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专利名称：一种同步获取输电线路任意两端电信号的方法
技术领域：
本发明涉及ー种电カ系统中输电线路两端同步采集电信号的方法，适于需要输电线路两端同步采集的电信号数据的应用场合。
(ニ)背景技术：
输电线路是电力系统中的重要元件，其安全工作对电カ系统的稳定发挥着极其重要的作用。在电カ系统运行过程中，输电线路会发生瞬时性或者永久性的故障，这些故障的发生会对电カ系统运行产生着较大的影响，特别是在超(特)高压电网中，单条大功率输电线路故障退出给系统运行带来较大扰动，在一些重负荷运行等情况下甚至会引发连锁性故障，引起多条线路跳闸退出甚至电网解列，给社会经济造成巨大损失。 输电线路纵差保护装置和故障测距装置是保障输电线路安全以及查找故障点的重要工具，其正确可靠工作有赖于装置本身的性能，也有赖于装置对电网准确数据的掌握。输电线路首末两端电压、电流等电信号数据的实时同步采集，是这些需要输电线路两端数据的输电线路纵差保护和故障测距装置正确工作的基本要求。大量研究证明输电线路两端存在的采集时刻偏差会对继电保护以及故障测距装置产生极大的影响。不同步采集的输电线路两端的电流，会使输电线路纵差保护装置误判输电线路的运行状态。在输电线路纵差保护装置的制动系数取值0. 6时，若装置使用采集时刻偏差超过3440微秒的不同步采集数据时，纵差保护装置会误告警，甚至误动作。同样，故障测距装置对线路两端的电量采集同步性要求较高，特别是行波测距装置。在发生输电线路故障后，输电线路首末两端每I微秒的采集时刻偏差会引起约150米的测距误差。输电线路两端高精度的电信号同步采集对于输电线路纵差保护正确工作，对高精度的故障点查找有着极其重要的意义。现有的处理输电线路两端采集时刻同步的方法主要有基于数据通道的方法、基于參考相量的方法和基于GPS卫星时钟的方法。基于数据通道的采集时刻同步方法建立在输电线路首末两端数据传输延时一致的假设基础之上。在输电线路两端通信过程中，通过记录输电线路首端发送的一帧采集数据(第Ml帧)的时间tl、输电线路末端从接收该Ml帧数据到该输电线路末端发送该侧下ー帧采集数据(第N2帧)的延时时间tm、以及输电线路首端接收来自输电线路末端的第N2帧数据的时间t4，应用tl，tm和t4这三个时间信息，在输电线路首端与末端信息传输延时td相等的基础上，计算出输电线路两端数据的传输延时td。此后，输电线路任一端依据接收数据的时间信息、计算的传输延时td，计算出输电线路首末两端电信号的采集时刻偏差，最后，通过对采集数据进行修正或者对任一端的采集时刻进行调整，实现输电线路两端采集的数据严格同歩。该方法的准确性建立在输电线路首末两端信息传输延时相等的假设基础上，有赖于输电线路首末两端的信息传输通道。当输电线路两端采用专用光纤数据通道时，该假设是可以满足的，但当输电线路两端的传输数据通道复用同步数字通信网络时，在通信网络倒换、恢复时，两端的传输延时是不一致的，相差甚至能超过数毫秒，导致计算出的采集时刻偏差不准确，无法实现输电线路两端电信号微秒级精度的同步采集。
基于參考向量的方法要求输电线路首末两端分别通过自身的采集电压、电流向量，应用输电线路模型，计算出输电线路中同一个物理量。通过比较分别利用首末两端的电信号向量计算出的结果的偏差求得输电线路两端电信号的采集时刻偏差，进而调整输电线路其任一端的采集时刻，实现两端电信号的同步采集。该方法的准确性有赖于输电线路的准确性，常用的输电线路集中參数模型、T型(或型)模型、长线路分布參数模型均存在构建误差，使得输电线路两端电信号采集时刻偏差计算结果存在较大误差。此外，计算过程中使用输电线路两端电压电、流向量，而不能使用瞬时采集值，使用瞬时采集数据计算电压、电流向量的过程需使用至少ー个电信号周期的采集数据，増大了计算所用数据缓存量，也増加了计算量。