专利名称：基于同步时域信号的输电线路集中参数在线确定方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统输电线路参数在线确定方法，尤其是一种基于同步时域信号的输电线路集中参数在线确定方法。
背景技术：
随着我国智能电网建设的快速稳步推进，对电网安全稳定运行的要求也越来越高，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电网模型参数的精确性。线路参数是运行技术人员获取电网结构、生成潮流计算所需的节点导纳矩阵和阻抗矩阵、进行短路电流计算、继电保护装置整定的重要依据。提高电网参数计算的准确性、可靠性和实时性，是建设智能电网的基本需求，对电网的安全稳定运行具有重大意义。目前有运行经验表明在某些电网中，状态估计、潮流计算、保护定值整定等环节的计算值与实测值会存在一定的误差，某些情况下该误差较大，甚至影响到系统的正常稳定运行。通过大量的分析发现，该误差产生的主要原因是线路参数不够准确，即分析计算所采用的线路理论参数值与实际参数值差别较大。目前在现场中采用的线路参数值大多是经验值或厂家给出的离线测量值，而不是线路实际运行时的参数，二者之间难免存在误差，从而影响电力系统分析计算的准确度和精度。从严格意义上讲，不同时刻、不同运行条件下线路的参数都会有差别，如果进行较为精确的计算，这些差别就是无法忽略的。如果能够通过电网实时运行的电气量在线计算出输电线路的参数值，基于实时的输电线路参数开展电力系统分析和计算，势必能够提高分析计算精度，从而提高电网的安全稳定性。时域信号，指的是随时间变化的信号，反应到电力系统中，就是对电流、电压信号的模拟量采样值。这些信号仅仅是对电流、电压进行时间离散化处理后的信号，无需经过数字滤波、傅里叶变换等计算环节，因此能够避免直流分量、谐波和算法的选择对计算结果的影响，且具有较快的计算速度，应用前景较好。中国专利申请201110024996公开了一种基于PMU量测数据的电力线路参数的辨识与估计方法。该方法利用计算机，通过程序，首先输入被辨识与估计线路的基本数据，然后根据该线路两端的多个时段的PMU量测数据，先辨识该线路的错误参数，再估计该线路的正确参数，得出线路正确参数的估计值。该发明基于PMU量测数据，要首先辨识线路的错误参数，辨识方法的选择会影响对线路正确参数的估计，并且只针对装设有PMU装置的中等长度闻压和超闻压输电线路。中国专利申请200910107854公开了一种基于故障录波的输电线路参数在线测量方法。该方法利用录波装置的GPS时钟进行整点启动，得出线路两端的正序电压、电流，并以录波文件形式分别保存在两端的录波装置中，然后中心调度计算机读取两端正序电压、电流值和零序电压、电流值，测量出线路的正序参数和零序参数。该发明可使录波装置用于输电线路参数在线测量，弥补现有在线测量装置测量正序参数时不同步、测量零序参数时无零序电源的缺陷，但是却过分依赖于录波装置，有一定的局限性。
中国专利申请200810079455公开了一种高压输电线路正序参数测量方法。该发明使用单相试验电源对待测线路施加正相电压、反相电压，利用反相前后测量得到的电压、电流、功率数值，结合线路施加电压前测得的干扰电压，经计算排除掉干扰电压的影响，得到相间阻抗；再对其它两相分别测量得到其相间阻抗，经计算后得到高压输电线路的正序参数。该发明可以在强电磁干扰环境下，特别是在三相干扰电压各不相同的情况下，准确测量得到高压输电线路的正序参数，但是单相试验电源的施加对线路的正常运行会产生影响。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于同步时域信号的输电线路集中参数在线确定方法，通过该方法计算得到的输电线路集中参数与实际参数之间的误差非常小，具有很高的精度，并且该方法的计算精度不受衰减直流、衰减高频信号的影响，计算所需数据窗很短，具有较快的响应速度。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案一种基于同步时域信号的输电线路集中参数在线确定方法，包括以下步骤第一步将输电线路等效为型集中参数模型，根据基尔霍夫第一定律KCL和基尔霍夫第二定律KVL列出型电路的微分方程；第二步将微分方程化简合并，得到关于输电线路集中参数电阻R、电感L、电容C的微分方程组；第三步将输电线路两侧的电压和电流同步时域信号带入微分方程组，采用最小二乘法求解得出线路参数电阻R、电感L、电容C的具体值。所述的第一步中的微分方程的列写方法为首先将输电线路等效为型等值电路，根据n型等值电路的结构写出KCL、KVL微分方程。
....C du, C du，.^w —
U1- R(h-icl) + L=U2
Ldt _所述的第二步中化简合并之后得到的微分方程组为
「 11 2V dt dt\
RC du' T di' LC d U1
U, —U，— IvL----h Z/----—
