[發(fā)明專利]一種T型輸電線路零序阻抗參數(shù)帶電測量方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710053699.8
• 申請日: 2007-10-31
• 公開（公告）號: CN101149408A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 胡志堅
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學
• 主分類號: G01R27/14
• 分類號: G01R27/14;G01R27/02;G01R19/00;G01R31/00
• 代理公司: 武漢天力專利事務所
• 代理人: 程祥;馮衛(wèi)平

1.一種T型輸電線路零序阻抗參數(shù)帶電測量方法，包括以下步驟：

(一)通過下述帶電測量時T型輸電線路的運行方式產(chǎn)生供帶電測量用的零序大電流

通過T型輸電線路上的繼電保護裝置斷開帶電運行的T型輸電線路的任一支路上的單相開關，造成缺相運行，由負荷電流供給測量用的零序電流，0.5秒～1秒后，再通過T型線路上的自動重合閘裝置恢復線路正常運行的方法，來產(chǎn)生供帶電測量用的零序大電流；

帶電測量時，T型輸電線路的運行方式如表1所示：

表1

??運行??方式??T型輸電線路??支路1????支路2??支路3??1??單相跳閘，0.5秒～??1.0秒后再重合閘????正常運行??正常運行??2??正常運行????單相跳閘，0.5秒～1.0????秒后再重合閘??正常運行??3??正常運行????正常運行??單相跳閘，0.5秒～??1.0秒后再重合閘

(二)利用GPS技術，實現(xiàn)T型輸電線路的電壓信號和電流信號的同步采樣，獲取T型輸電線路的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)

利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的授時功能獲得誤差小于1μs的時間基準，在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)時間同步下，同時采集零序電流注入前后各支路的零序電流瞬時值和各支路端點處的零序電壓瞬時值，并以文件的方式存入采集裝置中；

(三)利用調(diào)制解調(diào)器或以太網(wǎng)絡將各測量點的數(shù)據(jù)匯總到中心計算機中；

(四)中心計算機在得到T型輸電線路的零序電流瞬時值和零序電壓瞬時值的數(shù)據(jù)后，采用下述代數(shù)方程法、微分方程法或積分方程法來計算T型輸電線路的零序阻抗參數(shù)：

(1)、代數(shù)方程法

列寫出T型輸電線路的代數(shù)方程組如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{.}{U}}_1-{\stackrel{.}{U}}_2={\stackrel{.}{I}}_1{Z}_1-{\stackrel{.}{I}}_2{Z}_2\\ {\stackrel{.}{U}}_1-{\stackrel{.}{U}}_3={\stackrel{.}{I}}_1{Z}_1-{\stackrel{.}{I}}_3{Z}_3\end{array}\right.---\left(\mathrm{Al}\right)$

(A1)式中，Z_n為第n條支路的零序自阻抗，包括電阻r_n和電抗x_n兩部分，n＝1，2，3；分別為各支路零序電流矢量值，分別為各支路端點電源處的零序電壓矢量值；

對步驟(二)采集的零序電流瞬時值和零序電壓瞬時值，采用傅立葉濾波算法來得到相應的零序電流矢量值和零序電壓壓降矢量值；

對于代數(shù)方程組(A1)，按表1中任一種運行方式產(chǎn)生采樣數(shù)據(jù)，得到2個獨立方程；再按表1中其它任何一種或一種以上的運行方式產(chǎn)生采樣數(shù)據(jù)，得到2個或2個以上的獨立方程；這樣至少得到4個獨立的方程，采用最小二乘法，解出3個未知的零序參數(shù)：Z₁，Z₂，Z₃；

用最小二乘法求解，得，

$\hat{Z}={\left(I^{T}I\right)}^{-1}{I}^{T}U$(A2)