基于GPS卫星时钟的方法采用电カ系统以外的全球卫星定位系统的高精度时钟基准同步输线路首末两端的电信号采集时刻，实现线路两端数据高精度的电信号采集时刻同歩。由于理论上全球卫星定位系统发布的统ー时钟与世界协调时之间的偏差不超过I微秒，所以在输电线路首末两端均安装GPS卫星时钟接收器之后，可保证输电线路两端电信号采集时刻偏差不超过2微秒。但由于卫星信号的接收效果有赖于气候、卫星时钟接收器·所处地理位置等因素，以及卫星试验等因素会使得卫星时钟信号发生跳变等情况，不能保证输电线路接收的采集时刻基准严格同步；此外，该方法需要输电线路两端均安装GPS卫星系统接收设备，増加了造价。随着同步数字网络在变电站信息通信网络中的广泛应用，线路两端数据传输延时在通信网络倒换、恢复过程中会出现不一致，使得建立在传输通道两端延时一致条件基础上的数据通道采集时刻同步方法出现误差，采集时刻同步的效果不好。而基于參考向量的方法则有赖于线路模型的准确性。基于GPS卫星时钟的方法不但增加了设备成本，并且GPS卫星时钟也存在着安全性和受控性因素，输电线路两端电信号采集时刻同步不应完全依赖于卫星时钟基准。本专利提出的同步获取输电线路任意两端电信号的方法与输电线路两端的数据传输通道延时无关，使用了高精度的输电线路模型，避免了采集时刻同步性依赖GPS卫星时钟基准的情况，可作为保证线路两端电信号采集同步的主用或其他更高精度方法的后备方式。

发明内容
本发明的目的是提供一种同步获取输电线路任意两端电信号的方法，它通过使用输电线路采集的电信号数据，计算输电线路首末两端电信号不同步采集的时刻偏差，进而修正其中一端的采集时刻，实现输电线路任意端微秒级精度的采集时刻同步。本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有如下的步骤(I)、采集输电线路首端和末端的电信号用信号采集器实时采集输电线路首端在t时刻下的电压和电流信号uM(t)、i (t)的成双配对的序列值；用信号采集器实时采集输电线路末端在t’时刻下的的电压和电流信号uN(t’)、iN(t’ )的成双配对的序列值，采集电信号的时间间隔均为Ts，且10_6s ^ Ts ^ 10_2s ；(2)、计算出输电线路末端的电流值iw(t)①、计算出输电线路首端的电压函数表达式uM(t)和电流函数表达式iM(t)；
将步骤(1)采集到的输电线路首端的相邻的两个电压信号uM(t_l)和uM(t)代入 到如下的公式中计算出电压有效值U和电压相位％:
权利要求
1. 一种同步获取输电线路任意两端电信号的方法，它包括如下的步骤 (I)、采集输电线路首端和末端的电信号 用信号采集器实时采集输电线路首端在t时刻下的电压和电流信号uM(t)、iM(t)的成双配对的序列值；用信号采集器实时采集输电线路末端在t’时刻下的的电压和电流信号uN(t，)、iN(t，)的成双配对的序列值，采集电信号的时间间隔均为!；，且10_6s彡Kl0_2s ；(2 )、计算出输电线路末端的电流值iNj (t) ①、计算出输电线路首端的电压函数表达式uM(t)和电流函数表达式iM(t)； 将步骤(I)采集到的输电线路首端的相邻的两个电压信号uM(t-I)和uM(t)代入到如下的公式中计算出电压有效值U和电压相位(Pt: φ,=3Γ Ηη(( ( )8 η(ω7'ν))/(ιι( )οο5(θ371)-ιι( -1)))U=(u(t))/(W simp/) 上式中，ω为角频率，取为IOOji，Ts为步骤(I)的电信号采集周期； 输电线路首端的电压函数表达式uM(t)是UM⑴=Φ Usincpt; 将步骤(I)采集到的输电线路首端的相邻的两个电流信号iM(t - I)和iM(t)代入到如下的公式中计算出电流有效值I和电流相位Θ t : Θ t=arctan ((i (t) sin (ω Ts)) / (i (t) cos (ω Ts) - i (t_l)))I=(Kt)VU^ Sinet) 输电线路首端的电流函数表达式iM(t)是\il IsinGl; ②、计算出输电线路末端的电流值iNj(t) 将输电线路等效为分布参数电路模型，将获取的输电线路首端的电压函数表达式uM(t)和电流函数表达式iM(t)代入到下列公式中计算出输电线路末端的电流函数表达式ijS(t) ' .i=i 且 HB(j)=l/(2j-r)!xI(j-l)!