考虑PMU数据不同步的双端输电线路正序及零序参数辨识方法技术

一种考虑PMU数据不同步的双端输电线路正序及零序参数辨识方法，包括S1、线路等效模型的选择；S2、构建不受不同步角度影响的功率量正序参数辨识方程；S3、基于零序网络构建以零序参数为未知量的零序参数辨识方程；利用L

【技术实现步骤摘要】
考虑PMU数据不同步的双端输电线路正序及零序参数辨识方法


[0001]本专利技术属于电力系统自动化
，具体涉及一种考虑PMU数据不同步的双端输电线路正序及零序参数辨识方法。

技术介绍

[0002]输电线路参数是电力系统进行潮流计算、继电保护定值整定以及故障定位的重要依据。准确的辨识线路参数有助于感知线路运行状态，对电力系统的稳定运行具有重要意义。
[0003]目前，计算线路参数的方法主要为理论分析法、离线测量法及在线测量法。其中，理论分析法通常根据线路的长度、电导率以及导线分裂形式等进行参数计算。但是，该方法考虑的因素较为单一，无法保证参数计算结果的准确性。离线测量法需要在线路停止运行的情况下进行参数计算，将会造成不必要的停电以及经济损失；此外，随着线路老化以及外部环境的影响，线路参数将会逐渐偏离离线测量的数值。在线测量法能够在不停电的情况下实时更新输电线路参数，是参数辨识技术的优选方法。
[0004]在线测量法主要借助数据采集与监视控制系统(supervisory control and data acquisition，SCADA)、相量量测单元(phasor measurement unit，PMU)以及故障录波装置等获取电力系统实时运行数据，从而进行输电线路参数的在线计算。其中，PMU装置通过全球定位系统进行对时，能够提供量测数据的同步相量信息。现有基于PMU的参数辨识方法多以依赖于全球定位系统提供的同步的双端量测数据。然而，恶劣天气以及干扰装置会影响全球定位系统的信号接收，导致PMU数据出现不同步的问题。一旦出现PMU数据不同步的情况，现有方法的参数辨识结果将会不同程度地偏离真实值。
[0005]为了提高PMU数据不同步时参数辨识结果的精确性，本专利技术提出了一种考虑PMU数据不同步的双端输电线路正序及零序参数辨识方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种考虑PMU数据不同步的双端输电线路正序及零序参数辨识方法，利用PMU装置分别获取线路正常运行及单相故障情况下的线路双端信息，在分析线路正常运行时线路两端不受PMU不同步角度影响的功率量基础上，构建以正序参数和不同步角度为未知量的方程，进而提出了输电线路正序参数的辨识方法；基于辨识出的正序参数以及不同步角度，推导单相故障下流入故障点的零序电流、故障点零序电压与线路零序参数之间的关联关系，并基于该关系构建零序参数辨识方程，进而提出了输电线路的零序参数辨识方法。本专利技术所提参数辨识方法易于实现，而且具备较好的精确性和有效性。
[0007]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种考虑PMU数据不同步的双端输电线路正序及零序参数辨识方法，其特征在于：
所述方法的步骤为：
[0009]S1、线路等效模型的选择
[0010]根据需要选择集中参数模型或分布参数模型，通过提取线路首末两端的电压电流相量，并将线路等效为相应线路模型下的π型等值电路来计算线路的总阻抗Z和总电纳Y，进而根据所选择的线路模型计算r、L及C；
[0011]S2、构建不受不同步角度影响的功率量正序参数辨识方程
[0012]将双端输电线路等效为π型集中参数模型，线路各参数均为正序参数，当PMU数据不同步时，以线路末端获取数据的时间为参考，计算线路首端获取的数据相对于线路末端获取的数据的不同步角度为δ；
[0013]S3、基于零序网络构建以零序参数为未知量的零序参数辨识方程
