基于双端异步数据的长距离同塔四回输电线路零序参数精确测量方法

基于双端异步数据的长距离同塔四回输电线路零序参数精确测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于双端异步数据的长距离同塔四回输电线路零序参数的精确测量方法。基于同塔四回线路的分布参数模型，得到相对应的传输线方程；通过本发明给出的测量方式测量四回输电线路首末两端的稳态零序电压和稳态零序电流，利用本发明提供的计算方法得到长距离同塔四回输电线路的零序电阻、零序电感、零序电容参数。本发明方法基于分布参数模型，因此特别适合于长距离输电线路，同时本发明提供的计算方法能在两端电压电流不同步的情况下，实现线路零序参数的精确测量。
【专利说明】
基于双端异步数据的长距离同塔四回输电线路零序参数精确 测量方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种零序参数精确测量方法，尤其是设及一种基于双端异步数据的长 距离同塔四回输电线路零序参数精确测量方法。
【背景技术】
[0002] 输电线路参数对于电力系统有着极其重要的应用，线路参数是距离保护，过电流 保护W及差动保护等多种保护的基础数据，用于继电保护装置的整定。同时，线路参数还可 用于分析电力系统潮流和网损。线路参数获取精确与否，直接关系到电力系统的稳定运行。
[0003] 输电线路参数可W通过分析塔形结构，导线材料等计算获得。我国在长期的线路 运行经验之中，总结出了 一些经验公式，用W估计线路参数。但是，就零序参数而言，目前所 有相关的电力规程均要求对其进行实测，零序参数的重要性不言而喻。需要零序参数实测 不仅有W上的主观原因，还存在大量的客观原因。其中，零序参数受外界环境因素影响很大 是非常重要的客观原因，由于各个地区的气候，海拔，±壤电阻率，风速等环境不同，所W即 使使用相同的导线材料，零序参数也互不相同，运是由于零序电流在大地中的等值深度不 同，所W现今迫切需要一种零序参数的精确测量方法。
[0004] 随着我国大力推进西电东送工程，W及日益增长的负荷需求。长距离，大容量的电 能输送成为一种非常重要的方式。对此我国发展了超特高压输电技术，并且针对东部沿海 等经济发达地区，由于±地资源稀缺，使得输电走廊不足的矛盾日益凸显。研究表明，多回 线路同杆架设有助于节约建设成本，缓解走廊不足的矛盾。因此，在我过许多地区使用了同 塔四回的线路架设方式。但是由于同塔四回线路禪合参数众多，电磁场情况复杂，给线路参 数的准确测量带来了极大的困难。
[0005] 目前同塔四回输电线路零序参数测量的研究已经取得了一些成果，但是大部分成 果主要应用于短距离输电线路，例如干扰法、增量法、异频法等。短距离输电线路的特点在 于可W忽略分布电容的影响，因此对于分布效应显著的长距离输电线路，使用上述方法测 量线路参数，会导致测量误差非常大，无法满足实际工程测量需求。目前对于分布参数的测 量多数采用双端同步测量方法。由于需要同步测量，因此该方法在应用上有很大限制。而本 发明方法可W在两端电压电流数据异步的状态下精确测量线路参数。

【发明内容】

[0006] 本发明主要是解决现有技术所存在的由于采用集中参数忽略分布电容而无法用 于长距离（300km及W上)输电线路参数测量的弊端，提供了一种不仅适合短距离四回线路 零序参数的测量，也适用于长距离输电线路零序参数测量;解决了异地信号测量的数据不 同步问题;可一次性测量出零序电阻、零序电感、零序电容参数。
[0007] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得W解决的：
[000引一种基于双端异步数据的长距离同塔四回输电线路零序参数精确测量方法，定义 同塔四回输电线路由线路a、线路b、线路c和线路d组成。测量步骤包括：