上式中：

$I={\left[\begin{array}{ccc}{\stackrel{.}{I}}_1^1& 0& {\stackrel{.}{I}}_1^1+{\stackrel{.}{I}}_2^1\\ 0& {\stackrel{.}{I}}_2^1& {\stackrel{.}{I}}_1^1+{\stackrel{.}{I}}_2^1\\ ...& ...& ...\\ {\stackrel{.}{I}}_1^p& 0& {\stackrel{.}{I}}_1^p+{\stackrel{.}{I}}_2^p\\ 0& {\stackrel{.}{I}}_2^p& {\stackrel{.}{I}}_1^p+{\stackrel{\·}{I}}_2^p\end{array}\right]}_{(2\×p)\×3},$$U={\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{U}}_1^1-{\stackrel{.}{U}}_2^1\\ {\stackrel{.}{U}}_1^1-{\stackrel{.}{U}}_3^1\\ ...\\ {\stackrel{.}{U}}_1^p-{\stackrel{.}{U}}_2^p\\ {\stackrel{.}{U}}_1^p-{\stackrel{.}{U}}_3^p\end{array}\right]}_{(2\×p)\×1},$$Z={\left[\begin{array}{c}{Z}_1\\ Z_2\\ Z_3\end{array}\right]}_{3\×1};$

(A2)式的測量矩陣I和U中，各零序電流和零序電壓壓降矢量的上標為獨立的測量次數(shù)，2≤p≤3，下標為T型輸電線路的支路編號；

(2)微分方程法

列寫出T型輸電線路的微分方程組如下：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_1-u_2=r_1{i}_1+L_1\frac{d{i}_1}{\mathrm{dt}}-r_2{i}_2-L_2\frac{d{i}_2}{\mathrm{dt}}\\ u_1-u_3=r_1{i}_1+L_1\frac{d{i}_1}{\mathrm{dt}}-r_3{i}_3-L_3\frac{d{i}_3}{\mathrm{dt}}\end{array}\right.---\left(\mathrm{Bl}\right)$

(B1)式中，r_n為第n條支路的電阻，L_n為第n條支路的電感，n＝1，2，3；i₁，i₂，i₃分別為各支路零序電流瞬時值，u₁，u₂，u₃分別為各支路端點電源處的零序電壓瞬時值；

對上述微分方程組中的零序電流瞬時值和零序電壓瞬時值采集的數(shù)據(jù)窗取在T型線路任一支路的單相開關跳開后的零序電流和零序電壓信號的穩(wěn)態(tài)過程；

用$\frac{1}{2T_s}[i_n(k+1)-i_n(k-1)]$代替微分方程組中的導數(shù)項其中，n＝1，2，3；

將微分方程組(B1)寫成離散形式：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_1\left(k\right)-u_2\left(k\right)=r_1{i}_1\left(k\right)+L_1\frac{i_1(k+1)-i_1(k-1)}{2T_s}-r_2{i}_2\left(k\right)-L_2\frac{i_2(k+1)-i_2(k-1)}{2T_s}\\ u_1\left(k\right)-u_3\left(k\right)=r_1{i}_1\left(k\right)+L_1\frac{i_1(k+1)-i_1(k-1)}{2T_s}-r_3{i}_3\left(k\right)-L_3\frac{i_3(k+1)-i_3(k-1)}{2T_s}\end{array}\right.---\left(B2\right)$

i_n(k-1)和i_n(k)為零序電流注入后的零序電流和零序電壓信號的穩(wěn)態(tài)過程內(nèi)相鄰兩個采樣時刻零序電流瞬時值，u_n(k-1)和u_n(k)為零序電流注入后電流電壓信號的穩(wěn)態(tài)過程內(nèi)相鄰兩個采樣時刻零序電壓瞬時值，T_S為采樣周期；

對于微分方程組(B2)，按表1中任一種運行方式產(chǎn)生采樣測量數(shù)據(jù)，任取3個相鄰的采樣點k-1、k、k+1對應的零序電流瞬時值和零序電壓瞬時值，得到2個獨立方程；另取3個相鄰的采樣點k、k+1、k+2對應的零序電流瞬時值和零序電壓瞬時值，再得到2個獨立方程；每種獨立的測量方式可得到4個獨立方程；再按表1中其它任何一種或一種以上的運行方式產(chǎn)生采樣數(shù)據(jù)，得到4個或4個以上的獨立方程；這樣至少得到8個獨立的方程，采用最小二乘法，解出6個未知的零序參數(shù)：r₁，L₁，r₂，L₂，r₃，L₃；

