一种输电线节能安全运行系统的制作方法
一种输电线节能安全运行系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设一种输电线节能安全运行系统。
【背景技术】
[0002] 我国目前输电系统，存在着供电半径大、季节性负荷变动大、线路无功损耗大、功 率因数低、无功功率不能就地平衡等问题，特别是由于工业生产中大量的非线性、冲击性和 波动性负荷的存在给电网带来了日益严重的电能质量问题，严重的影响了电网的电压稳 定，威胁输电线和用户设备的正常运行。
[0003] Ξ相不平衡作为电能质量中的重点问题之一，也受到了广泛的关注，目前对于由 Ξ相不平衡造成的输电线损耗增量的计算方法已有较为成熟的研究，但关于将运些损耗增 量在负荷侧进行合理分配的研究还较为匿乏，且存在W下缺陷： 传统不平衡度的定义只考虑了电压，没有考虑电流。虽然电流可W通过电压与阻抗参 数求得，但是在不同环境、不同时间、不同运行状况下阻抗参数可能有很大变化，所W只考 虑电压的不平衡程度完全无法反应电流不平衡。
[0004] 此外，随着分布式发电技术的发展，越来越多的分布式电源(DG)接入输电线或构 成微网后接入输电线并网运行，运将导致输电线的分支数量进一步增加，网络结构更加复 杂，因此会增大故障发生概率。分布式电源的接入使得输电线有传统的福射型网络变为多 端电源网络，不仅网络结构和性质发生了改变，由于DG的存在使得故障发生后电气量变化 规律更加复杂，运给输电线的故障检测和隔离带来更大的挑战。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提供一种输电线节能安全运行系统，通过该系统，可W及 时准确的检测输电线的线路损耗增量和故障情况，实现输电线路节能安全运行。
[0006] 为了实现上述目的，发明提供一种输电线节能安全运行系统，该系统包括： 第一电压采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息，包括输电线 的首末端电压信息和位置信息； 第一电流采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息，包括输电线 的首末端电流信息和位置信息； 第二电压采集模块，用于实时采集发电设备的电压信息和位置信息； 第二电流采集模块，用于实时采集发电设备的电流信息和位置信息； 发电设备，用于向输电线提供有功和无功功率； 变压器，用于调节发电设备向输电线输出的电压； 损耗增量分配模块，用于将输电线的Ξ相不平衡线路损耗增量进行分配，W保持输电 线路的平衡运行； 故障报警显示模块，用于显示输电线路故障报警信息； 输电线损耗和故障监控装置，包括:信号获取单元、线损计算单元、故障识别单元和故 障报警单元，其中： 信号获取单元分别从第一电压采样模块、第一电流采样模块、第二电压采样模块、第二 电流采样模块获取相关电压、电流信号，并把相应信号发送给故障识别单元和线损计算单 元； 故障识别单元与故障报警单元相连接； 线损计算单元和损耗增量模块分配模块连接。
[0007]优选的，所述线损计算单元，计算并分配Ξ相不平衡时的输电线损耗增量，具体计 算方式如下： (1) 确定输电线因 Ξ相不平衡造成的总损耗增量AP; (2) 确定输电线Ξ相不平衡时各负荷的功率不平衡度参数UP化1，该各负荷的功率不平 衡度参数UP化1均按W下功率不平衡度参数IPR公式计算：
式中：s+=3v+r，其中r和r分别为负荷所在线路的负荷侧的电压和电流正序部分的 有效值，该正序部分可W被测量得到，也可W通过已有公式计算得到，其计算原理同下文提 到的正序电流分量Ii;e+为V+和Γ的相角差；
该式中有效视在功率Se = 3VeIe，其中Ve为负荷所在线路的负荷侧的等效电压，为线电压等效值，le为负荷所在线路的 负荷侧的等效电流，为线电流等效值； (3) 根据所述总损耗增量Δ P和各负荷的功率不平衡度参数UP化1按照下述公式计算各 负荷的损耗增量A Pi，其公式为：
N为负荷数量； (4) 按照所述各负荷的损耗增量Δ Pi对输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量进行分 配，即将输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量按照所述各负荷的损耗增量A Pi对应分配 给各负荷。
[000引优选的，所述故障识别单元包括： 第一识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流信息； 第二识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流位置信息； 判断单元，用于判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信 号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述故障报警单元，W使所述故障报警单元，将 所述位置信息发送给故障报警模块，W显示对应的支路发生故障。
[0009]优选的，所述判断子单元包括:滤波器，用于通过预设的带通滤波器对所获取的所 述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的 电流信息;第一计算子器，用于对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的 电流信息的频率响应;第二计算器，用于获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值;逻 辑运算器，用于判断所述均值是否大于预设数值。
