路a首端三相短接懸空，末端三相短接懸空或接地;線路b首端三相短接，施 加單相電壓，末端三相短接接地;線路c首端三相短接懸空或接地，末端三相短接接地； [0063]步驟2,采用步驟1所選擇的兩種獨立方式分別測量，利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的同 步授時功能，同步測量線路a、線路b、線路c首末端的零序電壓數(shù)據(jù)和零序電流數(shù)據(jù)；
[0064] 利用GPS的授時功能獲得誤差小于1微秒的時間基準(zhǔn)，在GPS時間同步下，實施例同 時采集三回輸電線路首末兩端的零序電壓和輸電線路首末兩端的零序電流，并以文件的方 式將測量數(shù)據(jù)保存。
[0065] 步驟3,對步驟2所得每個獨立測量方式下得到的零序電壓測量數(shù)據(jù)和零序電流測 量數(shù)據(jù)，采用傅立葉算法得到該獨立測量方式下首端和末端的零序基波電壓相量和零序基 波電流相量，再利用這些相量數(shù)據(jù)將同塔三回輸電線路的零序參數(shù)求解出來。
[0066] 實施例在將步驟1中選擇的各種獨立測量方式下的測量完成后，將各種獨立測量 方式下所得測量數(shù)據(jù)保存成的文件匯總到一臺計算機中，在各獨立測量方式下，首末端均 取線路加壓后若干時間內(nèi)（例如0.2秒至0.4秒間）的測量數(shù)據(jù)，采用傅立葉算法分別得到各 個獨立測量方式下輸電線路首末兩端的零序基波電壓相量和零序基波電流相量，然后進行 零序參數(shù)求解。傅立葉算法為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不予贅述。
[0067] 同塔三回輸電線路耦合參數(shù)多，為避免參數(shù)過多無法求解的問題，須對零序參數(shù) 作一定的簡化。
[0068] 設(shè)第1(1=&，13，(3)回線路單位長度零序自電阻、零序自電感、零序自電容、零序自 阻抗和零序自電納分別為1^、1^、(^4和￥^設(shè)第徊（1= &，13，(3)與第」回（」=&，13，(3)線路之 間零序互電阻、零序互電感、零序互電容、零序互阻抗和零序互電納分別為RihUhCihZidP 丫出且有21 = 1^+]_?^，2。= 1^+]_￥1^，￥1 = ]_?^，￥。= ]_￥(^。將零序電阻和零序電感參數(shù)轉(zhuǎn)化 為零序阻抗參數(shù)，將零序電容參數(shù)轉(zhuǎn)化為零序電納參數(shù)。
[0069]參見圖1，由于同塔三回輸電線路采用對稱型塔，且每回輸電線路三相換位，則有：
[0070] Za^ Zb = Zc , Ya^ Yb = Yc , Zab = Zac , Yab = Yac 〇
[0071] 故簡化之后，得到需要求解的零序參數(shù)包括零序自阻抗參數(shù)za、zb，零序互阻抗參 數(shù)冗*、Z bc，零序自電納參數(shù)Ya、Yb，零序互電納參數(shù)￥&、Ybc。
[0072] 利用上述簡化零序參數(shù)推導(dǎo)零序電阻、零序電感、零序電容計算方法，避免了參數(shù) 過多無法求解的問題，同時也避免了由于參數(shù)過于簡化導(dǎo)致計算誤差較大的問題。上述簡 化零序參數(shù)保留了同塔三回線路零序參數(shù)的主要特性，保證了計算結(jié)果的合理性。
[0073] 本發(fā)明中的電壓單位都為伏特，電流單位都為安培。利用各獨立測量方式下所測 得的三回線路首末端零序基波電壓相量和零序電基波流相量，可以計算中間變量，再通過 中間變量求出三回輸電線路的零序參數(shù)。
[0074]實施例同塔三回輸電線路的零序參數(shù)求解過程如下：
[0075]參見圖2,由于電導(dǎo)參數(shù)很小，在此忽略不予考慮，如圖所示為基于簡化零序參數(shù) 且長度均為1(單位:km)的同塔四回耦合輸電線路分布參數(shù)模型。
[0076]在離線路末端X處取一段微元三回輸電線離線路末端X處的微元dx首端 電壓分別為1 +噸《、仏.+喊《.、+ 末端電壓分別為％、：?，線路電流分 別為4、4、4。