/(Xj-i-l)!i!)R1L,-1-1CL/2,-^iMii'1'1)(0 j=0i=0 式中uM(i) (t)和iM(i) (t)分别表示电压函数表达式UM(t)和电流函数表达式iM(t)的i阶导数；R，L, C分别表示输电线路单位长度的正序电阻，电感和电容值；1表示输电线路的长度； 根据上述输电线路末端的电流函数表达式i>(t)计算出当前时刻t的输电线路末端的电流值iNj (t)； (3)、计算出输电线路首端和末端的电信号采集的时刻偏差(t-t’) ①、用t’时刻采集到的电流信号iN(t’)值和t’ - I时刻采集到的电流信号iN(t’ - I)值代入下列公式中计算出输电线路末端电流在t’时刻的相位值ΘΜ，Θ Nt, =arctan((iN(t> ) sin(ωTs))/(iN(t> ) cos OTs) - iN(t> - I))) ②、用t时刻计算出输电线路末端的电流信号计算值iw(t)和t- I时刻计算出输电线路末端的电流信号计算值iw(t - I)代入下列公式中计算出输电线路末端的t时刻的计算电流相位值Θ NJt Θ NJt=arctan((iNJ(t) sin(ωTs))/(iNJ (t) cos (ωTs) - iNJ (t - I))) ③、计算输电线路首端和末端的电信号的采集时刻偏差(t- t’)t _ t，= ( Θ NJt Θ Nt’)/ Ji X 10 微秒 (4)、判断输电线路首末两端的电信号采集时刻t、t’是否同步 设定允许的采集时刻的偏差值Λ tsrt，则 ①、当|t-t’I <厶％&时，说明输电线路首末两端的电信号采集时刻t、t’是同步的；返回步骤(I)继续执行； ②、当|t-t’I彡Atsrt时，说明输电线路首末两端的电信号采集时刻t、t’是不同步的；自动调整输电线路末端的信号采集器的下一个采集时刻t’ +1，即t’ +l=t’ +Ts- (Θ NJt- Θ Nt,) / X104，然后再返回步骤(I)继续执行； 如此重复循环地执行步骤(I)、(2)、(3)和(4)，实现保证实时同步获取输电线路任意两端电信号目的。
全文摘要
一种同步获取输电线路任意两端电信号的方法，它包括有如下步骤采集输电线路首末端口处的电信号uM(t)、iM(t)和uN(t’)、iN(t’)，由输电线路首端的电压、电流采集序列uM(t)、iM(t)，依据输电线路分布参数电路模型计算出输电线路末端t时刻的电流计算值iNj(t)，根据t时刻输电线路末端的电流计算值iNj(t)和t’时时刻输电线路末端的采集电流序列iN(t’)计算出输电线路两端的采集时刻偏差(t–t’)，通过与采集时刻偏差调整设置值△tset比较判断是否调整输电线路末端的采集时刻t’。如此循环，实现输电线路任意端电信号的同步采集。该方法消除了输电线路数据通道传输延时不一致对电信号同步采集的影响，无需引入电力系统以外的时钟基准信号，可实现输电线路微秒级的同步采集精度。
文档编号G01R31/02GK102955095SQ20121041134
公开日2013年3月6日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者何建军, 罗建, 徐瑞林, 陈涛, 朱特, 张晓勇, 高晋, 张友强, 蒋昆, 钟加勇, 刘祖建, 李 杰, 王瑞妙, 王洪彬, 樊俊言, 任成君, 王一夫, 张开迪 申请人:重庆大学, 重庆市电力公司电力科学研究院