[0010] 优选的，所述信号获取单元通过无线网络获取经所述各种电压信息、电流信息和 位置信息。
[0011] 本发明提供的一种输电线节能安全运行系统具有如下优点：（0可W基于实时获 取的输电线的多个节点的电压电流信息，实时分析判断输电线当前的线路损耗状态W及故 障情况。（2)可W实时报警显示故障的位置，并且可W在Ξ性不平衡运行状态下，合理分配 线损增量，使得输电线节能安全的运行。
【附图说明】
[0012] 图1示出了本发明的一种输电线节能安全运行系统的框图； 图2示出本发明的了一种节能型输电线损耗和故障检测方法。
【具体实施方式】
[0013] 图1示出了一种输电线节能安全运行系统，该系统包括： 第一电压采样模块1，用于实时采集输电线10的多点的电压信息和位置信息，包括输电 线10的首末端电压信息和位置信息； 第一电流采样模块2,用于实时采集输电线10的多点的电压信息和位置信息，包括输电 线10的首末端电流信息和位置信息； 第二电压采集模块6，用于实时采集发电设备8的电压信息和位置信息； 第二电流采集模块7，用于实时采集发电设备8的电流信息和位置信息； 发电设备8,用于向输电线提供有功和无功功率； 变压器9,用于调节发电设备向输电线10输出的电压； 损耗增量分配模块5，用于将输电线的Ξ相不平衡线路损耗增量进行分配，W保持输电 线路的平衡运行； 故障报警显示模块4，用于显示输电线路故障报警信息； 输电线损耗和故障监控装置3,包括:信号获取单元31、线损计算单元32、故障识别单元 33和故障报警单元34,其中： 信号获取单元31分别从第一电压采样模块1、第一电流采样模块2、第二电压采样模块 6、第二电流采样模块7获取相关电压、电流信号，并把相应信号发送给故障识别单元33和线 损计算单元32; 故障识别单元33与故障报警单元34相连接； 线损计算单元32和损耗增量模块分配模块4连接。
[0014] 优选的，所述线损计算单元，计算并分配Ξ相不平衡时的输电线损耗增量，具体计 算方式如下： (1) 确定输电线因 Ξ相不平衡造成的总损耗增量AP; (2) 确定输电线Ξ相不平衡时各负荷的功率不平衡度参数UP化1，该各负荷的功率不平 衡度参数UP化1均按W下功率不平衡度参数IPR公式计算：
式中：s+=3v+r，其中r和r分别为负荷所在线路的负荷侧的电压和电流正序部分的 有效值，该正序部分可w被测量得到，也可w通过已有公式计算得到，其计算原理同下文提 到的正序电流分量ii;e+为r和r的相角差；
该式中有效视在功率Se= 3VeIe，其中Ve为负荷所在线路的负荷侧的等效电压，为线电压等效值，le为负荷所在线路的 负荷侧的等效电流，为线电流等效值； (3) 根据所述总损耗增量Δ P和各负荷的功率不平衡度参数UP化1按照下述公式计算各 负荷的损耗增量A Pi，其公式为：
N为负荷数量； (4) 按照所述各负荷的损耗增量Δ Pi对输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量进行分 配，即将输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量按照所述各负荷的损耗增量A Pi对应分配 给各负荷。
[0015] 优选的，所述故障识别单元33包括： 第一识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流信息； 第二识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流位置信息； 判断单元，用于判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信 号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述故障报警单元，W使所述故障报警单元，将 所述位置信息发送给故障报警模块，W显示对应的支路发生故障。
[0016] 优选的，所述判断子单元包括:滤波器，用于通过预设的带通滤波器对所获取的所 述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的 电流信息;第一计算子器，用于对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的 电流信息的频率响应;第二计算器，用于获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值;逻 辑运算器，用于判断所述均值是否大于预设数值。
[0017] 优选的，所述信号获取单元通过无线网络获取经所述各种电压信息、电流信息和 位置信息。
[0018] 附图2示出了本发明的一种节能型输电线损耗和故障检测方法，该方法具体步骤 如下： 51. 实时收集输电线的监测点的电压、电流信息和位置信息，并将采集到的电压、电流 信息和位置信息传输到控制模块的信号采集单元； 52. 信号获取单元接收、存储并向线损计算单元和故障识别单元发送上述信息； 53. 线损计算单元根据上述来自信号获取单元的电流和电压信息进行线路损耗计算； 54. 故障识别单元根据当前各监测点的电流信息进行故障识别，如发现故障，则将故障 发送给故障报警单元。
[0019] 优选的，在步骤S3中采用如下方式计算线损： 531. 确定输电线因 Ξ相不平衡造成的总损耗增量Δ P; 532. 确定输电线Ξ相不平衡时各负荷的功率不平衡度参数UP化i，该各负荷的功率不 平衡度参数UP化1均按W下功率不平衡度参数IPR公式计算：