[0014]以线路发生单相接地故障进行输电线路零序参数的辨识，根据基尔霍夫定律分别计算输电线路的正序等效电路及负序等效电路中的故障距离m1、m2，根据二者平均值求得线路发生单相接地故障进行输电线路的故障距离m，并对单相故障下的零序等效电路进行分析，得到以零序参数r0、L0和C0为未知量的三元非线性方程组，完成零序参数的辨识；
[0015]S4、利用L
‑
M算法进行正序参数辨识方程及零序参数辨识方程的求解。
[0016]而且，所述步骤1)线路等效模型的选择具体操作为：
[0017](1)选用π型集中参数模型进行集中参数模型等效输电线路分析，π型集中参数模型中，线路的总阻抗Z与总电纳Y可以表示为：
[0018][0019]其中：R、X、B分别为线路总电阻、线路总电抗及线路总电纳；
[0020]r、L、C分别为线路单位长度电阻、电感及电容；
[0021]l为线路长度；
[0022]ω为角频率；
[0023]根据基尔霍夫定律，线路的首端及末端的电压和电流满足下式：
[0024][0025]其中：和为线路首端的电压和电流；
[0026]和为线路末端的电压和电流；
[0027]对式(2)进行进一步计算，得到：
[0028][0029]联立式(1)和式(3)，可得：
[0030][0031](2)选用分布参数模型进行双端输电线路的分析，双端输电线路的分布参数模型中，g为线路单位长度的电导，通常认为g＝0；b＝ωC为线路单位长度的电纳；
[0032]根据基尔霍夫定律，线路两端电压和电流之间的关系式为：
[0033][0034]其中：Z
c
为波阻抗；
[0035]γ为传播常数；
[0036]Z
c
和γ进一步表示为：
[0037][0038]结合上式并利用二端口等效变换，将分布参数模型转换为π型集中参数模型，分布参数模型线路总阻抗Z与总电纳Y满足下式：
[0039][0040]联立得：
[0041][0042]其中，
[0043][0044]根据需要选择集中参数模型或分布参数模型，通过提取线路首末两端的电压电流相量，并将线路等效为相应线路模型下的π型等值电路来计算线路的总阻抗Z和总电纳Y，进而根据所选择的线路模型计算r、L及C。
[0045]而且，所述步骤2)构建不受不同步角度影响的功率量正序参数辨识方程的具体操作为：
[0046]输电系统正常运行且三相换位充分时，线路两端电压和电流的负序及零序分量几乎为零，电压和电流中只存在正序分量，此时，双端输电线路等效为π型集中参数模型，线路各参数均为正序参数，
[0047]若PMU进行量测时受到干扰或者攻击，则PMU数据将会出现不同步的情况，当出现PMU数据不同步时，以线路末端获取数据的时间为参考，线路首端获取的数据相对于线路末端获取的数据的不同步角度为δ，PMU获取的线路末端的电压和电流分别为和则PMU获取的线路首端电压和电流与经过同步处理后的线路首端电压和电流之间的关系式为：
[0048][0049]对线路首末两端的有功功率P1、P2和无功功率Q1、Q2进行分析，其表达式为：
[0050][0051]其中：θ
u1
和θ
i1
分别为和的相角；
[0052]θ
u2
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑PMU数据不同步的双端输电线路正序及零序参数辨识方法，其特征在于：所述方法的步骤为：S1、线路等效模型的选择根据需要选择集中参数模型或分布参数模型，通过提取线路首末两端的电压电流相量，并将线路等效为相应线路模型下的π型等值电路来计算线路的总阻抗Z和总电纳Y，进而根据所选择的线路模型计算r、L及C；S2、构建不受不同步角度影响的功率量正序参数辨识方程将双端输电线路等效为π型集中参数模型，线路各参数均为正序参数，当PMU数据不同步时，以线路末端获取数据的时间为参考，计算线路首端获取的数据相对于线路末端获取的数据的不同步角度为δ；S3、基于零序网络构建以零序参数为未知量的零序参数辨识方程以线路发生单相接地故障进行输电线路零序参数的辨识，根据基尔霍夫定律分别计算输电线路的正序等效电路及负序等效电路中的故障距离m1、m2，根据二者平均值求得线路发生单相接地故障进行输电线路的故障距离m，并对单相故障下的零序等效电路进行分析，得到以零序参数r0、L0和C0为未知量的三元非线性方程组，完成零序参数的辨识；S4、利用L