[0009] 步骤1，线路可采用停电或带电方式进行测量。
[0010] 若线路采用停电方式，线路接线方式如下：
[0011] 线路a首端Ξ相短接施加单相电源，末端Ξ相短接接地;线路b首端Ξ相短接悬空， 末端Ξ相短接接地；线路C首端Ξ相短接悬空，末端Ξ相短接接地；线路d首端Ξ相短接悬 空，末端Ξ相短接接地。
[0012] 若线路采用带电方式，贝峭b开四回线路中任意一回的任意一相，0.5-1秒后利用重 合闽合上开关，恢复线路供电，通过人为制造故障，注入零序电流。
[0013] 步骤2,测量线路a、线路b、线路C和线路d首端和末端的零序电压数据和零序电流 数据；
[0014] 步骤3,对步骤2所得的零序电压测量数据和零序电流测量数据，采用对称分量法 和傅立叶算法得到该独立测量方式下首端和末端的零序基波电压相量和零序基波电流相 量，再利用运些相量数据将同塔四回输电线路的零序参数求解出来；
[001引所需求解的参数包括零序自阻抗参数Z日，零序互阻抗参数236、23。心<1，零序自电纳 参数Υο,零序互电纳参数￥36八3。、￥3<1，然后根据^下两式求解出所有的零序参数：
[001引式（1 )和式（2 )中，Ro , Rab , Rac , Rad分别表不对应电阻参数;Lo , Lab , Lac , Lad分别表不对 应电感参数;Co , Cab , Cac , Cad分另ll表巧对应电容参数；
[0019] 其中，因为线路的泄漏电流很小，所W不考虑电导参数。
[0020] 同塔四回线路定义为平行架设且长度同为1，定义a、b、c、d四回输电线路首端的零序 基波电压相量分别为而、Ud、^，末端的零序基波电压相量分别为化j、^、私，如， 首端的零序基波电流相量分别为4、么1、id、心,，末端的零序基波电流相量分别为 {垃、J的、王正 王、玉的0
[0021 ] 零序参数求解过程如下：
[0022] 步骤3.1，引入同步角，将双端不同步测量数据转换为双端同步数据。
[0023] 由于多种原因，例如周围电磁环境的干扰，会影响设备中的通信功能，导致双端数 据的不同步。因此首先需要计算同步角，将双端不同步数据转换为双端同步数据。
[0024] 按照下式计算首末端的电压电流数据。
[0034] 其中，。（1)、。（〇)、旨1(1)、旨1(〇)和日31、<^、氏1、於1分别表示对应相量的幅值和相 位。
[0035] W末端电压电流数据的相位作为参考。由于计算参数时使用的是稳态状态下的数 据，所W首端数据的幅值保持不变，并且二者的相位差Ai不变。有：
[0043]步骤3.3将传播系数代入下式计算波阻抗
[0044]
(11)
[0045] 步骤3.4根据四组传播系数和波阻抗计算转换零序参数
[0046]
(12)
[0047] 步骤3.5根据下式求解零序参数，并转换为对应的电阻电感电容参数。
[004引求解零序参数
[0051 ]其中，符号ω = 23if，f为电力系统频率50化，1表示线路长度。上述公式中的i = 1， 2,3,4〇
[0052] 本发明具有如下优点：
[0053] 1、不仅适合短距离输电线路零序参数的测量，也适用于长距离输电线路零序参数 测量；
[0054] 2、本发明方法测量解决了线路两端不同步测量的问题；
[0055] 3、可一次性测量出零序电阻、零序电感、零序电容参数，且测量精度很高。
【附图说明】
[0056] 附图1为同塔四回线路导线排布示意图。
[0057] 附图2为同塔四回输电线路的分布参数模型示意图。
[0化引附图3为本发明方法的PSCAD仿真模型。
[0059] 附图4为本发明方法和同步测量法电阻误差对比图。
[0060] 附图5为本发明方法和同步测量法电感误差对比图。
[0061] 附图6为本发明方法和同步测量法电容误差对比图。
【具体实施方式】
[0062] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[00创实施例；
