专利名称：一种配电网电力线路功率角测量方法及测量系统的制作方法
一种配电网电力线路功率角测量方法及测量系统技术领域
本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种配电网电力线路功率角测量方法及 测量系统。
背景技术：
在配电网中，电力线路功率角是电力系统的一个重要参数，是衡量系统能否稳定 运行的主要状态变量。近年来配电网规模的扩大以及智能化的发展对配电网的稳定运行提 出了更为严格的要求，而配电网功角作为电网运行状态的重要参数，它的有效测量对电力 系统运行检测具有极其重要的意义。
目前对电力线路功率角的测量主要有以下两种方法
DGPS同步时钟测量法，该方法作为最主要的功角测量手段，操作复杂、应用成本 高，主要应用于大型高压输电电网中，而在数量庞大的中低压配电网中尚无广泛应用，不能 作为理想的配电网功角测量方法。
2)电力系统潮流计算法，该方法在已知线路阻抗、用户负载的前提下根据线路中 功率流向利用数学公式计算出线路功率角。但在实际电网中线路结构与用户负载并不稳 定，二者经常发生变化，因此无法通过对它们进行事先测试，然后利用公式计算的方法获得 线路的功率角。发明内容
本发明的目的是提供一种配电网电力线路功率角的测量方法及测量系统。
—种配电网电力线路功角测量系统，其特征在于，该功角测量系统由位于变电所 端的用于产生电压畸变信号的主站设备和位于低压用户端的功率角测量终端组成。在变电 所端，主变压器通过所用变压器连接主站设备；在低压用户端，用户变压器连接功率角测量 终端；当需要进行功率角测量时，主站设备通过控制所用变压器低压侧的瞬时短路在电压 过零点附近产生畸变信号，其能量峰值基本就在变电所端的电压过零点时刻；该信号跨越 变压器台区传输至用户端；功率角测量终端接收、处理电压畸变信号。
所述所用变压器的二次侧连接a、b、c三相电力线，在其中任意两相线上设置，连 接在a、b相线的电压畸变信号调制装置，电压畸变信号调制装置主要由单片机、信号调制 电路、信号滤波电路和保护电路构成，在a、b相线上的电压互感器PT连接信号滤波电路，信 号滤波电路接至单片机，单片机再通过RS485连接至PC机，并且单片机还通过脉冲触发电 路连接至可控硅的控制极，连接在a相线上的保护电路经过电阻R、可控硅后连接在b相线 上；通过单片机控制可控硅的导通，将a-b两相线路进行短路，待a_b线电压过零时将可控 硅关断使短路故障消除，此过程在电网a-b线电压上产生一个电压畸变信号，该信号跨越 变压器台区传输至用户端。
所述功率角测量终端安装在用户变压器的低压侧，在a、b相线上的电压互感器PT 连接信号滤波电路，信号滤波电路分别接至16位A/D采样电路和正负比较电路，16位A/D采样电路和正负比较电路分别连接DSP信号处理模块，DSP信号处理模块还分别连接键盘 输入、LED显示屏和通过RS485连接至PC机；DSP对AD采样电路采集到的电压畸变信号进 行时频分析以确定其在本地电压波形上的时域位置，间接得到输电线路的功率角。
一种配电网电力线路功率角的测量方法，其特征在于，包括下列步骤
1)电压畸变信号的产生与提取，在变电所内通过单片机控制可控硅的导通将所 用变压器低压侧短路产生电压畸变信号；当所用变压器低压侧的任意两相线路之间的线电 压即将过零时，将该两相线路进行短路，待电压过零时停止短路，此过程产生的短路电流在 流过主变压器时会在其漏感上感应出一个瞬时电压降叠加在该线电压上，产生电压畸变信 号，该电压畸变信号跨越变压器台区传输至用户端；在用户端对电压畸变信号进行时频分 析前，首先要将其从本地电压波形上提取出来，为了方便用户端对畸变信号的检测与分析， 在进行功率角测量时在系统首端连续进行多个畸变信号的发送，而且每个畸变信号通过两 个相邻的电压波形进行携带；
