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输电线路参数测量及谐波分析系统（参数测量部分）研究

作　者: 徐玮
导　师: 陈允平；胡志坚
学　校: 武汉大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 输电线路参数测量参数辨识零序互感增量法微分法积分法全球定位系统
分类号: TM769
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

随着电力系统的扩大，受线路走廊所限的缘故，互感线路日益增多。输电线路线路参数，尤其是零序自阻抗和互阻抗参数的实测是我国有关规程所要求的。以往的试验方法都必须将所有互感的线路停电后再进行测量，随着互感线路的增加，这是十分困难甚至是不可能的。本文在深入分析了传统的线路零序参数计算的理论与停电测量方法存在的问题后，提出了几种新的带电测量方法。本文给出了带电测量线路自阻抗和互阻抗参数的数学模型，并从技术上解决了构造出n(n+1)／2个独立运行方式的方法；巧妙地解决了测试源的获取问题；利用全球卫星定位系统(GPS)的授时功能成功地解决了异地信号的同步问题，完全满足工程测量的精度要求；将参数辨识(傅里叶算法、卡尔曼滤波算法、最小二乘算法)理论应用于输电线路参数测量系统的信号处理中；并采用了最小二乘法等方法解决了测量中出现的超定方程的求解问题。本文还提出使用微分法测量输电线路零序互感参数的方法，并对微分法展开了深入的研究，详细的阐明了其具体应用方法，并提出了正弦差分定理。通过正弦差分修正系数α来加以修正测量信号某一点处的差分，可以得到该点处微分的真值，使得对于采样率较低的数据采集系统而言，使用经过修正后的值进行计算，仍然可以取得与采样率较高时同样的精度。针对微分法的不足之处，本文又提出使用积分法测量输电线路零序互感参数的方法，并同样的提出了与微分法相仿的正弦积分修正系数和正弦积分定理。为了便于实际应用，在此还给出了修正系数表和修正系数与采样率的关系曲线。这两种带电测量方法及其相关理论，与干扰法和增量法相比，具有测量简单，不需多次测量，计算简便的优点，具有广泛的应用前景。对于输电线路零序阻抗、零序电纳、正序阻抗、正序阻抗等参数测量，本文给出了其测量和计算方法，并根据用户的反馈和需要，在传统测量方法的基础上做了大量改进，具有测量简便易用、界面友好直观和测量计算精度高的优点。除此之外，本文还介绍了输电线路参数测量及谐波分析系统的软硬件设计，相应的软件部分包括DSP数据采集程序、GPS解码程序、程序界面、数据通讯程序、零序阻抗测量及计算程序、零序电纳测量及计算程序、正序阻抗测量及计算程序、正序电纳测量及计算程序和互感计算程序等。在此基础上进行了数字仿真，给出了模拟试验接线图和模拟试验结果。最后对公式计算方法、传统测量方法和带电方法三种方法测量结果进行了分析对比。理论分析和多次测量的应用表明了带电测量方法是正确可行的，其测量结果完全能满足工程需要。因此我们研制的输电线路参数测量及谐波分析系统解决了电力生产中的关键技术难题，具有十分广泛的推广应用价值。这对于提高电力系统供电可靠性、减少供电损失和提高电力系统的安全运行水平具有十分重要的意义。

