本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于架空線分布式電壓傳感器中的基于并聯(lián)電容的三相架空輸電線路相電壓自校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國電力工業(yè)水平的不斷發(fā)展，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)成為未來的發(fā)展方向。目前我國配電網(wǎng)線路量大面廣線長，所處環(huán)境復(fù)雜、故障率高，開發(fā)低成本分布式監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測與故障定位對實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重大意義。對配網(wǎng)架空線路相電壓的分布式準(zhǔn)確測量是一個(gè)難點(diǎn)。目前廣泛使用的電壓傳感器主要有電磁式電壓互感器(簡稱為pt)、電容式電壓互感器(簡稱為cvt)、光學(xué)電壓傳感器等。光學(xué)電壓傳感器穩(wěn)定性問題尚未很好解決，需要高精度加工工藝和粘接工藝，尚未在電力互感器中得到大規(guī)模應(yīng)用。傳統(tǒng)電磁式電壓互感器的容量較小、成本高、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、存在鐵磁諧振現(xiàn)象、有漏感分布電容等因素的影響，漸漸不適應(yīng)如今電網(wǎng)的需求。電容式電壓互感器主要應(yīng)用于330kv以上電網(wǎng)，體積大，造價(jià)昂貴，不易安裝，無法滿足低成本分布式裝置的要求。因此建立一種適用于配網(wǎng)分布式裝置的相電壓測量方法，并能實(shí)現(xiàn)三相線路相電壓非接觸式自校準(zhǔn)，對提高分布式裝置的電壓測量精度具有重大意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提出一種適用于小型化分布式裝置的三相架空輸電線路相電壓的自校準(zhǔn)方法，克服現(xiàn)有pt、cvt、光學(xué)電壓傳感器的不足，具有高測量精度。本發(fā)明利用空間電容分壓原理，將輸電線路與大地視為電壓兩級，將具有上下極板的平行板電容器作為采樣電容置于其中，充分考慮三相線路之間的各類雜散電容，包括絕緣層所引起的電容，相間導(dǎo)線所存在的電容等，建立集中參數(shù)等效電路。在上極板側(cè)并聯(lián)開關(guān)電容，通過改變其容值從而改變上極板對導(dǎo)線的雜散電容值，采樣電容上將測得不同的電壓值，從而可推算出各未知的雜散電容大小及待測電壓大小。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：一種基于并聯(lián)電容的三相架空輸電線路相電壓自校準(zhǔn)方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括下列步驟：1)將三臺分布式電壓傳感器測量裝置同時(shí)分別置于三相架空輸電線路的a、b、c三相，所述的分布式電壓傳感器測量裝置的輸出端與計(jì)算機(jī)相連，所述的分布式電壓傳感器測量裝置測得到一組電壓測量值uca、ucb、ucc，并輸入計(jì)算機(jī)建立對應(yīng)的校準(zhǔn)方程組(6)：其中，c11為采樣電容上極板對本相導(dǎo)線的電容；c12為采樣電容對鄰相導(dǎo)線電容；c13為ac相之間采樣電容對導(dǎo)線的電容，cg為采樣電容下極板對地的電容，c為采樣電容的容值；2)在每相分布式電壓傳感器測量裝置的采樣電容上極板對本相導(dǎo)線的電容c11的兩端并聯(lián)一個(gè)電容ch，則等效于改變c11為c′11＝c11+ch，測量得一組新的電壓測量值u’ca,u’cb,u’cc，輸入計(jì)算機(jī)建立另一組校準(zhǔn)方程(7)：其中，c’11為并聯(lián)電容ch后的等效采樣電容上極板對本相導(dǎo)線的電容；3)在每相分布式電壓傳感器測量裝置的采樣電容上極板對本相導(dǎo)線的電容c11的兩端再并聯(lián)一個(gè)電容ch，即每相裝置c11兩端并聯(lián)兩個(gè)電容ch，c″11＝c11+2ch，并聯(lián)后測量得到第三組電壓測量值u”ca,u”cb,u”cc，并輸入計(jì)算機(jī)建立第三組校準(zhǔn)方程(8)：其中，c”11為并聯(lián)兩個(gè)電容ch后的等效采樣電容上極板對本相導(dǎo)線的電容；4)計(jì)算機(jī)將(6)(7)(8)三組方程聯(lián)立求解，得到cg、c11、c12、c13、ua、ub、uc，即完成三相架空輸電線路相電壓自校準(zhǔn)。