用最小二乘法求解，得

$\hat{Z}={\left(I^{T}I\right)}^{-1}{I}^{T}U---\left(B3\right)$

(B3)式中：

$U={\left[\begin{array}{c}{u}_1^1\left(k\right)-u_2^1\left(k\right)\\ u_1^1\left(k\right)-u_3^1\left(k\right)\\ u_1^1(k+1)-u_2^1(k+1)\\ u_1^1(k+1)-u_3^1(k+1)\\ ...\\ ...\\ u_1^p\left(k\right)-u_2^p\left(k\right)\\ u_1^p\left(k\right)-u_3^p\left(k\right)\\ u_1^p(k+1)-u_2^p(k+1)\\ u_1^p(k+1)-u_3^p(k+1)\end{array}\right]}_{(4\×p)\×1},$$Z={\left[\begin{array}{c}{r}_1\\ L_1\\ r_2\\ L_2\\ r_3\\ L_3\end{array}\right]}_{6\×1};$

(B3)式中，各零序電流和零序電壓瞬時值的上標為獨立的測量次數(shù)，2≤p≤3，下標為支路編號；k為采樣的點數(shù)；T_s為采樣周期；

(3)積分方程法

將微分方程組(B1)左右兩邊積分可得積分方程組：

$\left\{\begin{array}{c}{\∫}_{t_1}^{t_2}(u_1-u_2)\mathrm{dt}=r_1{\∫}_{t_1}^{t_2}{i}_1\mathrm{dt}+L_1[i_1\left(t_2\right)-i_1\left(t_1\right)]-r_2{\∫}_{t_1}^{t_2}{i}_2\mathrm{dt}-L_2[i_2\left(t_2\right)-i_2\left(t_1\right)]\\ {\∫}_{t_1}^{t_2}(u_1-u_3)\mathrm{dt}=r_1{\∫}_{t_1}^{t_2}{i}_1\mathrm{dt}+L_1[i_1\left(t_2\right)-i_1\left(t_1\right)]-r_3{\∫}_{t_1}^{t_2}{i}_3\mathrm{dt}-L_3[i_3\left(t_2\right)-i_3\left(t_1\right)]\end{array}\right.---\left(C1\right)$

對上述積分方程組中的零序電流瞬時值和零序電壓瞬時值采集的數(shù)據(jù)窗取在T型線路任一支路的單相開關跳開后的零序電流和零序電壓信號的穩(wěn)態(tài)過程；

用[u_n(k)+u_n(k-1)]T_s/2和[i_n(k)+i_n(k-1)]T_s/2分別代替積分方程組中的積分項

將積分方程組(C1)分別寫成離散形式：

$\left\{\begin{array}{c}[u_1\left(k\right)-u_2\left(k\right)+u_1(k-1)-u_2(k-1)]T_s/2=[i_1\left(k\right)+i_1(k-1)]r_1{T}_s/2+L_1[i_1\left(k\right)-i_1(k-1)]\\ -[i_2\left(k\right)+i_2(k-1)]r_2{T}_s/2-L_2[i_2\left(k\right)-i_2(k-1)]\\ {[u}_1\left(k\right)-u_3\left(k\right)+u_1(k-1)-u_3(k-1)]T_s/2=[i_1\left(k\right)+i_1(k-1)]r_1{T}_s/2+L_1[i_1\left(k\right)-i_1(k-1)]\\ -[i_3\left(k\right)+i_3(k-1)]r_3{T}_s/2-L_3[i_3\left(k\right)-i_3(k-1)]\end{array}\right.---\left(C2\right)$

i_n(k-1)和i_n(k)為零序電流注入后的零序電流和零序電壓信號的穩(wěn)態(tài)過程內(nèi)相鄰兩個采樣時刻零序電流瞬時值，u_n(k-1)和u_n(k)為零序電流注入后電流電壓信號的穩(wěn)態(tài)過程內(nèi)相鄰兩個采樣時刻零序電壓瞬時值，T_S為采樣周期；T_s＝t₂-t₁；