‑
M算法进行正序参数辨识方程及零序参数辨识方程的求解。2.根据权利要求1所述考虑PMU数据不同步的双端输电线路正序及零序参数辨识方法，其特征在于：所述步骤1)线路等效模型的选择具体操作为：(1)选用π型集中参数模型进行集中参数模型等效输电线路分析，π型集中参数模型中，线路的总阻抗Z与总电纳Y可以表示为：其中：R、X、B分别为线路总电阻、线路总电抗及线路总电纳；r、L、C分别为线路单位长度电阻、电感及电容；l为线路长度；ω为角频率；根据基尔霍夫定律，线路的首端及末端的电压和电流满足下式：其中：和为线路首端的电压和电流；和为线路末端的电压和电流；对式(2)进行进一步计算，得到：联立式(1)和式(3)，可得：
(2)选用分布参数模型进行双端输电线路的分析，双端输电线路的分布参数模型中，g为线路单位长度的电导，通常认为g＝0；b＝ωC为线路单位长度的电纳；根据基尔霍夫定律，线路两端电压和电流之间的关系式为：其中：Z
c
为波阻抗；γ为传播常数；Z
c
和γ进一步表示为：结合上式并利用二端口等效变换，将分布参数模型转换为π型集中参数模型，分布参数模型线路总阻抗Z与总电纳Y满足下式：联立得：其中，根据需要选择集中参数模型或分布参数模型，通过提取线路首末两端的电压电流相量，并将线路等效为相应线路模型下的π型等值电路来计算线路的总阻抗Z和总电纳Y，进而根据所选择的线路模型计算r、L及C。3.根据权利要求1所述考虑PMU数据不同步的双端输电线路正序及零序参数辨识方法，其特征在于：所述步骤2)构建不受不同步角度影响的功率量正序参数辨识方程的具体操作为：输电系统正常运行且三相换位充分时，线路两端电压和电流的负序及零序分量几乎为零，电压和电流中只存在正序分量，此时，双端输电线路等效为π型集中参数模型，线路各参
数均为正序参数。若PMU进行量测时受到干扰或者攻击，则PMU数据将会出现不同步的情况，当出现PMU数据不同步时，以线路末端获取数据的时间为参考，线路首端获取的数据相对于线路末端获取的数据的不同步角度为δ，PMU获取的线路末端的电压和电流分别为和则PMU获取的线路首端电压和电流与经过同步处理后的线路首端电压和电流之间的关系式为：对线路首末两端的有功功率P1、P2和无功功率Q1、Q2进行分析，其表达式为：其中：θ
u1
和θ
i1
分别为和的相角；θ
u2
和θ
i2
分别为和的相角；θ'
u1
和θ'
i1
分别为和的相角；||为复数取幅值符号；由上式可知，线路两端的有功功率和无功功率数值不受不同步角度δ的影响，另外，线路两端的功率量与线路参数之间的关系满足下式：其中：g1+jb1＝1/(R1+jX1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)式中，存在g1、b1、B1以及θ'
u1
四个未知量，可在g1、b1以及B1这三个待辨识量的基础上将θ'
u1
也看成待辨识量，对式(12)进行求解，即可得到g1、b1、B1及θ'
u1
，利用求解出的g1、b1、B1，得到线路单位长度的正序电阻r1、电感L1以及电容C1为：其中：l为线路长度，利用求解出的θ'
u1
得到不同步角度δ为：δ＝θ
′
u1
‑
θ
u1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)。4.根据权利要求1所述考虑PMU数据不同步的双端输电线路...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟刚，刘勇，卜明新，杨广杰，郭素梅，岳海涛，李功铭，江瑞敬，马智敏，董宇，陈晓龙，周宁，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：