[0064] W下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。
[0065] 1.超高压交流同塔四回输电线路零序参数精确测量，实施例包括W下步骤：
[0066] 步骤1，可选择停电测量同塔四回输电线路，也可选择带电测量同塔四回输电线 路。所述同塔四回输电线路由线路a、线路b、线路C和线路d组成。
[0067] 停电测量同塔四回输电线路零序参数时测量接线如下：
[006引线路a首端Ξ相短接，施加单相电压，末端Ξ相短接接地；线路b首端Ξ相短接悬 空，末端Ξ相短接接地;线路C首端Ξ相短接接地，末端Ξ相短接接地；线路d首端Ξ相短接 接地，末端Ξ相短接接地。
[0069] 带测量同塔四回输电线路零序参数时测量接线如下：
[0070] 断开四回线路中的任意一回的任意一相，例如断开线路a的A相0.5-1秒，再重合上 线路，人为注入零序电流。
[0071] 步骤2,采用步骤1所述的测量方式，测量线路a、线路b、线路C和线路d的首、末端的 零序电压数据和零序电流数据。
[0072] 步骤3,对步骤2所得每个独立测量方式下得到的零序电压测量数据和零序电流测 量数据，采用对称分量法和傅立叶算法得到该独立测量方式下首端和末端的零序基波电压 相量和零序基波电流相量，再利用运些相量数据将同塔四回输电线路的零序参数求解出 来。
[0073] 实施例在将步骤1中的测量方式下的测量完成后，将所得测量数据保存成的文件 汇总到一台计算机中，在各独立测量方式下，首末端均取线路注入零序电流后若干时间内 (例如0.2秒至0.4秒间）的测量数据，采用对称分量法和傅立叶算法分别得到各个独立测量 方式下输电线路首末两端的零序基波电压相量和零序基波电流相量，然后进行零序参数求 解。对称分量法和傅立叶算法为现有技术，本发明不予寶述。
[0074] 虽然同塔四回输电线路禪合参数多，但是由于其塔型结构存在一定的对称性，因 此零序参数可W做如下的合理简化。
[0075] 设第i回线路单位长度零序自电阻、零序自电感、零序自电容、零序自阻抗和零序 自电纳分别为私、11、。、21和打。设第1回与第^'回线路之间零序互电阻、零序互电感、零序互 电容、零序互阻抗和零序互电纳分别为3小山、如、2^和￥^。且有21 = 1?1+^>以，2^ =尺扣 jwkj，Yi = jwCi，Yu = jwCij。将零序电阻和零序电感参数转化为零序阻抗参数，将零序电容 参数转化为零序电纳参数。
[0076] 参见附图1，由于同塔四回输电线路采用对称型塔，四回线路因为电压等级相同， 所W使用同样的导线材料，且每回输电线路Ξ相换位，则有:Za = Zb = Zc = Zd = ZO，Zac = Zbd， 23(1 = 26。，236 = 2。(1。上述等式同样适用于对零序电纳参数￥3 =化=￥。= ￥(1 = ￥日，￥3。= ￥6(1，￥3(1 = Ybc ? Yab - Ycd
[0077] 故简化之后，得到需要求解的零序参数包括零序自阻抗参数Zo零序互阻抗参数 Zab、Zac、Zad，零序自电纳参数ΥΟ，零序互电纳参数Yab、Yac、Yad。
[0078] 上述简化零序参数都是依据实际情况进行，其保留了同塔四回线路零序参数的主 要特性，因此，可W保证了测量结果的合理性。
[0079] 本发明中的电压单位都为伏特，电流单位都为安培。利用各独立测量方式下所测 得的四回线路首末端零序基波电压相量和零序电基波流相量，可W计算中间变量，再通过 中间变量求出四回输电线路的零序参数。
[0080] 实施例双回输电线路的零序参数求解过程如下：
[0081] 参见附图2,由于电导参数很小，在此忽略不予考虑，如图所示为基于简化零序参 数且长度均为1(单位:km)的同塔四回禪合输电线路分布参数模型。
