本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于架空線(xiàn)分布式電壓傳感器中的基于串聯(lián)電容的三相架空輸電線(xiàn)路相電壓自校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國(guó)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(lái)的發(fā)展方向。目前我國(guó)配電網(wǎng)線(xiàn)路量大面廣線(xiàn)長(zhǎng)，所處環(huán)境復(fù)雜、故障率高，開(kāi)發(fā)低成本分布式監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與故障定位對(duì)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重大意義。對(duì)配網(wǎng)架空線(xiàn)路相電壓的分布式準(zhǔn)確測(cè)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(pt)、電容式(cvt)電壓互感器、光學(xué)電壓傳感器等。光學(xué)電壓傳感器穩(wěn)定性問(wèn)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)pt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。cvt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(wú)法滿(mǎn)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(cè)量方法，并能實(shí)現(xiàn)三相線(xiàn)路相電壓非接觸式自校準(zhǔn)，對(duì)提高分布式裝置的電壓測(cè)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新型的適用于小型化分布式裝置的三相架空輸電線(xiàn)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(cè)量精度。其利用空間電容分壓原理，將輸電線(xiàn)路與大地視為電壓兩級(jí)，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(xiàn)路之間的各類(lèi)雜散電容，包括絕緣層所引起的電容，相間導(dǎo)線(xiàn)所存在的電容等，建立集中參數(shù)等效電路。在上下極板側(cè)分別串聯(lián)開(kāi)關(guān)電容，通過(guò)改變其容值從而改變上極板對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的雜散電容值，采樣電容上將測(cè)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(cè)電壓大小。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：一種基于串聯(lián)電容的三相架空輸電線(xiàn)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(tái)分布式電壓傳感器測(cè)量裝置同時(shí)分別置于三相架空輸電線(xiàn)路的a、b、c三相，所述的分布式電壓傳感器測(cè)量裝置的輸出端與后臺(tái)計(jì)算機(jī)相連，所述的分布式電壓傳感器測(cè)量裝置測(cè)得到一組電壓測(cè)量值uca、ucb、ucc，并輸入計(jì)算機(jī)建立第應(yīng)的第一組校準(zhǔn)方程組(6)：其中，c11為采樣電容上極板對(duì)本相導(dǎo)線(xiàn)的電容；c12為采樣電容對(duì)鄰相導(dǎo)線(xiàn)電容；c13為ac相之間采樣電容對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的電容，cg為采樣電容下極板對(duì)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(cè)量裝置的采樣電容下極板和地之間串聯(lián)一個(gè)已知大小的電容cl，則等效于改變串聯(lián)后可測(cè)量得一組新的測(cè)量值u’ca,u’cb,u’cc，代入計(jì)算機(jī)建立第二組校準(zhǔn)方程(7)：其中c’g為串聯(lián)電容cl后的等效采樣電容下極板對(duì)地電容；3)與步驟2)不同，在每相分布式電壓傳感器測(cè)量裝置的采樣電容上極板和本相導(dǎo)線(xiàn)之間串聯(lián)一個(gè)已知大小的電容ch，cl不再串聯(lián)入內(nèi)，則等效于采樣電容下極板對(duì)地的電容仍為cg，改變了采樣電容上極板對(duì)本相導(dǎo)線(xiàn)的電容c11為串聯(lián)后可得一組新的測(cè)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為串聯(lián)電容ch后的等效采樣電容上極板對(duì)本相導(dǎo)線(xiàn)的電容；4)計(jì)算機(jī)將校準(zhǔn)方程組(6)(7)(8)方程聯(lián)立采用優(yōu)化算法求解，得到cg、c11、c12、c13、ua、ub、uc，即完成三相架空輸電線(xiàn)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(xiàn)路之間的各類(lèi)雜散電容，包括絕緣層所引起的電容，相間導(dǎo)線(xiàn)所存在的電容等，建立集中參數(shù)等效電路。在上下極板側(cè)分別串聯(lián)開(kāi)關(guān)電容，通過(guò)改變其容值從而改變上極板對(duì)導(dǎo)線(xiàn)、下極板對(duì)大地的雜散電容值，采樣電容上將測(cè)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(cè)電壓大小，實(shí)現(xiàn)三相線(xiàn)路相電壓的自校準(zhǔn)。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的a相裝置測(cè)量等效電路圖2是本發(fā)明的bc相裝置測(cè)量等效電路圖3是本發(fā)明的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電容模型圖4是本發(fā)明實(shí)例的優(yōu)化求解收斂過(guò)程示意圖具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3，圖1是本發(fā)明的a相裝置測(cè)量等效電路，圖2是本發(fā)明的b相裝置、c相裝置測(cè)量等效電路，圖3是本發(fā)明的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電容示意圖，由圖可見(jiàn)，本發(fā)明基于串聯(lián)電容的三相架空輸電線(xiàn)路相電壓自校準(zhǔn)方法，該方法包括下列步驟：1)將三臺(tái)分布式電壓傳感器測(cè)量裝置同時(shí)分別置于三相架空輸電線(xiàn)路的a、b、c三相，所述的分布式電壓傳感器測(cè)量裝置的輸出端與后臺(tái)計(jì)算