利用PMU数据计算输电线路工频参数的方法研究

摘要

近年来，随着电网规模的持续扩大及新能源电源的接入，使得电力系统的运行方式日趋复杂。获取准确的线路参数是进行状态估计、潮流计算、电网调度和故障分析的基础。因此，如何提高输电线路参数计算的准确性，获得更精确的电力系统模型，对于电网的安全稳定运行尤为关键。随着广域测量系统 WAMS中的同步相量测量单元 PMU的大量使用，通过全球定位系统 GPS的高精度授时功能，PMU能获得电力系统各个节点的工频基波电压、电流相量，为计算准确的输电线路参数提供了可靠的前提条件。当电网中发生低频振荡时，由于同步相量测量单元使用的FFT算法无法准确区分工频量和低频干扰成分，因此收集的测量数据中会含有非工频的扰动成分，对后续的分析和与计算产生不良影响。因此本文提出一种先剔除 PMU数据中的非工频扰动成分以获取工频量，后进行输电线路工频参数计算的方法。理论分析和仿真结果验证了本文所提计算方法的正确性，利用 PMU实测数据的计算更说明了该方法的有效性。 在高压输电线路参数的测量和计算中，一般认为线路参数是三相对称的，只利用其中的一相或正序分量来测量和运算。但由于各种因素导致线路参数不可能达到完全对称的理想状态，不对称的线路参数产生的不对称电压及电流不仅会使得电能在传输过程中产生更多的损耗，严重时还会危及线路两端的发电机和变压器等电气设备。为降低高压输电线路上的不对称电压，维持电网的稳定运行，本文提出利用三相高压输电线路的诺顿等值电路，将不对称的线路参数看作诺顿等值电路的等效导纳，通过调节线路末端变电站中的无功补偿的投切量，使其端口电压接近三相对称，从而实现改善线路上不平衡电压的目标。计算结果及 Matlab仿真分析验证了该方法能够有效降低线路上的不对称电压。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 输电线路参数的国内外研究现状

1.2.1 理论计算法

1.2.2 工程实测法

1.2.3 基于SCADA的输电线路参数估计

1.2.4 基于PMU的输电线路参数辨识

1.3 广域测量系统的国内外研究现状

1.4 线路参数不对称性的国内外研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第2章 输电线路等值电路与广域测量技术简介

2.1 引言

2.2 输电线路方程及等值电路

2.2.1 输电线路方程

2.2.2 输电线路等值电路

2.3 广域测量技术

2.3.1 广域测量系统的组成与结构

2.3.2 同步相量测量单元

2.3.3 广域测量系统在电力系统中的应用

2.4 本章小结

第3章 滤除低频干扰的输电线路工频参数计算方法

3.1 引言

3.2 利用PMU数据的输电线路参数计算方法

3.2.1 相量计算法

3.2.2 功率计算法

3.2.3 加权最小二乘法

3.3 线路参数计算结果的误差分析

3.4 无扰动成分的工频量的提取方法

3.4.1 PMU测量工频信号的特点

3.4.2 工频量的提取方法

3.5 加权正定矩阵的确定方法

3.6 线路参数的灵敏度分析

3.7 本章小结

第4章 利用PMU测量数据的输电线路工频参数计算

4.1 引言

4.2 利用PMU仿真数据的输电线路参数计算

4.2.1 MATLAB/SIMULINK仿真建模

4.2.2 PMU仿真数据计算结果分析

4.2.3 PMU仿真数据计算误差分析

4.2.4 输电线路参数的增量灵敏度分析

4.3 利用PMU实测数据的输电线路参数计算

4.3.1 PMU实测数据计算结果分析

4.3.2 PMU实测数据计算误差分析

4.4 本章小结

第5章 利用广义诺顿定理调整输电线路参数不对称性的补偿电容方法

5.1 引言

5.2 广义诺顿定理

5.3 参数不完全对称的三相输电线路模型

5.4 调整线路末端电压不对称性的方法

5.5 仿真验证

5.5.1 首端电压完全对称时的仿真结果分析

5.5.2 首端电压不完全对称时的仿真结果分析

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