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电场积分法输电线路电压测量方法与系统研究

司电成  
【摘要】:电力系统中,线路电压的准确测量对电能计算、过电压在线监测、继电保护等方面均具有重要意义。目前,基于场式传感器非接触式测量输电线电压的方法得到了广泛的研究。其中,利用电场逆问题计算求解电压的方法存在求解困难,难以标定的问题,而采用高斯算法的电场数值积分存在积分节点位置不合理的问题,而且精度有待提高。针对于此,提出了基于D-dot电场传感器的空间电场积分求取输电线路电压的方法。设计了差分式D-dot电场传感器和基于电场积分法的电压测量系统,并基于切比雪夫积分算法,通过仿真与试验证明了所提出的电场积分法的可行性,为电力系统电压的非接触式测量提供了一种新的测量方法和系统。论文的主要工作包括以下几个方面:(1)积分路径选择和积分区间分段优化。根据输电线路空间电场的保守性,从理论上证明了电场积分法测量线路电压的可行性,并确立了以输电导线垂直地面的铅垂线作为积分路径;对切比雪夫算法积分公式进行了推导,提出对积分路径进行分段线性化处理,并得到了分段区间各自的积分节点位置和积分权重。由于节点位置与积分权重均只与输电线路至地面垂直距离d相关,因此将不同电压线路对地距离带入文中相关公式和表格中,可快速得到该电压等级输电线路的电场积分公式。(2)仿真验证积分算法精度。通过Maxwell软件建立水平排列不同电压输电导线三维有限元仿真模型,利用仿真数据对切比雪夫算法的电场积分可行性进行了验证,并通过调整分段因子k的取值,对积分区间进行了分段优化,优化的节点位置在传感器绝缘方面更加合理,且实现了切比雪夫算法适用于输电导线电场积分的精度提升。仿真结果表明,积分值误差小于2.1%。(3)测量系统的设计。针对电场积分的特点,设计了差分式D-dot电场传感器,通过设计的多通道同步采集电路完成了对传感器节点输出电场信号的采集,在Lab VIEW软件中完成了电场积分的实时计算、波形显示和分析。(4)输电导线电压测量试验。搭建了三相水平排列输电线路试验平台,根据切比雪夫积分算法的积分节点位置安放D-dot传感器,进行了不同电压输电线路的电压测量试验。D-dot传感器采集的电场数据经Lab VIEW软件积分程序计算并拟合,得到待求导线电压的实时波形。根据试验结果,积分波形的失真度较小,积分值误差小于2.0%。


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