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，充分考慮三相線路之間的各類雜散電容，包括絕緣層所引起的電容，相間導(dǎo)線所存在的電容等，建立集中參數(shù)等效電路。在上極板側(cè)并聯(lián)開關(guān)電容，通過改變其容值從而改變上極板對導(dǎo)線的雜散電容值，在采樣電容上將測得不同的電壓值，從而可推算出各未知的雜散電容大小及待測電壓大小，實(shí)現(xiàn)三相線路相電壓的自校準(zhǔn)。附圖說明圖1是本發(fā)明的a相裝置測量等效電路圖2是本發(fā)明的b相裝置、c相裝置測量等效電路圖3是本發(fā)明的并聯(lián)開關(guān)電容示意圖圖4是本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)化求解收斂過程示意圖具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請參閱圖1、圖2、圖3，圖1是本發(fā)明的a相裝置測量等效電路，圖2是本發(fā)明的b相裝置、c相裝置測量等效電路，圖3是本發(fā)明的并聯(lián)開關(guān)電容示意圖，由圖可見，本發(fā)明基于并聯(lián)電容的三相架空輸電線路相電壓自校準(zhǔn)方法，該方法包括下列步驟：1)將三臺分布式電壓傳感器測量裝置同時(shí)分別置于三相架空輸電線路的a、b、c三相，所述的分布式電壓傳感器測量裝置的輸出端與計(jì)算機(jī)相連，所述的分布式電壓傳感器測量裝置測得到一組電壓測量值uca、ucb、ucc，并輸入計(jì)算機(jī)建立對應(yīng)的校準(zhǔn)方程組(6)：其中，c11為采樣電容上極板對本相導(dǎo)線的電容；c12為采樣電容對鄰相導(dǎo)線電容；c13為ac相之間采樣電容對導(dǎo)線的電容，cg為采樣電容下極板對地的電容，c為采樣電容的容值；2)在每相分布式電壓傳感器測量裝置的采樣電容上極板對本相導(dǎo)線的電容c11兩端并聯(lián)一個(gè)電容ch，則等效于改變c11為c′11＝c11+ch，測量得一組新的電壓測量值u’ca,u’cb,u’cc，輸入計(jì)算機(jī)建立另一組校準(zhǔn)方程(7)：3)在每相分布式電壓傳感器測量裝置的采樣電容上極板對本相導(dǎo)線的電容c11兩端再并聯(lián)一個(gè)電容ch，即每相裝置c11兩端并聯(lián)兩個(gè)電容ch，c″11＝c11+2ch，并聯(lián)后測量得到第三組電壓測量值u”ca,u”cb,u”cc，并輸入計(jì)算機(jī)建立第三組校準(zhǔn)方程(8)：4)計(jì)算機(jī)將(6)(7)(8)三組方程聯(lián)立求解，得到cg、c11、c12、c13、ua、ub、uc，即完成三相架空輸電線路相電壓自校準(zhǔn)。本發(fā)明的原理如下：由于架空線路為三相排列，分布式電壓傳感器測量裝置(以下簡稱為測量裝置)為每相分開部署，因此運(yùn)用空間電容分壓測量時(shí)每相測量裝置將受到其余兩相線路影響。以a相為例，其測量等效電路如圖1所示。為了簡化計(jì)算，其中作如下假定：abc三相電壓幅值在測量時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不變，線路導(dǎo)線規(guī)格相同，相間距離相同，每相測量裝置的采樣電容相同，對地分布電容也相同。其中，c11為采樣電容上極板對本相導(dǎo)線的電容；c12為采樣電容對鄰相導(dǎo)線電容；c13為ac相之間采樣電容對導(dǎo)線的電容。同理，b、c兩相裝置測量的等效電路如圖2.