[0077]因為線路的泄漏電流很小，所以不考慮電導(dǎo)參數(shù)。同塔三回線路定義為平行架設(shè) 且長度同為1，定義a、b、c三回輸電線路首端的零序基波電壓相量分別為iial、?^、￡>ri，末 端的零序基波電壓相量分別為，首端的零序基波電流相量分別為， 末端的零序基波電流相量分別為4、 4、 4;
[0078] 零序參數(shù)求解過程如下：
[0079]由零序參數(shù) Za、Zb、Zab、Zb4PYa、Y b、Yab、Ybc 得傳輸線方程：
[0080]
[0081]
[0082] 依式(A1)及式(A2)，得到
_ dx _[0087] 對式(A3)_(A6)等式兩邊求導(dǎo)，得到二階微分方程：
[0083]
[0084]
[0085]
[0086]
L ?τ 」[0092] 式(Α7)和式(Α9)與單回線路的傳輸線方程相似，得到首末端電壓電流關(guān)系如下。
[0088]
[0089]
[0090]
[0091]
[0093]
[0094] 式中，γ和ζ是和參數(shù)有關(guān)的中間變量。
[0095] 式(Α9)和式(Α10)形式雖然較為復(fù)雜，但是具有相同形式，使用二階形式的拉普拉 斯變換求解。對式(Α9)采用拉普拉斯變換得到：
[0099] 整理得到：
[0096]
[0097]
[0098]
[0100]
[0101] I是二階單位矩陣。矩陣S2I-T的特征根為：
[0102] det(s2I-T) = (s2-pi2)(s2-p22) = (s2-Ti)(s2-T4)-T2T3 (A14)
[0103] 對式(A13)做反拉普拉斯變換得到：
[0104]
(A!"[0105] 其中六￡1￡^￡11^1)￡^1 )1)』￡1￡1、8￡11)』1 )￡1、81)1)是和參數(shù)有關(guān)的中間變量，關(guān)系式如下
[0111] 同理，對式(A10)進行類似處理得到：[0112]
(A18)
[0106]
[0107]
[0108]
[0109]
[0110]
[0113] 將x = l代入式(A15)和式(A18)，得到：
[0114]
(A19)
[0115] 通過測量方式2解得中間變量γ和z:
(ibl-rr,)snri[0118] 解得零序參數(shù)
[0116]
[0117]
[0119]
(A20)
[0120] 通過兩種運行方式計算中間變量Aaa，Aab，A ba，Abb和Baa，Bab，Bba，B bb:
[0123]根據(jù)以下公式計算特征根pi, P2。
[0121]
[0122]
[0124]
[0125] 代入△叫厶必>3，厶此，計算矩陣1'。
[0126] 代入Baa，Bab，Bba，B bb和矩陣T計算阻抗矩陣Z。
[0127]
(A24)
[0128] 根據(jù)ΥιΖ-^Γ計算導(dǎo)納矩陣
[0129]
(Α25)
[0130] 結(jié)合(Α20)計算零序阻抗23上、2^、2^和零序?qū)Ъ{￥3^^、￥^。
[0131] 最后，由Za、Zb、Zab、Zb。及Ya、Yb、Y ab、Ybc得到對應(yīng)的同塔三回輸電線路零序電阻、零 序電感、零序電容參數(shù)。
[0132] 為了說明本發(fā)明的效果起見，以500kV同塔三回輸電線路為例。
[0133] 用本發(fā)明測量方法測量該同塔三回線路的零序參數(shù)，線路長度從100km到1000km 變化時，對于線路零序電阻、零序電感、零序電容誤差始終在0.65%以內(nèi)，可以滿足工程實 際需求。而傳統(tǒng)方法測量零序參數(shù)誤差非常大，最大誤差達到了64%，因此對于長距離輸電 線路，傳統(tǒng)方法是不能滿足測量精度要求的。
[0134] 用本發(fā)明技術(shù)方案對同塔三回線路長度從100km到1000km變化時進行仿真測量， 測量結(jié)果如下表所示。
[0135] 表1零序參數(shù)理論值
[0136]
表2本發(fā)明測量方法得到的測量結(jié)果
[0138]
[0140]表3傳統(tǒng)方法得到的測量結(jié)果
[0141]