全文目录

摘要  6-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-11
第二章互感参数测量理论  11-60
  2.1 互感线路参数计算理论与传统测量方法分析  11-19
    2.1.1 零序参数的公式计算方法  11-16
      2.1.1.1 电感的定义  11-12
      2.1.1.2 “单导线-大地”回路的自阻抗和互阻抗  12-13
      2.1.1.3 三相输电线路的零序阻抗  13-14
      2.1.1.4 输电线路的零序阻抗计算公式  14-16
    2.1.2 传统的零序参数测量方法  16-18
    2.1.3 直接计算与常规测量方法的优缺点分析  18-19
  2.2 互感线路零序参数带电测量理论  19-36
    2.2.1 干扰法  19-22
    2.2.2 增量法  22-25
    2.2.3 微分法  25-34
      2.2.3.1 微分法原理  25-28
      2.2.3.2 微分法应用  28-32
      2.2.3.3 正弦差分定理  32-34
    2.2.4 积分法  34-36
  2.3 系统辨识理论及其在互感测量中的应用  36-60
    2.3.1 电力系统的故障频谱  36-37
    2.3.2 系统辨识理论概述  37-41
      2.3.2.1 辨识模型  37
      2.3.2.2 辨识定义  37-38
      2.3.2.3 误差的表示  38-39
      2.3.2.4 辨识方法  39-40
      2.3.2.5 动态系统的数学模型  40-41
    2.3.3 傅立叶算法  41-45
      2.3.3.1 周期函数模型的傅氏算法  41-42
      2.3.3.2 滤除衰减直流分量的傅氏算法  42-45
    2.3.4 最小二乘算法  45-49
      2.3.4.1 常规最小二乘算法  45-47
      2.3.4.2 消除非周期分量影响的最小二乘算法  47-49
    2.3.5 卡尔曼滤波算法  49-55
      2.3.5.1 卡尔曼滤波问题  49-50
      2.3.5.2 卡尔曼滤波的基本概念  50
      2.3.5.3 离散系统动态模型  50
      2.3.5.4 卡尔曼滤波方程  50-51
      2.3.5.5 卡尔曼算法的计算步骤与流程图  51-53
      2.3.5.6 系统数学模型的建立及滤波参数的选择  53-55
    2.3.6 最小二乘原理在互感参数计算中的应用  55-60
      2.3.6.1 最小二乘算法的基本原理  55-57
      2.3.6.2 递推最小二乘估计算法  57-60
第三章其它线路参数测量  60-71
  3.1 零序阻抗测量  60-62
  3.2 零序电纳测量  62-64
  3.3 正序阻抗测量  64-67
  3.4 正序电纳测量  67-71
第四章输电线路参数测量及谐波分析系统软硬件设计  71-102
  4.1 TPT-SYS Ⅰ型线路参数带电测试仪介绍  71-76
    4.1.1 测试系统组成  71-72
    4.1.2 测试系统硬件部分简介  72-74
    4.1.3 测试系统软件部分简介  74-76
  4.2 输电线路参数测量及谐波分析系统硬件部分  76-86
    4.2.1 GPS接收模块  77-78
    4.2.2 DSP数据采集卡APCI 5467  78-82
      4.2.2.1 概述  78
      4.2.2.2 主要性能指标  78-79
      4.2.2.3 工作原理  79-82
    4.2.3 上位机APCI 5095  82
    4.2.4 开关量输出卡APCI 5374  82-85
      4.2.4.1 概述  82-83
      4.2.4.2 主要技术指标  83
      4.2.4.3 工作原理  83-84
      4.2.4.4 使用方法  84-85
    4.2.5 信号变送器  85-86
    4.2.6 机箱设计  86
  4.3 输电线路参数测量及谐波分析系统软件部分  86-102
    4.3.1 程序界面部分  86-88
    4.3.2 GPS同步时间报文解码程序  88-93
      4.3.2.1 MSComm控件通信方式  88
      4.3.2.2 MSComm控件常用属性  88-90
      4.3.2.3 NMEA0183协议  90-92
      4.3.2.4 程序流程图  92-93
    4.3.3 下位机DSP数据采集程序  93
    4.3.4 上位机数据处理程序  93-97
    4.3.5 多线程技术  97-99
    4.3.6 ActiveX控件  99-101
    4.3.7 Com技术  101-102
第五章数字仿真及模拟实验  102-115
  5.1 RTDS数字仿真  102-111
    5.1.1 RTDS简介  102-103
    5.1.2 RTDS实验模型与数字仿真  103-110
    5.1.3 实验结果分析  110-111
  5.2 标定测试  111-112
  5.3 模拟实验  112-115
第六章结论与展望  115-117
参考文献  117-120
致谢  120

输电线路参数测量及谐波分析系统（参数测量部分）研究

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