式中：s+=3v+r，其中r和r分别为负荷所在线路的负荷侧的电压和电流正序部分的 有效值，该正序部分可W被测量得到，也可W通过已有公式计算得到，其计算原理同下文提 到的正序电流分量Ii;e+为V+和Γ的相角差；
，该式中有效视在功率Se= 3VeIe，其中Ve为负荷所在线路的负 荷侧的等效电压，为线电压等效值，le为负荷所在线路的 负荷侧的等效电流，为线电流等效值； 533. 根据所述总损耗增量ΔΡ和各负荷的功率不平衡度参数UP化1按照下述公式计算 各负荷的损耗增量A Pi，其公式为：
N为负荷数量； 534. 按照所述各负荷的损耗增量Δ Pi对输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量进行 分配，即将输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量按照所述各负荷的损耗增量A Pi对应分 配给各负荷。
[0020] 优选的，在所述步骤S31中，因 Ξ相不平衡造成的总损耗增量Δ P的计算公式为：Δ p= Δ Pl+ A Pu+ A PFe，其中：A Pl为输电线因立相不平衡造成的线路损耗增量，其计算公式 为：APl = Pl^Pl，其中if为Ξ相不平衡时产生的线路损耗，Pl为Ξ相平衡时产生的线路损 耗；A Pfj为输电线因 Ξ相不平衡造成的变压器附加铜耗；Δ扣e为输电线因 Ξ相不平衡造成 的变压器附加铁耗。
[0021] 优选的，在步骤S3之前，先进一步地获取和计算输电线Ξ相不平衡时的输电线运 行数据，包括： 获取输电线路中的Ξ相电流IabE=[Ia Ib IcjT及输电线路始、末端的Ξ相电压Vabc = [VaOVboVcO]哺Va'bc=[Va'化'Vc']T，其中Ia，Ib，Ic分别为输电线路A，B，C相的电流实际值(实 际值指包括幅值和相角的值），VaO,化0，Vc0分别为输电线路A，B，C相的首端电压实际值，Va'， 化'，Vc'分别为输电线路A，B，C相的末端电压实际值； 通过公式Δ Vabc = Vabc-Va'bc = ZabcIabc计算线路的串联阻抗矩阵
若为未换相线路，通过变换矩阵
，其中a = cosl20°+i · sinl20°， i为虚数单位，及公式
计算得到Iqi2= [Ι0Ιι?2]τ和
，其中I〇、Il、l2分别为电流labc的零序、正序W及负序分量实际值;Ιο、 Ι?、?2也可通过测量得到； 若为完全换相线路，令Zaa = Ζ化=Zee = Zs，Zab = Zbc = Zca = Zm，则零序阻抗分量为Zoo = Zs +2Zm= Zo，正序阻抗分量为Zll = Zs-Zm= Zl，负序阻抗分量为 Z22 = Zs-Zm = Z2，Zoi = Z〇2 = Zl2 = Z21 = 0； 所述输电线路中的Ξ相电流IabE=[Ia Ib IcjT及输电线路始、末端的Ξ相电压Vabc = [VaOVboVcO ] T和Va ' be = [ Va ' Vb ' Vc ' ] T也可W通过测量电流、电压的各序分量值，再通过相应的 反向换算得到； 计算所述负序电流分量12的不平衡复系数
^及所述 零序电流分量I日的不平衡复系数
其中，m〇、m2分别为零序电 流分量1〇和负序电流分量12的复不平衡系数，δ〇、δι、δ2分别为零序、正序、负序电流分量的相 角部分，β〇、防为不平衡复系数的相角部分； 从变压器铭牌读取变压器的短路损耗参数Pd和空载损耗参数P〇，W及变压器一次侧额 定电流In和变压器一次侧额定电压化;获取运行时变压器一次侧A、B、C相的电流实际值Ια, Ιβ，Ic并换算得到其有效值变压器二次侦UA、B、C相的电流实际值Γ Α，Γβ，I'c并换 算得到其有效值:?，卷，幕:,切及变压器一次侧机端电压实际值Ua，化，化并换算得到其有效值 获取IaL、IbL、IcL和InL，其分别为负荷所在线路的负荷侧的A相、B相、C相和中性线中的 电流有效值，其中InL可直接测量得到，也可通过本领域公知公式求得； 获取负荷所在线路的负荷侧的A相、B相、C相电压有效值￥3、￥6、￥。及其对应线电压有效 值Vab、Vbc、Vea，计I
，其中Ry为星形连接的负载电阻，3&为；角形连接的负载电阻，防 和Ra根据实际负荷计算得到，算法为本领域公知技术。
[0022] 优选的，在步骤S4中，采用如下方法识别线路故障： 获取各监测点电流信息； 获取各监测点的位置信息； 判断获取的电流信息是否位于预设数值范围之外，所述信号处理器设定一个数值范 围，数值范围之内的电流值表示输电线处于正常工作状态，当采集的电流信息的数值位于 所述数值范围之外时，表示输电线的支路发生了故障，有可能短路或者断路。
[0023] 例如，记录每次采集的电流信息的数值大小，判断电流是否在变小或变大，并当电 流信息持续变小或变大的时间超过预设时间时，判断电网支路发生故障。
[0024] 再例如，所述记录每次采集的电流信息的数值大小，判断电流是否位于预设数值 范围之外，且在范围之外的时间是否超过预设时间，如果是，判断电网支路发生故障，如果 未超过预设时间，则不判定为电路支路发生故障，有效避免短时间内电流的变化而造成信 号处理器误判定为故障发生。
[0025]再例如，在发生电路短路接地时，会产生较多的多次谐波分量，例如5次谐波或 7次谐波，因此，可W通过检测电流信息中是否有谐波分量来检测电路是否短路，检测方式 可W采用如下:预设的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波 器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的电流信息。
[00%]当存在多次谐波时，谐波一般位于450化到1400化的频率之间，而没有谐波 时，电流频率一般为工频，即50Hz，因此通过一个带通滤波器将电流信号中的450化到 1400化之间的信号提取出来。而所述带通滤波器可W是一个数字带通滤波器，例如通带边 缘频率为450Hz和1400化的己特沃什滤波器，当然也可W是一个模拟带通滤波器。