機(jī)相連，所述的分布式電壓傳感器測(cè)量裝置測(cè)得到一組電壓測(cè)量值uca、ucb、ucc，并輸入計(jì)算機(jī)建立第應(yīng)的第一組校準(zhǔn)方程組(6)：其中，c11為采樣電容上極板對(duì)本相導(dǎo)線(xiàn)的電容；c12為采樣電容對(duì)鄰相導(dǎo)線(xiàn)電容；c13為ac相之間采樣電容對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的電容，cg為采樣電容下極板對(duì)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(cè)量裝置的采樣電容下極板和地之間串聯(lián)一個(gè)已知大小的電容cl，則等效于改變cg，串聯(lián)后可測(cè)量得一組新的測(cè)量值u’ca,u’cb,u’cc，代入計(jì)算機(jī)建立第二組校準(zhǔn)方程(7)：其中c’g為串聯(lián)電容cl后的等效采樣電容下極板對(duì)地電容；3)與步驟2)不同，在每相分布式電壓傳感器測(cè)量裝置的采樣電容上極板和本相導(dǎo)線(xiàn)之間串聯(lián)一個(gè)已知大小的電容ch，cl不再串聯(lián)入內(nèi)，則等效于采樣電容下極板對(duì)地的電容仍為cg，改變了采樣電容上極板對(duì)本相導(dǎo)線(xiàn)的電容c11為串聯(lián)后可得一組新的測(cè)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為串聯(lián)電容ch后的等效采樣電容上極板對(duì)本相導(dǎo)線(xiàn)的電容；4)計(jì)算機(jī)將校準(zhǔn)方程組(6)(7)(8)方程聯(lián)立采用優(yōu)化算法求解，得到cg、c11、c12、c13、ua、ub、uc，即完成三相架空輸電線(xiàn)路相電壓自校準(zhǔn)。本發(fā)明的原理如下：由于架空線(xiàn)路為三相排列，分布式電壓傳感器測(cè)量裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為測(cè)量裝置)為每相分開(kāi)部署，因此運(yùn)用空間電容分壓測(cè)量時(shí)每相測(cè)量裝置將受到其余兩相線(xiàn)路影響。以a相為例，其測(cè)量等效電路如圖1所示。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，其中作如下假定：abc三相電壓幅值在測(cè)量時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不變，線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)規(guī)格相同，相間距離相同，每相測(cè)量裝置采樣電容相同，對(duì)地分布電容也相同。其中，c11為采樣電容上極板對(duì)本相導(dǎo)線(xiàn)的電容；c12為采樣電容對(duì)鄰相導(dǎo)線(xiàn)電容；c13為ac相之間采樣電容對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的電容。同理，bc兩相裝置測(cè)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(jí)，可以認(rèn)為ccg，則c+cg≈c，所以則采樣電容c上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(kāi)可得：考慮校準(zhǔn)只需校準(zhǔn)得幅值或有效值，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(lèi)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(duì)本相導(dǎo)線(xiàn)的電容，主要由絕緣層引起，c12為采樣電容對(duì)鄰相導(dǎo)線(xiàn)電容，c13為ac相之間采樣電容對(duì)導(dǎo)線(xiàn)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(duì)地的分布電容。以上7個(gè)量為未知量，需要校準(zhǔn)求得。c為采樣電容值，為已知量。uca,ucb,ucc為三相裝置采樣電容所測(cè)量得到電壓幅值，為已知量。一種基于串聯(lián)電容的三相架空輸電線(xiàn)路相電壓自校準(zhǔn)方法，其特征如下：校準(zhǔn)過(guò)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)(6)中所得的校準(zhǔn)方程數(shù)過(guò)少，需增加方程數(shù)。通過(guò)分析方程組(6)的結(jié)構(gòu)可以得出結(jié)論，改變已知量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，采用串聯(lián)電容法，給cg和c11串聯(lián)已知開(kāi)關(guān)電容，因而增加新的有效方程。其原理圖如圖3，圖3中，通過(guò)在采樣電容上下極板兩側(cè)串聯(lián)已知大小的開(kāi)關(guān)電容，從而改變了原有的c11和cg大小，增加了新的有效方程。具體可按如下步驟實(shí)現(xiàn)：步驟1、ch，cl均不串聯(lián)，得到一組測(cè)量值uca,ucb,ucc，此對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)方程為(6)。步驟2、每相裝置ch不串聯(lián)入內(nèi)，只串聯(lián)cl，并且已知cl大小。則等效于改變cg，串聯(lián)后可得一組新的測(cè)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cl不串聯(lián)入內(nèi)，只串聯(lián)ch，并且已知ch大小。則等效于改變c11，串聯(lián)后可得一組新的測(cè)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(guò)數(shù)學(xué)算法將其解出來(lái)即完成校準(zhǔn)。為驗(yàn)證本發(fā)明的有效性，依據(jù)此發(fā)明在軟件中搭建了仿真模型，三相測(cè)量裝置安裝于水平排列三相線(xiàn)路上，線(xiàn)路電壓等級(jí)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＝0.1μfcl＝11pfch＝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cg0.206354713158255pfc110.000796102813538pfc1232.144877098510086pfc1321.491390746689909pfua9.992982048747075kvub9.291756019856758kvuc9.856140787296884kv目標(biāo)函數(shù)收斂過(guò)程如圖4所示，求解過(guò)程能快速收斂。綜上所述，此自校準(zhǔn)方法能準(zhǔn)確的求解未知電容參數(shù)及線(xiàn)路電壓，實(shí)現(xiàn)三相線(xiàn)路相電壓的自校準(zhǔn)，有效的提高測(cè)量精度。當(dāng)前第1頁(yè)12