[0142] 將本發(fā)明所提供的測量方法得到的零序參數(shù)與傳統(tǒng)測量方法得到的零序參數(shù)進 行對比，從表2和表3、圖3-圖8可以看出，當(dāng)線路較短時(低于200km)，傳統(tǒng)方法的誤差較小， 因為傳統(tǒng)方法使用集中參數(shù)模型，對于短距離輸電線路，分布式電容影響很弱，因此誤差很 小，但是當(dāng)線路長度增加時，傳統(tǒng)方法的誤差明顯增大，其中電阻誤差增長很快，電感次之， 電容誤差增長較慢。但是當(dāng)線路達到l〇〇〇km時，誤差很大，最大誤差達到了 64%，這在工程 上是不能被接受的。而本發(fā)明方法由于使用了分布參數(shù)模型，充分考慮了分布電容的影響， 因此無論線路是長距離還是短距離，測量誤差都很小，其中電阻誤差在0.4%以內(nèi)，電感誤 差在0.16%以內(nèi)，電容誤差在0.65%以內(nèi)。結(jié)果表明，在測量精度上，本發(fā)明方法明顯優(yōu)于 傳統(tǒng)方法，尤其是針對長距離線路的零序參數(shù)測量，可以滿足工程測量的要求。
[0143] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種超高壓同塔Ξ回輸電線路零序參數(shù)精確測量方法，其特征在于，基于定義同塔 Ξ回輸電線路由線路a、線路b、線路C組成，測量步驟包括： 步驟1，停電測量同塔Ξ回輸電線路，將Ξ回線路首末端Ξ相分別短接；需要兩種不同 的測量方式如下： 測量方式1:線路a首端加壓，末端接地;線路b首端懸空或接地，末端接地;線路C首端懸 空或接地，末端接地； 測量方式2:線路a首端懸空或接地，末端接地;線路b首端加壓，末端接地;線路C首端懸 空或接地，末端接地； 步驟2,利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的同步授時功能，同步測量線路a、線路b、線路C首端和 末端的零序電壓數(shù)據(jù)和零序電流數(shù)據(jù)； 步驟3,對步驟2所得每個獨立測量方式下得到的零序電壓測量數(shù)據(jù)和零序電流測量數(shù) 據(jù)，采用傅立葉算法得到該獨立測量方式下首端和末端的零序基波電壓相量和零序基波電 流相量，再利用運些相量數(shù)據(jù)將同塔Ξ回輸電線路的零序參數(shù)求解出來； 所需參數(shù)包括零序自阻抗參數(shù)Za、Zb，零序互阻抗參數(shù)Zab、Zb。，零序自電納參數(shù)Ya、化零 序互電納參數(shù)Yab、Yb。，然后根據(jù)W下兩式求解出所有的零序參數(shù)：其中，因為線路的泄漏電流很小，所W不考慮電導(dǎo)參數(shù)；同塔Ξ回線路定義為平行架設(shè) 且長度同為1，定義a、b、cS回輸電線路首端的零序基波電壓相量分別為&1、玲1、化1，末端 的零序基波電壓相量分別為['心、化:，首端的零序基波電流相量分別為4、么1、么， 末端的零序基波電流相量分別為4、4;、t;; 零序參數(shù)求解過程如下： 步驟3.1，由零序參數(shù)23心、236、26。和￥3、化、￥36、化。得到輸電線路首末端電壓電流的關(guān) 系：矩鴉中的所有元素 W及丫、Z是和線路參數(shù)有關(guān)的中間變量； 步驟3.2,將運行方式2獲得的首末端零序電壓和零序電流(右上角標(biāo)為測量方式)代入 式得到：步驟3.3,將運行方式1、2下獲得的首末端零序電壓和零序電流(右上角標(biāo)為測量方式） 代入得到：由W上兩式分別計算出矩陣A和B的所有元素； 步驟3.4，設(shè)X = 1，將矩陣A和B中的元素代入下式求解特征根P1和P2，并求出Ai、A2、Bi、 B2；步驟3.7，由Υ = ΤΖ^得至化矩陣步驟3.8，根據(jù)所求得的零序參數(shù)，得到零序阻抗參數(shù)23、&、236、&。和零序電納參數(shù)￥3、 Yb、Yab、Ybc ; 步驟3.9,求出所有零序電阻、零序電感、零序電容參數(shù)； 其中，符號sh( ·)表不雙曲正弦函數(shù)，符號ch( ·)表不雙曲余弦函數(shù)，符號arch( ·)表 示反雙曲余弦函數(shù)，ω二如f，f為電力系統(tǒng)頻率50化，1表示同塔蘭回線路長度。
【文檔編號】G01R27/08GK105974200SQ201610263513
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】胡志堅, 倪識遠
【申請人】武漢大學(xué)