[0027] W上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于运些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当 视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种输电线节能安全运行系统，该系统包括： 第一电压采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息，包括输电线 的首末端电压信息和位置信息； 第一电流采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息，包括输电线 的首末端电流信息和位置信息； 第二电压采集模块，用于实时采集发电设备的电压信息和位置信息； 第二电流采集模块，用于实时采集发电设备的电流信息和位置信息； 发电设备，用于向输电线提供有功和无功功率； 变压器，用于调节发电设备向输电线输出的电压； 损耗增量分配模块，用于将输电线的三相不平衡线路损耗增量进行分配，以保持输电 线路的平衡运行； 故障报警显示模块，用于显示输电线路故障报警信息； 输电线损耗和故障监控装置，包括:信号获取单元、线损计算单元、故障识别单元和故 障报警单元，其中： 信号获取单元分别从第一电压采样模块、第一电流采样模块、第二电压采样模块、第二 电流采样模块获取相关电压、电流信号，并把相应信号发送给故障识别单元和线损计算单 元； 故障识别单元与故障报警单元相连接； 线损计算单元和损耗增量模块分配模块连接。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线损计算单元，计算并分配三相不平衡 时的输电线损耗增量，具体计算方式如下： (1) 确定输电线因三相不平衡造成的总损耗增量AP; (2) 确定输电线三相不平衡时各负荷的功率不平衡度参数UPRLi，该各负荷的功率不平 衡度参数UPRLi均按以下功率不平衡度参数UPR公式计算：式中：S+ = 3VT，其中V+和Γ分别为负荷所在线路的负荷侧的电压和电流正序部分的有 效值，该正序部分可以被测量得到，也可以通过已有公式计算得到，其计算原理同下文提到 的正序电流分量Ii; Θ+为V+和Γ的相角差；该式中有效视在功率Se3 = 31L·，其中Ve3为负荷所在线路的负荷侧的等效电压，为线电压等效值，为负荷所在线路的 负荷侧的等效电流，为线电流等效值； (3) 根据所述总损耗增量△ P和各负荷的功率不平衡度参数UPRl1按照下述公式计算各 负荷的损耗增量A P1，其公式为：N为负荷数量； (4) 按照所述各负荷的损耗增量△ P1对输电线三相不平衡时的输电线损耗增量进行分 配，即将输电线三相不平衡时的输电线损耗增量按照所述各负荷的损耗增量A Pdt应分配 给各负荷。3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述故障识别单元包括： 第一识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流信息； 第二识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流位置信息； 判断单元，用于判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信 号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述故障报警单元，以使所述故障报警单元，将 所述位置信息发送给故障报警模块，以显示对应的支路发生故障。4. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述判断子单元包括:滤波器，用于通过预设 的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和 低端截止频率之间的剩余的电流信息；第一计算子器，用于对所述的剩余的电流信息作傅 里叶变化，获取所述的剩余的电流信息的频率响应;第二计算器，用于获取所述的剩余的电 流信息的频率响应的均值;逻辑运算器，用于判断所述均值是否大于预设数值。5. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号获取单元通过无线网络获取经所述 各种电压信息、电流信息和位置信息。
【专利摘要】本发明公开了一种输电线节能安全运行系统，该系统包括：第一电压采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息；第一电流采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息；第二电压采集模块，用于实时采集发电设备的电压信息和位置信息；二电流采集模块，用于实时采集发电设备的电流信息和位置信息；发电设备，用于向输电线提供有功和无功功率；变压器，用于调节发电设备向输电线输出的电压；损耗增量分配模块，用于将输电线的三相不平衡线路损耗增量进行分配；故障报警显示模块，用于显示输电线路故障报警信息；输电线损耗和故障监控装置。该系统可以及时准确的检测输电线的线路损耗增量和故障情况，实现输电线路节能安全运行。
【IPC分类】G01R31/08
【公开号】CN105486980
【申请号】CN201510989181
【发明人】万进
【申请人】万进