2)用户端电压畸变信号的时频分析与电力线路功率角的测量，在用户端接收到 含有畸变信号的电压波形后，使用时域差分技术将单个畸变信号从电网电压波形中提取出 来，并将多个畸变信号进行累加形成合成信号，同时使用维格拉分布结合短时傅里叶变换 对合成信号进行时频分析处理，根据其能量参数的时间分布情况来确定畸变信号与本地电 压过零点的时差，并结合变压器的连接组别关系得到线路的功率角。
所述短路电流在流过主变压器时会在其漏感上感应出一个瞬时电压降叠加在该 线电压上，产生电压畸变信号，通过差分方法得到的畸变信号s(t)可表示为
s(t) = u (t) -U (t-T) = y (t)+n(t)
式中u(t)为电网电压信号；T为电网电压的工频周期，T = 0.02s;Y(t)为实际 电压畸变信号；n(t)为电网噪声干扰。
所述电网噪声干扰在干扰比较严重时，很难将畸变信号和噪声干扰信号二者区别 开，为此在变电所侧连续进行N个畸变信号的发送，然后在用户端将前后电压周期信号相 减得到的N个畸变信号进行累加形成合成畸变信号s (t)，即
权利要求
1.一种配电网电力线路功角测量系统，其特征在于，该功角测量系统由位于变电所端 的用于产生电压畸变信号的主站设备和位于低压用户端的功率角测量终端组成。在变电所 端，主变压器通过所用变压器连接主站设备；在低压用户端，用户变压器连接功率角测量终 端；当需要进行功率角测量时，主站设备通过控制所用变压器低压侧的瞬时短路在电压过 零点附近产生畸变信号，其能量峰值基本就在变电所端的电压过零点时刻；该信号跨越变 压器台区传输至用户端；功率角测量终端接收、处理电压畸变信号。
2.根据权利要求1所述配电网电力线路功角测量系统，其特征在于，所述所用变压器 的二次侧连接a、b、c三相电力线，在其中任意两相线上设置，连接在a、b相线的电压畸变 信号调制装置，电压畸变信号调制装置主要由单片机、信号调制电路、信号滤波电路和保护 电路构成，安装在a、b相线上的电压互感器PT连接信号滤波电路，信号滤波电路接至单片 机，单片机再通过RS485连接至PC机，并且单片机还通过脉冲触发电路连接至可控硅的控 制极，连接在a相线上的保护电路经过电阻R、电感L、可控硅后连接在b相线上；通过单片 机控制可控硅的导通，将a-b两相线路进行短路，待a_b线电压过零时将可控硅关断使短路 故障消除，此过程在电网a_b线电压上产生一个电压畸变信号，该信号跨越变压器台区传 输至用户端。
3.根据权利要求1所述配电网电力线路功角测量系统，其特征在于，所述功率角测量 终端安装在用户变压器的低压侧，安装在a、b相线上的电压互感器PT连接信号滤波电路， 信号滤波电路分别接至16位A/D采样电路和正负比较电路，16位A/D采样电路和正负比较 电路分别连接DSP信号处理模块，DSP信号处理模块还分别连接键盘输入、LED显示屏和通 过RS485连接至PC机；DSP对AD采样电路采集到的电压畸变信号进行时频分析以确定其 在本地电压波形上的时域位置，间接得到输电线路的功率角。