. 2 dt dt 2 dt2其中，UpUyipi2分别为输电线路两端的电压、电流同步时域信号，icl>ic2为流过两侧分布电容的电流时域信号，电阻R、电感L、电容C为将输电线路等效为型电路后的线路参数。所述的第三步中的求解方法为采集线路两端的同步电压和电流时域信号，并对时域信号求取一阶导数和二阶导数，代入第二步的微分方程组中，采用最小二乘法求解方程组，得到线路参数电阻R、电感L、电容C的具体值。本发明采用同步时域信号对输电线路集中参数进行在线计算，与现有同类技术相比具有如下优点I.时域信号，指的是随时间变化的信号，反应到电力系统中，就是对电流、电压信号的模拟量采样值。这些信号仅仅是对电流、电压进行时间离散化处理后的信号，无需经过数字滤波、傅里叶变换等计算环节，能够极大的简化计算过程，且具有较快的计算响应速度；2.基于同步时域信号计算输电线路集中参数能够避免直流分量、衰减谐波对计算结果精度的影响；
3.本发明所提的输电线路集中参数在线计算方法不受线路运行状态的影响，无论在正常运行状态下还是在故障状态下都能够进行参数计算，可提供实时、准确的电网参数。
图I是两端电源电力系统模型结构示意图；图2是型集中参数等值电路示意图；图3是系统正常运行状态下计算得到的输电线路参数图；图4是故障状态下计算得到的输电线路参数具体实施例方式下面结合附图和实例对本发明进一步说明。为了说明本发明所提方法在电力系统各种运行状态下都能准确进行线路参数确定，设计了两种不同的运行状态，分别为正常运行状态和故障状态。I.正常运行状态下的输电线路参数计算在图I所示的双端电源电力系统模型中，其型等值电路如图2所示。图中，UpUyipi2分别为线路两端电压、电流的同步时域信号，icl>ic2为流过两侧分布电容的电流时域信号。根据基尔霍夫第一定律KCL列写微分方程如下I1 = I1 + /'2 +/2 =— + — —1 + /2
2 dt 2 dt化简得到电容C的表达式
C= 2^i ~h)du' ^ du2 dt dt只要获得线路两侧电压、电流的同步时域信号Ul、u2、ip i2，并对电压时域信号求取一阶导数之后，代入上式即可得到线路分布电容C的参数。对图2还可以根据基尔霍夫第二定律KVL列写微分方程如下U1 — R(i} —icl) + L~= U2
Ldt _已知Zrf，将其代入上式，最终得到关于线路参数电阻R、电感L的表达式
2dt
为
「 n^ RC du' T di LC d2u'u, -U1 二 Ri'---L + Z j---^
2dt dt 2 dt
上式包含了两个未知数，分别为电阻R和电感L，可以采用多组同步时域信号基于最小二乘法进行求解，得到最终的电阻R和电感L参数值，图3为正常运行状态下计算得到的输电线路参数曲线。
2.故障状态下的输电线路参数计算设故障发生在图I所示的Fl点处，故障类型为A相金属性接地短路，计算采用故障状态下输电线路两侧的电压和电流时域信号，按照本发明所提的计算方法得到的集中参数电阻、电感和电容曲线如图4所示。与图3对比可知，两种运行状态下计算得到的输电线路参数值几乎相等，表明本发明所提计算方法具有不受线路运行状态影响的优点，且具有较高的计算精度。
权利要求
1.一种基于同步时域信号的输电线路集中参数在线确定方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步将输电线路等效为n型集中参数模型，根据基尔霍夫第一定律KCL和基尔霍夫第二定律KVL列出型电路的微分方程； 第二步将微分方程化简合并，得到关于输电线路集中参数电阻R、电感L、电容C的微分方程组； 第三步采集线路两端的同步电压和电流时域信号，并对时域信号求取一阶导数和二阶导数，代入第二步的微分方程组中，采用最小二乘法求解方程组，得到线路参数电阻R、电感L、电容C的具体值。
2.如权利要求I所述的基于同步时域信号的输电线路集中参数在线确定方法，其特征在于，所述第一步中的微分方程的列写方法为首先将输电线路等效为n型等值电路，根据型等值电路的结构写出KCL、KVL微分方程；
3.如权利要求I所述的基于同步时域信号的输电线路集中参数在线确定方法，其特征在于，所述的第二步中化简合并之后得到的微分方程组为
全文摘要
本发明涉及一种基于同步时域信号的输电线路集中参数在线确定方法，采用输电线路两侧的电流和电压同步时域信号计算输电线路的集中参数。在输电线路集中参数等效电路图中，根据基尔霍夫第一定律KCL和基尔霍夫第二定律KVL列出微分方程，得到关于线路参数电阻R、电感L、电容C的表达式，将线路两侧的电压和电流时域信号代入表达式中可求出具体参数。本发明所涉及的输电线路集中参数确定方法的计算精度不受衰减直流、衰减高频信号的影响，计算所需数据窗短，不仅具有较高的精度，而且具有较快的响应速度。
文档编号G01R27/04GK102621388SQ20121010904
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者吕学宾, 张帅, 张成峰, 张进玉, 晋飞, 林骞, 栾国军, 程学启, 胡晓东, 许强, 邱升孝 申请人:山东电力集团公司潍坊供电公司