[0082] 在离线路末端X处取一段微元dx。a、b、C、d四回输电线离线路末端X处的微元dx首端电 压分别为咕+:妃。ο而+办起+施V、公&卡抓&，末端电压分别为氏X、也、私、％， 线路电流分别为4、4、4、4。
[0083] 因为线路的泄漏电流很小，所W不考虑电导参数。
[0084] 同塔四回线路定义为平行架设且长度同为1，定义a、b、c、d四回输电线路首端的零序 基波电压相量分别为化1、6,1、K.1、扣，末端的零序基波电压相量分别为^、化;、&2、 首端的零序基波电流相量分别为4、4、起、4,末端的零序基波电流相量分别为 42' I'bt、' 1^1、4可。
[00化]零序参数求解过程如下：
[0086]由零序参数Zo、Zab、Zac、Zad和ΥΟ、Y22、Yab、Yac、Yad得传输线方程：
[0091] 跨=[化，么氏氏表示微元dx上的末端电压。/、=[1。4 4 4了表示微 元dx上的电流。沉ζ=[施。，況4 if馬激4了表示微元dx上的电压降落。
[0092] 首先引入变换矩阵Ts
[0098]将(A3)展开，代入电压电流数据得到
[0110] 对(A9)和(A10)使用Laplace变换得到：
[0111]
[0112] 式中，I为四阶单位矩阵。
[0113] 对式（13)作Laplace反变换得到：
[0114]
(A12)
[0115] 其中，i = l，2,3,4。
[0116] 丫 1和Zu分别表示4组传播系数和波阻抗。表达式如下：
[0120] W下说明一种双端数据的同步方法
[0121] 不妨设〇。1祝成，成:1为每回首端测量电压相量;.4,4i，4山为每回首端测量电流相 量点:斯:也斯:为每回末端测量电压相量;4,4;，4，么:为每回末端测量电流相量。
[0126]使用欧拉公式将上述相量写成如下形式
[0127] 乂 (/) = ./,(/).(cus?、, + /smaJ [012 引 乂 (0) = 乂 (0).(cos?,., + /sina,,)
[0129] <1(?) = g,U) (cos/7,4- /sin //_,)
[0130] 含(0)=公,（0). (cos4 /si"片,）
[0131] 其中，。（1)、。（〇)、旨1(1)、旨1(〇)和日31、<^、氏1、於1分别表示对应相量的幅值和相 位。
[0132] W末端电压电流数据的相位作为参考。由于计算参数时使用的是稳态状态下的数 据，所W首端数据的幅值保持不变，并且二者的相位差稱i不变。有：
[013引從二 α"-爲 (Α19)
[0134]设同步角为0S1，根据W下公式计算同步角0S1
[0144] 根据下式求解零序参数，并转换为对应的电阻电感电容参数。
[0145] 求解零序参数，并将其转换为电阻、电感和电容参数。
[0148] 其中，符号ω = 23if，f为电力系统频率50化，1表示线路长度。上述公式中的i = 1， 2,3,4〇
[0149] 为了说明本发明的效果起见，W500kV同塔四回输电线路为例，表1为该四回线路 的零序参数理论值。
[0150] 用本发明测量方法测量该同塔四回线路的零序参数，线路长度从100km到700km变 化时，对于线路零序电阻误差低于1.5%，零序电感误差低于0.4%，零序电容误差低于 0.5% W内，可W满足工程实际需求。用本发明技术方案对同塔四回线路长度从100km到 900km变化时进行仿真测量，测量结果如表2所示。
[0151] 表1零序参数理论值
[0152]
[0156] 将本发明所提供的测量方法得到的零序参数与此前的测量方法得到的零序参数 进行对比，从表2可W看出，本文方法无论线路长短，测量精度均保持在一个很高的水平，其 中电阻误差在1.5% W内，电感误差在0.4% W内，电容误差在0.5% W内。从图4-图6可W看 出，在双端数据同步的情况下，双端同步测量方法和本文方法的测量精度都很高，但是当双 端出现不同步的情况时，此前的方法出现很大的测量误差，最大测量误差达到了 90%，运在 工程上是不能被接受的。但是，本发明的方法由于使用了一种双端异步相量的同步技术，所 W即使在测量信号不同步的状态下，依然可W保持很高的测量精度，并且本发明的方法可 W在线路带电的情况下完成参数测量，使用范围广，操作简便，非常适用于工程实际。