4.一种配电网电力线路功率角的测量方法，其特征在于，包括下列步骤1)电压畸变信号的产生与提取，在变电所内通过单片机控制可控硅的导通将所用变 压器低压侧短路以便产生电压畸变信号；当所用变压器低压侧的任意两相线路之间的线电 压即将过零时，将该两相线路进行短路，待电压过零时停止短路，此过程产生的短路电流在 流过主变压器时会在其漏感上感应出一个瞬时电压降叠加在该线电压上，产生电压畸变信 号，该电压畸变信号跨越变压器台区传输至用户端；在用户端对电压畸变信号进行时频分 析前，首先要将其从本地电压波形上提取出来，为了方便用户端对畸变信号的检测与分析， 在进行功率角测量时在系统首端连续进行多个畸变信号的发送，而且每个畸变信号通过两 个相邻的电压波形进行携带；2)用户端电压畸变信号的时频分析与电力线路功率角的测量，在用户端接收到含有畸 变信号的电压波形后，使用时域差分技术将单个畸变信号从电网电压波形中提取出来，并 将多个畸变信号进行累加形成合成信号，同时使用维格拉分布结合短时傅里叶变换对合成 信号进行时频分析处理，根据其能量参数的时间分布情况来确定畸变信号与本地电压过零 点的时差，并结合变压器的连接组别关系得到线路的功率角。
5.根据权利要求4所述配电网电力线路功角测量方法，其特征在于，所述短路电流在 流过主变压器时会在其漏感上感应出一个瞬时电压降叠加在该线电压上，产生电压畸变信 号，通过差分方法得到的畸变信号s (t)可表示为s(t) = u (t) -U (t-τ) = y (t)+n(t)式中u(t)为电网电压信号；T为电网电压的工频周期，T = 0.02s ； γ (t)为实际电压 畸变信号；n(t)为电网噪声干扰。
6.根据权利要求4所述配电网电力线路功角测量方法，其特征在于，所述电网噪声干 扰在干扰比较严重时，很难将畸变信号和噪声干扰信号二者区别开，为此在变电所侧连续 进行N个畸变信号的发送，然后在用户端将前后电压周期信号相减得到的N个畸变信号进 行累加形成合成畸变信号s (t)，即k=Nk=Nsit) = Yjuk ( -UkQ-T)) =Νγ( + Ynk ( k=l k=\这样S(t)中畸变信号的成份得到N倍增强，而前后电压信号作差得到的干扰信号 nk(t)由于具有随机特性，在累加中幅值增强很有限，。当N足够大时，合成信号中畸变成分 的分辨率得到明显改善，其中取N = 7 10。所述合成畸变信号s (t)的维格纳分布为+OOWXt, ω) = + T/2)s\t-Tf 2)exp(-]ωτ) τ-co合成畸变信号s (t)的短时傅里叶变换表示为F(t, ω) =-1) exp(-j^T)dr—00其中，S* (t)为S (t)的共轭函数；h(t)为短时傅立叶变换中所采用的窗函数，这里选择 幅值为1的矩形窗，即h(t) = 1 ; 为合成畸变信号s(t)的角频率，W = 2n OOO 600) rad/s ； τ代表时间变量；j为虚数单位，及j2 = _1。
全文摘要
本发明公开了属于电力电子技术领域的一种配电网电力线路功率角测量方法及测量系统。该功角测量系统位于变电所端，主变压器通过所用变压器连接主站设备；在低压用户端，用户变压器连接功率角测量终端。在变电所内的所用变压器低压侧通过单片机控制可控硅的导通，短路产生电压畸变信号；在用户端接收到含有畸变信号的电压波形后，使用时域差分技术将单个畸变信号从电网电压波形中提取出来，并将多个畸变信号累加形成合成信号，同时使用维格拉分布结合短时傅里叶变换对合成信号进行时频分析处理，根据其能量参数的时间分布情况来确定畸变信号与本地电压过零点的时差，并结合变压器的连接组别关系得到线路的功率角。该方法成本低廉、操作简单，不受电网结构的影响，应用广泛。
文档编号G01R31/00GK102033177SQ20101052372
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者卢文冰, 张伟华, 王义龙, 罗应立, 闫迎 申请人:华北电力大学