智能變電站測(cè)量技術(shù)淺析

國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司 趙思宇 郭定海

1 引言

智能變電站是構(gòu)成智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其技術(shù)研究工程應(yīng)用技術(shù)等已經(jīng)成為智能電網(wǎng)發(fā)展的重要課題。智能電網(wǎng)需要六個(gè)方面的支持，一是靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，二是高度開(kāi)放的通信系統(tǒng)，三是傳感技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的支持，四是智能化的電力電子設(shè)備及儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，五是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)，六是智能專家系統(tǒng)的研制[1]。這其中以電子式互感器及合并單元作為智能變電站的關(guān)鍵設(shè)備。隨著數(shù)字化時(shí)代的來(lái)臨，智能變電站的發(fā)展成為必然的趨勢(shì)，電子式互感器的研究將會(huì)更加深入。

2 智能變電站量測(cè)技術(shù)介紹

2.1 電網(wǎng)測(cè)量技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

智能變電站對(duì)所有設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)集約控制，主要是由于合并單元的作用，通過(guò)數(shù)字通信，站控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全站智能化[2]。通過(guò)合并單元，能夠從電子式互感器精確地獲取數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 電子式互感器的分類

根據(jù)原理可以將電子式互感器分為無(wú)源式和有源式兩種。無(wú)源電子式互感器高壓側(cè)傳感頭部分不需要供電電源，而有源式需要。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

無(wú)源電子式互感器傳感頭部分含有復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，不夠穩(wěn)定，且受環(huán)境因素影響嚴(yán)重，這是制約其發(fā)展的一個(gè)因素，但其傳感頭無(wú)需供電電源，整個(gè)系統(tǒng)相比較而言線性度也較好。無(wú)源電子式互感器測(cè)量電壓值主要是利用了電容分壓器以及電阻分壓器[3]。當(dāng)前的智能變電站常用的測(cè)量系統(tǒng)主要有兩種，一種是電子式互感器結(jié)合合并單元，一種是傳統(tǒng)互感器結(jié)合合并單元。

圖2 電子式互感器數(shù)字接口合并單元的框圖智能量測(cè)系統(tǒng)的校驗(yàn)原理

2.3 合并單元的介紹

合并單元同步采集多路電壓電流信號(hào)后按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送給測(cè)控設(shè)備。其原理如圖2所示。EVTa表示A相電子式電壓互感器，ECTa表示A相電子式電流互感器，SC表示二次轉(zhuǎn)換器。合并單元的功能模塊第一個(gè)是同步功能模塊，主要起到同步的作用。第二個(gè)是多路數(shù)據(jù)采集處理功能模塊，可以將同一時(shí)刻不同協(xié)議的三相電流電壓傳感器的多組信號(hào)值轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)幀。第三個(gè)是數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，作用是將采集的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給測(cè)量裝置。

在線檢驗(yàn)系統(tǒng)分為三個(gè)部分，包括標(biāo)準(zhǔn)通道，被校驗(yàn)通道，以及校驗(yàn)平臺(tái)。被校驗(yàn)的電流互感器以及標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的輸出分別通過(guò)各自的通道輸出到校驗(yàn)平臺(tái)。教研平臺(tái)同時(shí)得到兩列對(duì)比信號(hào)，通過(guò)計(jì)算幅值和相位的誤差來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)的電子式電流互感器校驗(yàn)和電子式電壓互感器的校驗(yàn)是一樣的，采用采集比較法進(jìn)行，通過(guò)升壓器使得測(cè)量值變大，施加電壓后在電子式互感器的采集口采集數(shù)字量，再通過(guò)合并單元采用同一時(shí)鐘同步，對(duì)比誤差進(jìn)行校驗(yàn)。

3 電子式互感器諧波分析

由于現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾比較嚴(yán)重，將會(huì)對(duì)一次電流測(cè)量造成干擾，主要表現(xiàn)為簡(jiǎn)諧波成分多，甚至可能會(huì)引起頻率波動(dòng)等現(xiàn)象。同時(shí)這也會(huì)對(duì)傅里葉變換的結(jié)果造成一些影響[4]。要想準(zhǔn)確獲取傳感頭輸出信號(hào)的基頻參數(shù)則必須進(jìn)行算法上的改進(jìn)。

3.1 加窗FFT插值算法

傳統(tǒng)的單峰譜線修正算法能夠在一定程度上進(jìn)行補(bǔ)償，但是當(dāng)選擇解析式是復(fù)雜的窗函數(shù)時(shí)，結(jié)果將會(huì)較大地偏離真實(shí)值。因此在插值法的基礎(chǔ)上有學(xué)者提出雙峰譜線修正算法，通過(guò)兩根譜線的加權(quán)平均來(lái)修正幅值[5]，該方法利用距諧波頻點(diǎn)最近的兩個(gè)離散頻譜幅值估計(jì)出待求諧波幅值，同時(shí)利用多項(xiàng)式逼近的方式獲得修正計(jì)算公式。

3.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波分析

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖3所示。文獻(xiàn)[6]是基于三角基函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，可以獲得電力系統(tǒng)的基波頻率及各次諧波的幅值和相位，該方法不事先采用加窗的FFT插值算法，其直接運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算基波及各次諧波的幅值和相位。

圖3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)對(duì)智能電網(wǎng)中的智能體系進(jìn)行了介紹，對(duì)電子式互感器的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)及校驗(yàn)中的諧波分析進(jìn)行了研究，并提出了解決復(fù)雜諧波的方法。今后的重點(diǎn)研究方向應(yīng)該是合并單元的設(shè)計(jì)，檢定技術(shù)的研究以及智能算法的探索。