[0157] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领 域的技术人员可W对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【主权项】
1. 一种基于双端异步数据的长距离同塔四回输电线路零序参数精确测量方法，所述同 塔四回输电线路为线路a、线路b、线路c和线路d，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，线路采用停电或带电方式进行测量； 若线路采用停电方式，线路接线方式如下： 线路a首端三相短接施加单相电源，末端三相短接接地;线路b首端三相短接悬空，末端 三相短接接地;线路c首端三相短接悬空，末端三相短接接地;线路d首端三相短接悬空，末 端三相短接接地； 若线路采用带电方式，则跳开四回线路中任意一回的任意一相，0.5-1秒后利用重合闸 合上开关，恢复线路供电，通过人为制造故障，注入零序电流； 步骤2,测量线路a、线路b、线路c和线路d首端和末端的零序电压数据和零序电流数据； 步骤3,对步骤2所得的零序电压测量数据和零序电流测量数据，采用傅立叶算法得到 该独立测量方式下首端和末端的零序基波电压相量和零序基波电流相量，再利用这些相量 数据将同塔四回输电线路的零序参数求解出来。2. 根据权利要求1所述的一种基于双端异步数据的长距离同塔四回输电线路零序参数 精确测量方法，其特征在于： 所需求解的参数包括零序自阻抗参数Ζο,零序互阻抗参数2￡^、2￡1。、2￡^零序自电纳参数￥〇 零序互电纳参数￥^、Ya。、Yad;根据以下两式求解出所有的零序参数：3. 根据权利要求2所述的一种基于双端异步数据的长距离同塔四回输电线路零序参数 精确测量方法，其特征在于： 同塔四回线路定义为平行架设且长度同为1，定义a、b、c、d四回输电线路首端的零序基波 电压相量分别为仏:、t、~，末端的零序基波电压相量分别为t、: I、匕2， 首端的零序基波电流相量分别为4、4、4、末端的零序基波电流相量分别为 ?:2、： '及2、.^c2、. 'rf.2. 所述步骤3中的零序参数求解过程如下： 步骤3.1，引入同步角，将双端不同步测量数据转换为双端同步数据； 计算同步角，将双端不同步测量数据转换为双端同步数据； 按照下式计算首末端的电压电流数据；使用欧拉公式对上述相量进行变换其中，心(1)、心(0)必(1)#(0)和<^、€^^4分别表示对应相量的幅值和相位； 以末端电压电流数据的相位作为参考，由于计算参数时使用的是稳态状态下的数据， 所以首端数据的幅值保持不变，并且二者的相位差死;.不变;有： φ、,二as!-fisi 设同步角为9S1，根据以下公式计算同步角0S1:使用欧拉公式，将首端同步相量.//(/)€(/}写为如下形式：步骤3.2按照下式计算四组传播系数；步骤3.3将传播系数代入下式计算波阻抗；步骤3.4根据四组传播系数和波阻抗计算转换零序参数；步骤3.5根据下式求解零序参数，并转换为对应的电阻电感电容参数 求解零序参数；其中，符号ω = 2对，f为电力系统频率50Hz，1表示线路长度，上述公式中的i = 1，2，3， 4〇
【文档编号】G01R27/26GK105823929SQ201610402803
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】胡志坚, 倪识远
【申请人】武汉大学