對于積分方程組(C2)，按表1中任一種運行方式產(chǎn)生采樣測量數(shù)據(jù)，任取3個相鄰的采樣點k-1、k、k+1對應的零序電流瞬時值和零序電壓瞬時值，得到2個獨立方程；另取3個相鄰的采樣點k、k+1、k+2對應的零序電流瞬時值和零序電壓瞬時值，再得到2個獨立方程；每種獨立的測量方式可得到4個獨立方程；再按表1中其它任何一種或一種以上的運行方式產(chǎn)生采樣數(shù)據(jù)，得到4個或4個以上的獨立方程；這樣至少得到8個獨立的方程，采用最小二乘法，解出6個未知的零序參數(shù)：r₁，L₁，r₂，L₂，r₃，L₃；

用最小二乘法求解，得，

$\hat{Z}={\left(I^{T}I\right)}^{-1}{I}^{T}U---\left(C3\right)$

上式中：

$U={\left[\begin{array}{c}[u_1^1\left(k\right)-u_2^1\left(k\right)+u_1^1(k-1)-u_2^1(k-1)]T_s/2\\ [u_1^1\left(k\right)-u_3^1\left(k\right)+u_1^1(k-1)-u_3^1(k-1)]T_s/2\\ [u_1^1(k+1)-u_2^1(k+1)+u_1^1\left(k\right)-u_2^1\left(k\right)]T_s/2\\ [u_1^1(k+1)-u_3^1(k+1)+u_1^1\left(k\right)-u_3^1\left(k\right)]T_s/2\\ ...\\ ...\\ [u_1^p\left(k\right)-u_2^p\left(k\right)+u_1^p(k-1)-u_2^p(k-1)]T_s/2\\ [u_1^p\left(k\right)-u_3^p\left(k\right)+u_1^p(k-1)-u_3^p(k-1)]T_s/2\\ [u_1^p(k+1)-u_2^p(k+1)+u_1^p\left(k\right)-u_2^p\left(k\right)]T_s/2\\ [u_1^p(k+1)-u_3^p(k+1)+u_1^p\left(k\right)-u_3^p\left(k\right)]T_s/2\end{array}\right]}_{(4\×p)\×1},$$Z={\left[\begin{array}{c}{r}_1\\ L_1\\ r_2\\ L_2\\ r_3\\ L_3\end{array}\right]}_{6\×1};$

(C3)式中，各零序電流和零序電壓瞬時值的上標為獨立的測量次數(shù)，2≤p≤3，下標為支路編號；k為采樣的點數(shù)；T_s為采樣周期。

2.一種T型線路零序阻抗參數(shù)帶電測量裝置，其特征在于：由GPS天線與OEM板、信號輸入接線端子、信號變送器、嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡、開出量卡、繼電器組、繼電器輸出接口、嵌入式PC卡、電源卡、電源信號總線底板、液晶顯示器、硬盤、鍵盤、鼠標和機箱構(gòu)成；輸電線路電壓互感器的電壓信號和電流互感器的電流信號分別經(jīng)信號輸入接線端子、信號變送器接入到嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡，GPS天線與OEM板的輸出PPS信號與嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡的DSP中斷輸入聯(lián)接；GPS天線與OEM板的輸出GPS串行時間信號輸入到嵌入式PC卡上的串行口中；DSP同步數(shù)據(jù)采集卡的采集的數(shù)據(jù)經(jīng)雙口RAM與嵌入式PC卡聯(lián)接；硬盤與嵌入式PC卡聯(lián)接；鍵盤和鼠標與嵌入式PC卡聯(lián)接；嵌入式PC卡發(fā)出的線路跳閘和合閘命令經(jīng)開出量卡、繼電器組中的一個繼電器輸出接口與輸電線路的斷路器聯(lián)接；嵌入式PC卡與開出量卡和繼電器組中的其余繼電器連接；電源卡為裝置提供工作電源；電源信號總線底板為嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡、開出量卡、嵌入式PC卡提供電源和信號的連接通道；液晶顯示器與嵌入式PC卡的視頻信號接口連接。