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月24日
【技术领域】
[0001] 本发明设一种输电线节能安全运行系统。
【背景技术】
[0002] 我国目前输电系统，存在着供电半径大、季节性负荷变动大、线路无功损耗大、功 率因数低、无功功率不能就地平衡等问题，特别是由于工业生产中大量的非线性、冲击性和 波动性负荷的存在给电网带来了日益严重的电能质量问题，严重的影响了电网的电压稳 定，威胁输电线和用户设备的正常运行。
[0003] Ξ相不平衡作为电能质量中的重点问题之一，也受到了广泛的关注，目前对于由 Ξ相不平衡造成的输电线损耗增量的计算方法已有较为成熟的研究，但关于将运些损耗增 量在负荷侧进行合理分配的研究还较为匿乏，且存在W下缺陷： 传统不平衡度的定义只考虑了电压，没有考虑电流。虽然电流可W通过电压与阻抗参 数求得，但是在不同环境、不同时间、不同运行状况下阻抗参数可能有很大变化，所W只考 虑电压的不平衡程度完全无法反应电流不平衡。
[0004] 此外，随着分布式发电技术的发展，越来越多的分布式电源(DG)接入输电线或构 成微网后接入输电线并网运行，运将导致输电线的分支数量进一步增加，网络结构更加复 杂，因此会增大故障发生概率。分布式电源的接入使得输电线有传统的福射型网络变为多 端电源网络，不仅网络结构和性质发生了改变，由于DG的存在使得故障发生后电气量变化 规律更加复杂，运给输电线的故障检测和隔离带来更大的挑战。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提供一种输电线节能安全运行系统，通过该系统，可W及 时准确的检测输电线的线路损耗增量和故障情况，实现输电线路节能安全运行。
[0006] 为了实现上述目的，发明提供一种输电线节能安全运行系统，该系统包括： 第一电压采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息，包括输电线 的首末端电压信息和位置信息； 第一电流采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息，包括输电线 的首末端电流信息和位置信息； 第二电压采集模块，用于实时采集发电设备的电压信息和位置信息； 第二电流采集模块，用于实时采集发电设备的电流信息和位置信息； 发电设备，用于向输电线提供有功和无功功率； 变压器，用于调节发电设备向输电线输出的电压； 损耗增量分配模块，用于将输电线的Ξ相不平衡线路损耗增量进行分配，W保持输电 线路的平衡运行； 故障报警显示模块，用于显示输电线路故障报警信息； 输电线损耗和故障监控装置，包括:信号获取单元、线损计算单元、故障识别单元和故 障报警单元，其中： 信号获取单元分别从第一电压采样模块、第一电流采样模块、第二电压采样模块、第二 电流采样模块获取相关电压、电流信号，并把相应信号发送给故障识别单元和线损计算单 元； 故障识别单元与故障报警单元相连接； 线损计算单元和损耗增量模块分配模块连接。
[0007]优选的，所述线损计算单元，计算并分配Ξ相不平衡时的输电线损耗增量，具体计 算方式如下： (1) 确定输电线因 Ξ相不平衡造成的总损耗增量AP; (2) 确定输电线Ξ相不平衡时各负荷的功率不平衡度参数UP化1，该各负荷的功率不平 衡度参数UP化1均按W下功率不平衡度参数IPR公式计算：
式中：s+=3v+r，其中r和r分别为负荷所在线路的负荷侧的电压和电流正序部分的 有效值，该正序部分可W被测量得到，也可W通过已有公式计算得到，其计算原理同下文提 到的正序电流分量Ii;e+为V+和Γ的相角差；
该式中有效视在功率Se = 3VeIe，其中Ve为负荷所在线路的负荷侧的等效电压，为线电压等效值，le为负荷所在线路的 负荷侧的等效电流，为线电流等效值； (3) 根据所述总损耗增量Δ P和各负荷的功率不平衡度参数UP化1按照下述公式计算各 负荷的损耗增量A Pi，其公式为：
N为负荷数量； (4) 按照所述各负荷的损耗增量Δ Pi对输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量进行分 配，即将输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量按照所述各负荷的损耗增量A Pi对应分配 给各负荷。
[000引优选的，所述故障识别单元包括： 第一识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流信息； 第二识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流位置信息； 判断单元，用于判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信 号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述故障报警单元，W使所述故障报警单元，将 所述位置信息发送给故障报警模块，W显示对应的支路发生故障。
[0009]优选的，所述判断子单元包括:滤波器，用于通过预设的带通滤波器对所获取的所 述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的 电流信息;第一计算子器，用于对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的 电流信息的频率响应;第二计算器，用于获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值;逻 辑运算器，用于判断所述均值是否大于预设数值。
