基于在线监测衰减震荡波反算系统等效电气参数的方法与流程

本发明属于变电站过电压监测技术，尤其涉及一种基于在线监测衰减震荡波反算系统等效电气参数的方法。

背景技术：

智能电网的关键特性之一是能够迅速从电力扰动中自行恢复。电网的高效性与可靠性要求系统状态信息必须得到准确监控与分析，从而能够迅速做出正确决策。而电力系统的开关操作、外部雷击所产生的电磁暂态，也称电力系统过电压，会在发变电站通过各种耦合方式在弱电系统内产生相应的干扰电压。在特殊情况下会损坏设备，导致电气设备损坏、供电中断、大面积停电等严重后果，造成巨大的经济损失。由此可见，过电压对于电力系统的稳定、可靠运行有着巨大威胁。

电力系统过电压不仅影响电力系统的安全可靠运行，还直接关系到变压器、断路器、输电线路等电力设备绝缘强度的合理设计，是系统运行中重要的暂态过程表现形式。而过电压的暂态过程多表现为衰减震荡波；为了能够精确了解过电压产生与传播特性，从源头减少由于过电压而导致的事故危险，对电网过电压进行在线监控，时刻观察其波形的产生、变化情况意义重大。随着数据采集、存储和传输技术的发展，过电压在线监测系统的构建已较为成熟，且已形成国际标准，国内外机构已研发了各种过电压在线监测系统，并在实际变电站中得到应用；虽然这些在线监测数据均捕获到了一些变电站的过电压波形，但是还不能精确地了解过电压产生与传播特性，不能从源头减少由于过电压而导致的事故危险；不能够掌握整个电网的过电压特征等问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于在线监测衰减震荡波反算系统等效电气参数的方法，以解决现有技术过电压在线监测系统，并在实际变电站中得到应用；虽然这些在线监测数据均捕获到了一些变电站的过电压波形，但是还不能精确地了解过电压产生与传播特性，不能从源头减少由于过电压而导致的事故危险；不能够掌握整个电网的过电压特征等问题。

本发明的技术方案是：

一种基于在线监测衰减震荡波反算系统等效电气参数的方法，它包括：

步骤1、采集供电站的原始过电压波形数据；

步骤2、建立衰减振荡波的模型，通过所建立的模型确定衰减震荡波参数；

步骤3、采用反算法对所求得的衰减振荡波形参数处理，确定等效电气参数；

步骤4、根据得到的等效电气参数，对过电压故障进行确定及分类。

所述建立衰减振荡波的模型的表达式为：

式中a表示衰减震荡波的幅值、τ表示衰减震荡波的衰减系数,ω和分别为角频率和初相位。

幅值a表示当时所有点连线与幅值轴交点。

角频率ω的表达式为：

衰减系数的表达式为：

初相角的表达式为

步骤3所述采用反算法对所求得的衰减振荡波形参数处理，确定等效电气参数时，将电路等效成r-l或r-c等效电路模型进行处理。

在所建立的模型中，根据衰减震荡波在频域范围内计算伪阻抗表达式为：

z′2=(r-l·τ)+jωl

式中：r为r-l等效电路的等效电阻；l为r-l等效电路的等效电感；

r-c等效电路模型的阻抗特性表达式为：

式中：r为r-c等效电路模型的等效电阻；c为r-c等效电路模型的等效电感。

在模型中，根据伪阻抗计算相应的电阻、电感和电容值的表达式为：

在r-l电路中：

r=r1′+l·τ；

在r-c电路中

式中：r′和x′分别为伪电阻和伪电抗。

本发明有益效果：

本发明建立一个衰减振荡波的模型，直接对衰减震荡波形进行反算，得到其等效电气参数，通过建立模型以实现对衰减震荡波参数的确定，通过分析时域衰减振荡电压、电流信号特征参数与各元件参数以及电路参数间的定量关系，反算得到其等效电气参数从而确定过电压位置并推断过电压类型，精确地了解过电压产生与传播特性，从源头减少由于过电压而导致的事故危险，同时，通过反算得到等效电气参数不仅能够掌握整个电网的过电压特征，还能够研究故障过电压在整个电网中的传播特性和统计特性，完善电网过电压抑制策略，为电网的事故分析和反措方案的制定提供有力的数据支持。