以圖1為例，令節(jié)點(diǎn)1電壓為u，由電路原理可得：考慮采樣電容c可以選取的很大，達(dá)到μf級，可以認(rèn)為cg為采樣電容下極板對地的電容，則c+cg≈c，所以則采樣電容c上的電壓與各相電壓的關(guān)系為：其中，ua,ub,uc有相位差，假定三相之間相位差恒為120°，則ua＝uasin(ωt)ub＝ubsin(ωt+240°)uc＝ucsin(ωt+120°)代入上式，并進(jìn)行正弦展開可得：考慮校準(zhǔn)只需校準(zhǔn)幅值或有效值，則上式中可把正弦量略去，保留幅值，可得：此為校準(zhǔn)所依據(jù)的基本方程，將其代入圖2中bc兩相等效電路可得類似方程，因此擴(kuò)展成三相可得校準(zhǔn)方程如下：其中，c11為采樣電容上極板對本相導(dǎo)線的電容，主要由絕緣層引起，c12為采樣電容對鄰相導(dǎo)線電容，c13為ac相之間采樣電容對導(dǎo)線的電容，主要由空氣和絕緣層引起；ua,ub,uc為三相電壓幅值；cg為采樣電容對地的分布電容。以上7個(gè)量為未知量，需要校準(zhǔn)求得。c為采樣電容的容值，為已知量。uca、ucb、ucc分別為三相裝置采樣電容所測量得到電壓幅值，為已知量。一種三相架空輸電線路相電壓自校準(zhǔn)方法，其特征如下：校準(zhǔn)過程共需求7個(gè)未知量數(shù)值，因此所需校準(zhǔn)方程數(shù)應(yīng)至少7條，根據(jù)方程組(6)中所得的校準(zhǔn)方程數(shù)過少，需增加方程數(shù)。通過分析方程組(6)的結(jié)構(gòu)可以得出結(jié)論，改變采樣電容的容值已知量c的值大小并不能增加新的有效方程數(shù)，需改變未知量的大小才能增加新的有效方程。根據(jù)以上思路，采用并聯(lián)電容法，給c11并聯(lián)一已知開關(guān)電容，因而增加新的有效方程。其原理圖如圖3，圖3中，在采樣電容的上極板側(cè)并聯(lián)已知大小的開關(guān)電容，從而改變了原有的c11，增加了新的有效方程。具體可按如下步驟實(shí)現(xiàn)：步驟1、不并聯(lián)，得到一組測量值uca,ucb,ucc，此對應(yīng)校準(zhǔn)方程為(6)；步驟2、每相裝置c11的兩端并聯(lián)一個(gè)電容ch，則等效于改變c11為：c′11＝c11+ch，串聯(lián)后可得一組新的測量值u’ca,u’cb,u’cc，代入方程(6)中可得新的校準(zhǔn)方程(7)：步驟3、每相裝置c11的兩端并聯(lián)兩個(gè)電容ch，c″11＝c11+2ch，并聯(lián)后可得一組新的測量值u”ca,u”cb,u”cc，代入方程(6)中可得新的校準(zhǔn)方程(8)：因此，可得(6)(7)(8)三組共9條方程，其中7個(gè)未知量，只需通過數(shù)學(xué)算法將其解出來即完成校準(zhǔn)。為驗(yàn)證本發(fā)明的有效性，依據(jù)本發(fā)明在軟件中搭建了仿真模型，三相測量裝置安裝于水平排列三相線路上，線路電壓等級為10kv。將已知參數(shù)按如下值設(shè)定：uca＝10.11×10-5kvucb＝10.12×10-5kvucc＝10.13×10-5kvu′ca＝10.14×10-5kvu′cb＝10.15×10-5kvu′cc＝10.16×10-5kvu″ca＝10.17×10-5kvu″cb＝10.18×10-5kvu″cc＝10.19×10-5kvc＝100000pf＝0.1μfch＝10pf采用pso粒子群算法求解9條校準(zhǔn)方程。添加psot工具箱，調(diào)用pso_trelea_vectorized優(yōu)化函數(shù)，參數(shù)數(shù)量設(shè)定為n＝7，最大粒子速度取參數(shù)變化范圍的10％：max_v＝0.1*(range(:,2)-range(:,1))優(yōu)化結(jié)果如下表：未知參數(shù)數(shù)值cg0.653719923158255pfc1119.78549600195538pfc1213.147895102110086pfc1311.786300773633149pfua7.885691037742135kvub8.291756019856758kvuc8.138569781222148kv目標(biāo)函數(shù)收斂過程如圖4所示，求解過程能快速收斂。綜上所述，本發(fā)明自校準(zhǔn)方法能準(zhǔn)確的求解未知電容參數(shù)及線路電壓，實(shí)現(xiàn)三相線路相電壓的自校準(zhǔn)，有效的提高測量精度。當(dāng)前第1頁12