[0010] 优选的，所述信号获取单元通过无线网络获取经所述各种电压信息、电流信息和 位置信息。
[0011] 本发明提供的一种输电线节能安全运行系统具有如下优点：（0可W基于实时获 取的输电线的多个节点的电压电流信息，实时分析判断输电线当前的线路损耗状态W及故 障情况。（2)可W实时报警显示故障的位置，并且可W在Ξ性不平衡运行状态下，合理分配 线损增量，使得输电线节能安全的运行。
【附图说明】
[0012] 图1示出了本发明的一种输电线节能安全运行系统的框图； 图2示出本发明的了一种节能型输电线损耗和故障检测方法。
【具体实施方式】
[0013] 图1示出了一种输电线节能安全运行系统，该系统包括： 第一电压采样模块1，用于实时采集输电线10的多点的电压信息和位置信息，包括输电 线10的首末端电压信息和位置信息； 第一电流采样模块2,用于实时采集输电线10的多点的电压信息和位置信息，包括输电 线10的首末端电流信息和位置信息； 第二电压采集模块6，用于实时采集发电设备8的电压信息和位置信息； 第二电流采集模块7，用于实时采集发电设备8的电流信息和位置信息； 发电设备8,用于向输电线提供有功和无功功率； 变压器9,用于调节发电设备向输电线10输出的电压； 损耗增量分配模块5，用于将输电线的Ξ相不平衡线路损耗增量进行分配，W保持输电 线路的平衡运行； 故障报警显示模块4，用于显示输电线路故障报警信息； 输电线损耗和故障监控装置3,包括:信号获取单元31、线损计算单元32、故障识别单元 33和故障报警单元34,其中： 信号获取单元31分别从第一电压采样模块1、第一电流采样模块2、第二电压采样模块 6、第二电流采样模块7获取相关电压、电流信号，并把相应信号发送给故障识别单元33和线 损计算单元32; 故障识别单元33与故障报警单元34相连接； 线损计算单元32和损耗增量模块分配模块4连接。
[0014] 优选的，所述线损计算单元，计算并分配Ξ相不平衡时的输电线损耗增量，具体计 算方式如下： (1) 确定输电线因 Ξ相不平衡造成的总损耗增量AP; (2) 确定输电线Ξ相不平衡时各负荷的功率不平衡度参数UP化1，该各负荷的功率不平 衡度参数UP化1均按W下功率不平衡度参数IPR公式计算：
式中：s+=3v+r，其中r和r分别为负荷所在线路的负荷侧的电压和电流正序部分的 有效值，该正序部分可w被测量得到，也可w通过已有公式计算得到，其计算原理同下文提 到的正序电流分量ii;e+为r和r的相角差；
该式中有效视在功率Se= 3VeIe，其中Ve为负荷所在线路的负荷侧的等效电压，为线电压等效值，le为负荷所在线路的 负荷侧的等效电流，为线电流等效值； (3) 根据所述总损耗增量Δ P和各负荷的功率不平衡度参数UP化1按照下述公式计算各 负荷的损耗增量A Pi，其公式为：
N为负荷数量； (4) 按照所述各负荷的损耗增量Δ Pi对输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量进行分 配，即将输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量按照所述各负荷的损耗增量A Pi对应分配 给各负荷。
[0015] 优选的，所述故障识别单元33包括： 第一识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流信息； 第二识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流位置信息； 判断单元，用于判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信 号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述故障报警单元，W使所述故障报警单元，将 所述位置信息发送给故障报警模块，W显示对应的支路发生故障。
[0016] 优选的，所述判断子单元包括:滤波器，用于通过预设的带通滤波器对所获取的所 述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的 电流信息;第一计算子器，用于对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的 电流信息的频率响应;第二计算器，用于获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值;逻 辑运算器，用于判断所述均值是否大于预设数值。
[0017] 优选的，所述信号获取单元通过无线网络获取经所述各种电压信息、电流信息和 位置信息。
[0018] 附图2示出了本发明的一种节能型输电线损耗和故障检测方法，该方法具体步骤 如下： 51. 实时收集输电线的监测点的电压、电流信息和位置信息，并将采集到的电压、电流 信息和位置信息传输到控制模块的信号采集单元； 52. 信号获取单元接收、存储并向线损计算单元和故障识别单元发送上述信息； 53. 线损计算单元根据上述来自信号获取单元的电流和电压信息进行线路损耗计算； 54. 故障识别单元根据当前各监测点的电流信息进行故障识别，如发现故障，则将故障 发送给故障报警单元。
[0019] 优选的，在步骤S3中采用如下方式计算线损： 531. 确定输电线因 Ξ相不平衡造成的总损耗增量Δ P; 532. 确定输电线Ξ相不平衡时各负荷的功率不平衡度参数UP化i，该各负荷的功率不 平衡度参数UP化1均按W下功率不平衡度参数IPR公式计算：
式中：s+=3v+r，其中r和r分别为负荷所在线路的负荷侧的电压和电流正序部分的 有效值，该正序部分可W被测量得到，也可W通过已有公式计算得到，其计算原理同下文提 到的正序电流分量Ii;e+为V+和Γ的相角差；