本发明用于根据衰减震荡波有效反算得到电气参数并分析过电压类型及地点，通过基于提取衰减震荡波的关键点，并通过建立的模型对关键点进行描述，得到衰减震荡波的表达式，然后通过反算得到系统有效电气参数，从而能够较为快速，准确对不同类型过电压进行分类，从而对进一步实测过电压的研究提供技术支持；解决了现有技术过电压在线监测系统，并在实际变电站中得到应用；虽然这些在线监测数据均捕获到了一些变电站的过电压波形，但是还不能精确地了解过电压产生与传播特性，不能从源头减少由于过电压而导致的事故危险；不能够掌握整个电网的过电压特征等问题。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明提供的衰减振荡波形示意图；

图3为本发明提供的的r-l等效电路图；

图4为本发明提供的的r-c等效电路图。

具体实施方式：

一种基于在线监测衰减震荡波反算系统等效电气参数的方法，它包括：

步骤1、采集供电站的原始过电压波形数据；

步骤2、建立衰减振荡波的模型，通过所建立的模型确定衰减震荡波参数；

步骤3、采用反算法对所求得的衰减振荡波形参数处理，确定等效电气参数；

步骤4、根据得到的等效电气参数，对过电压故障进行确定及分类。

所述建立衰减振荡波的模型的表达式为：

式中a表示衰减震荡波的幅值、τ表示衰减震荡波的衰减系数,ω和分别为角频率和初相位。

幅值a表示当时所有点连线与幅值轴交点。

角频率ω的表达式为：

衰减系数的表达式为：

初相角的表达式为

步骤3所述采用反算法对所求得的衰减振荡波形参数处理，确定等效电气参数时，将电路等效成r-l或r-c等效电路模型进行处理。

在所建立的模型中，根据衰减震荡波在频域范围内计算伪阻抗表达式为：

z′2=(r-l·τ)+jωl

式中：r为r-l等效电路的等效电阻；l为r-l等效电路的等效电感；

r-c等效电路模型的阻抗特性表达式为：

式中：r为r-c等效电路模型的等效电阻；c为r-c等效电路模型的等效电感。

在模型中，根据伪阻抗计算相应的电阻、电感和电容值的表达式为：

在r-l电路中：

r=r1′+l·τ；

在r-c电路中

式中：r′和x′分别为伪电阻和伪电抗。

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1，通过建模得到衰减震荡波的关键参数特征后，通过反算法实现等效电气参数的求取，用以实现过电压故障的分类，其步骤如下：

s1、获取某地区供电站的原始过电压波形数据；

s2、建立模型，提取图像中的信息，通过所建立的模型确定衰减震荡波参数；

s3、采用反算法对所求得的衰减振荡波形参数处理，确定等效电气参数；

s4、根据得到的等效电气参数，对过电压故障进行确定及分类。

具体的，采用重庆某220kv变电站10kv系统采集的过电压波形构建原始过电压波形数据库，所取路段总长100km，总等效电阻为46ω，等效电容为58μf。

具体的，在步骤s2中，建立一个衰减振荡的模型，每个系数都有其特定的含义，通过读取衰减振荡波形的特殊点获得各个参数的值。

具体的，在所建立的模型中，衰减震荡波的表达式为：

式中，a表示衰减震荡波的幅值、τ表示衰减震荡波的衰减系数,ω和分别为角频率和初相位。

具体的，在所建立的模型中，幅值a表示当时所有点连线与幅值轴交点(即信号极大值点包络线与幅值轴交点,即图2中信号s1与幅值轴交点；

具体的，在所建立的模型中，所述衰减振荡系数的表达式为：

具体的，在所建立的模型中，所述角频率的表达式为：

具体的，在所建立的模型中，所述初相角的表达式为：

计算得到的模型表达式为：

具体的，用反算法对所述模型进行等效电气参数求取时，将电路等效成r-l或r-c等效电路模型：

具体的，在所建立的电路模型中，根据衰减震荡波在频域范围内计算伪阻抗——电路对衰减振荡信号的阻抗特性定义，其表达式为：

其中，r-l电路：

z′2=(r-l·τ)+jωl

r-c电路：

具体的，在所建立的模型中，根据伪阻抗计算相应的电阻、电感和电容值，其表达式为：

在r-l电路中：

r=r1′+l·τ

在r-c电路中

式中r′和x′分别为伪电阻和伪电抗

计算得到的等效电阻和电容值分别为：

r＝46.05ω

c＝58.07μf

与实际电路等效电阻和电容参数的计算误差分别为0.11％和0.12％，误差在允许范围之内。