，该式中有效视在功率Se= 3VeIe，其中Ve为负荷所在线路的负 荷侧的等效电压，为线电压等效值，le为负荷所在线路的 负荷侧的等效电流，为线电流等效值； 533. 根据所述总损耗增量ΔΡ和各负荷的功率不平衡度参数UP化1按照下述公式计算 各负荷的损耗增量A Pi，其公式为：
N为负荷数量； 534. 按照所述各负荷的损耗增量Δ Pi对输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量进行 分配，即将输电线Ξ相不平衡时的输电线损耗增量按照所述各负荷的损耗增量A Pi对应分 配给各负荷。
[0020] 优选的，在所述步骤S31中，因 Ξ相不平衡造成的总损耗增量Δ P的计算公式为：Δ p= Δ Pl+ A Pu+ A PFe，其中：A Pl为输电线因立相不平衡造成的线路损耗增量，其计算公式 为：APl = Pl^Pl，其中if为Ξ相不平衡时产生的线路损耗，Pl为Ξ相平衡时产生的线路损 耗；A Pfj为输电线因 Ξ相不平衡造成的变压器附加铜耗；Δ扣e为输电线因 Ξ相不平衡造成 的变压器附加铁耗。
[0021] 优选的，在步骤S3之前，先进一步地获取和计算输电线Ξ相不平衡时的输电线运 行数据，包括： 获取输电线路中的Ξ相电流IabE=[Ia Ib IcjT及输电线路始、末端的Ξ相电压Vabc = [VaOVboVcO]哺Va'bc=[Va'化'Vc']T，其中Ia，Ib，Ic分别为输电线路A，B，C相的电流实际值(实 际值指包括幅值和相角的值），VaO,化0，Vc0分别为输电线路A，B，C相的首端电压实际值，Va'， 化'，Vc'分别为输电线路A，B，C相的末端电压实际值； 通过公式Δ Vabc = Vabc-Va'bc = ZabcIabc计算线路的串联阻抗矩阵
若为未换相线路，通过变换矩阵
，其中a = cosl20°+i · sinl20°， i为虚数单位，及公式
计算得到Iqi2= [Ι0Ιι?2]τ和
，其中I〇、Il、l2分别为电流labc的零序、正序W及负序分量实际值;Ιο、 Ι?、?2也可通过测量得到； 若为完全换相线路，令Zaa = Ζ化=Zee = Zs，Zab = Zbc = Zca = Zm，则零序阻抗分量为Zoo = Zs +2Zm= Zo，正序阻抗分量为Zll = Zs-Zm= Zl，负序阻抗分量为 Z22 = Zs-Zm = Z2，Zoi = Z〇2 = Zl2 = Z21 = 0； 所述输电线路中的Ξ相电流IabE=[Ia Ib IcjT及输电线路始、末端的Ξ相电压Vabc = [VaOVboVcO ] T和Va ' be = [ Va ' Vb ' Vc ' ] T也可W通过测量电流、电压的各序分量值，再通过相应的 反向换算得到； 计算所述负序电流分量12的不平衡复系数
^及所述 零序电流分量I日的不平衡复系数
其中，m〇、m2分别为零序电 流分量1〇和负序电流分量12的复不平衡系数，δ〇、δι、δ2分别为零序、正序、负序电流分量的相 角部分，β〇、防为不平衡复系数的相角部分； 从变压器铭牌读取变压器的短路损耗参数Pd和空载损耗参数P〇，W及变压器一次侧额 定电流In和变压器一次侧额定电压化;获取运行时变压器一次侧A、B、C相的电流实际值Ια, Ιβ，Ic并换算得到其有效值变压器二次侦UA、B、C相的电流实际值Γ Α，Γβ，I'c并换 算得到其有效值:?，卷，幕:,切及变压器一次侧机端电压实际值Ua，化，化并换算得到其有效值 获取IaL、IbL、IcL和InL，其分别为负荷所在线路的负荷侧的A相、B相、C相和中性线中的 电流有效值，其中InL可直接测量得到，也可通过本领域公知公式求得； 获取负荷所在线路的负荷侧的A相、B相、C相电压有效值￥3、￥6、￥。及其对应线电压有效 值Vab、Vbc、Vea，计I
，其中Ry为星形连接的负载电阻，3&为；角形连接的负载电阻，防 和Ra根据实际负荷计算得到，算法为本领域公知技术。
[0022] 优选的，在步骤S4中，采用如下方法识别线路故障： 获取各监测点电流信息； 获取各监测点的位置信息； 判断获取的电流信息是否位于预设数值范围之外，所述信号处理器设定一个数值范 围，数值范围之内的电流值表示输电线处于正常工作状态，当采集的电流信息的数值位于 所述数值范围之外时，表示输电线的支路发生了故障，有可能短路或者断路。
[0023] 例如，记录每次采集的电流信息的数值大小，判断电流是否在变小或变大，并当电 流信息持续变小或变大的时间超过预设时间时，判断电网支路发生故障。
[0024] 再例如，所述记录每次采集的电流信息的数值大小，判断电流是否位于预设数值 范围之外，且在范围之外的时间是否超过预设时间，如果是，判断电网支路发生故障，如果 未超过预设时间，则不判定为电路支路发生故障，有效避免短时间内电流的变化而造成信 号处理器误判定为故障发生。
[0025]再例如，在发生电路短路接地时，会产生较多的多次谐波分量，例如5次谐波或 7次谐波，因此，可W通过检测电流信息中是否有谐波分量来检测电路是否短路，检测方式 可W采用如下:预设的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波 器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的电流信息。
[00%]当存在多次谐波时，谐波一般位于450化到1400化的频率之间，而没有谐波 时，电流频率一般为工频，即50Hz，因此通过一个带通滤波器将电流信号中的450化到 1400化之间的信号提取出来。而所述带通滤波器可W是一个数字带通滤波器，例如通带边 缘频率为450Hz和1400化的己特沃什滤波器，当然也可W是一个模拟带通滤波器。
[0027] W上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于运些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当 视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种输电线节能安全运行系统，该系统包括： 第一电压采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息，包括输电线 的首末端电压信息和位置信息； 第一电流采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息，包括输电线 的首末端电流信息和位置信息； 第二电压采集模块，用于实时采集发电设备的电压信息和位置信息； 第二电流采集模块，用于实时采集发电设备的电流信息和位置信息； 发电设备，用于向输电线提供有功和无功功率； 变压器，用于调节发电设备向输电线输出的电压； 损耗增量分配模块，用于将输电线的三相不平衡线路损耗增量进行分配，以保持输电 线路的平衡运行； 故障报警显示模块，用于显示输电线路故障报警信息； 输电线损耗和故障监控装置，包括:信号获取单元、线损计算单元、故障识别单元和故 障报警单元，其中： 信号获取单元分别从第一电压采样模块、第一电流采样模块、第二电压采样模块、第二 电流采样模块获取相关电压、电流信号，并把相应信号发送给故障识别单元和线损计算单 元； 故障识别单元与故障报警单元相连接； 线损计算单元和损耗增量模块分配模块连接。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线损计算单元，计算并分配三相不平衡 时的输电线损耗增量，具体计算方式如下： (1) 确定输电线因三相不平衡造成的总损耗增量AP; (2) 确定输电线三相不平衡时各负荷的功率不平衡度参数UPRLi，该各负荷的功率不平 衡度参数UPRLi均按以下功率不平衡度参数UPR公式计算：式中：S+ = 3VT，其中V+和Γ分别为负荷所在线路的负荷侧的电压和电流正序部分的有 效值，该正序部分可以被测量得到，也可以通过已有公式计算得到，其计算原理同下文提到 的正序电流分量Ii; Θ+为V+和Γ的相角差；该式中有效视在功率Se3 = 31L·，其中Ve3为负荷所在线路的负荷侧的等效电压，为线电压等效值，为负荷所在线路的 负荷侧的等效电流，为线电流等效值； (3) 根据所述总损耗增量△ P和各负荷的功率不平衡度参数UPRl1按照下述公式计算各 负荷的损耗增量A P1，其公式为：N为负荷数量； (4) 按照所述各负荷的损耗增量△ P1对输电线三相不平衡时的输电线损耗增量进行分 配，即将输电线三相不平衡时的输电线损耗增量按照所述各负荷的损耗增量A Pdt应分配 给各负荷。3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述故障识别单元包括： 第一识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流信息； 第二识别子单元，用于提取并识别来自信号获取单元的输电电流位置信息； 判断单元，用于判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信 号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述故障报警单元，以使所述故障报警单元，将 所述位置信息发送给故障报警模块，以显示对应的支路发生故障。4. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述判断子单元包括:滤波器，用于通过预设 的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和 低端截止频率之间的剩余的电流信息；第一计算子器，用于对所述的剩余的电流信息作傅 里叶变化，获取所述的剩余的电流信息的频率响应;第二计算器，用于获取所述的剩余的电 流信息的频率响应的均值;逻辑运算器，用于判断所述均值是否大于预设数值。5. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号获取单元通过无线网络获取经所述 各种电压信息、电流信息和位置信息。
【专利摘要】本发明公开了一种输电线节能安全运行系统，该系统包括：第一电压采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息；第一电流采样模块，用于实时采集输电线的多点的电压信息和位置信息；第二电压采集模块，用于实时采集发电设备的电压信息和位置信息；二电流采集模块，用于实时采集发电设备的电流信息和位置信息；发电设备，用于向输电线提供有功和无功功率；变压器，用于调节发电设备向输电线输出的电压；损耗增量分配模块，用于将输电线的三相不平衡线路损耗增量进行分配；故障报警显示模块，用于显示输电线路故障报警信息；输电线损耗和故障监控装置。该系统可以及时准确的检测输电线的线路损耗增量和故障情况，实现输电线路节能安全运行。
【IPC分类】G01R31/08
【公开号】CN105486980
【申请号】CN201510989181
【发明人】万进
【申请人】万进
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月24日
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