CN104698320A - 电力输配电线路电气参数在线测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力输配电线路电气参数在线测量装置及方法，包括多个测量单元，每个测量单元均通过数据集中器与主站***通信，测量单元之间通过时钟同步单元进行时间同步，测量单元每隔设定时间通过一次CT即电流互感器及一次PT即电压互感器采集在同一时间点下相应测量点同步相量数据，所述测量单元还通过量程切换电路与测量电流传感器和保护电流传感器相连，利用量程切换电路在线路出现故障时仍能记录对应的波形，测量单元将采集数据通过数据集中器发送至主站***。本发明采用专属于配电***的同步相量测量终端DPMU，提升了配电网络数据采集的实时性与准确性。

Description

电力输配电线路电气参数在线测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电力***运行技术领域，尤其涉及一种电力输配电线路电气参数在线测量装置及方法。

背景技术

电力***运行、分析人员对电网特性的把握依赖于基于电网模型的实时监测分析。准确的电网参数是形成准确的电网模型进行电力***计算的基础。因此，提高电网参数的准确性和可靠性，对特大电网的安全稳定运行具有重大意义。

鉴于每条线路具体情况不同，而输电线路尤其是220kV及以上电压等级线路几乎都有与之平行走向或同杆架设的运行线路，这给输电线路的参数测量带来很大干扰和困难。由于影响因素较多，加之设计理论计算中或多或少考虑欠周全，可能造成线路实际参数与设计参数相差较大，进而影响状态估计、潮流计算、网损分析、故障分析和继电保护整定计算的准确率和计算结果的可靠性。所以DL/T584－95《3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程》和DL/T559－94《220kV～500kV电网继电保护装置运行整定规程》要求110千伏以上线路都要提供工频参数实测值，以提高电网运行参数的可靠性和准确度为基础，保证基于电网运行参数的电力***多个环节的计算、研究与分析工作。

在线路参数实测工作中，由于线路过长、测量装置容量不足或者平行线路互感等因素的影响，线路停电测量方式取得的实测参数经常与理论值相差较大，因而准确性被质疑。另外，目前的线路参数实测装置在测量过程中需要线路停电，110kV及以上线路停电会使电网结构变得薄弱，因此，电网运行管理部门需要一种更为准确的、在线的线路实测装置。

总而言之，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题是：如何在输配电***正常运行情况下找到一种工作全面，高效的装置及方法来实现输配电线路的实时在线测量。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了电力输配电线路电气参数在线测量装置及方法，本发明对输配电线路进行实时的在线测量，它具有能实时监测线路阻抗，结构设计合理，实用性强，成本低，工作效率高的优点。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

电力输配电线路电气参数在线测量装置，包括多个测量单元，每个测量单元均通过数据集中器与主站***通信，测量单元之间通过时钟同步单元进行时间同步，测量单元每隔设定时间通过一次CT即电流互感器及一次PT即电压互感器采集在同一时间点下相应测量点同步相量数据，所述测量单元还通过量程切换电路与测量电流传感器和保护电流传感器相连，利用量程切换电路在线路出现故障时仍能记录对应的波形，测量单元将采集数据通过数据集中器发送至主站***。

所述时钟同步单元用于为测量单元提供准确的时钟，包括FPGA控制器、授时模块、恒温晶振、光发射器及光接收器；所述恒温晶振用于为FPGA控制器提供稳定的时钟，所述FPGA控制器与授时模块进行通信，授时模块通过授时天线获得测量单元的时钟，授时模块通过串口将精确到秒级别的时间、坐标信息发送至FPGA控制器，将精确到纳秒级别的准确时间通过Plush脉冲信号进行标定后发送至FPGA控制器，FPGA控制器再将时钟信号通过光发射器发送给测量单元，所述光接收器用于在授时天线架设不方便的情况下接收外界标准的时钟信号并传送至FPGA控制器。

所述授时模块根据应用选择GPS模式、北斗模式或GPS+北斗模式这三种模式中的一种。

所述测量单元包括DSP控制器、AD转换器及网络控制器；光接收器用于接收时钟同步单元发出的时钟信号，所述DSP控制器与网络控制器通信，网络控制器为W5100型网络接口芯片，网络控制器与RJ45接口通信，RJ45接口通过网线、WIFI或3G对外通信；

所述DSP控制器与SD卡进行通信；DSP控制器输入端还与AD转换器相连，AD转换器接收的信号是外部一次CT与PT获取的线路电压电流模拟量。

所述DSP控制器对数字量的输入通过光电隔离后进行接收，对数字量输出通过光电隔离后进行输出；所述DSP控制器还与光接收器及光发射器相连。

所述AD转换器通过量程切换电路与测量CT和保护CT相连，测量CT通过第一并联电路与AD转换器的一路相连，第一并联电路包括两个并联单元，每个并联单元包括相串联的放大器与拨码开关；测量CT及保护CT分别通过拨码开关与第二并联电路相连，第二并联电路与第一并联电路结构相同。

所述多个测量单元分别安装在电力线路的两端，每一端的电力线路的测量单元均通过数据集中器与主站***相连。

测量单元用于完成电力输配电线路的参数采集，该输配电线路参数主要包括线路两端的三相电压及电流同步相量数据。一个时钟同步单元可以连接六个测量单元，如需级联更多的测量单元，光发射器用于向级联测量单元发射时钟信号。测量CT和保护CT是测量装置里面的二次CT，非变电站一次CT。这里的一次不是CT的一次侧，而是指的是变电站一次电气范围或者控制保护装置所属的二次电气范围。

电力输配电线路电气参数在线测量方法：具体工作步骤如下：

步骤一：在线路两端分别安装测量单元，分别获取线路两端的电流、电压同步相量数据，电流、电压同步相量数据通过数据集中器传送至主站***；

步骤二：主站***接收两端测量的带有准确时标的相角、幅值、频率数据并进行存储；

步骤三：通过测得的线路两端的数据计算出该条线路的正序π型等值参数和零序阻抗。

所述步骤一的具体步骤为：

(1-1)数据采集终端DPMU作为测量单元安装在线路两端；

(1-2)通过GPS同步时钟单元提供的时标在同一时间点下采集相应节点的同步相量数据并向主站***传输；

所述步骤三的正序π型等值参数计算的具体步骤为：

(3-1)采用基于分布参数模型建立输电线路π型等值电路；

(3-2)根据序分量法，由线路两端的同步电压与电流相量参数求得正序的电压与电流相量；

所述步骤三的零序阻抗计算的具体步骤为：

(3-11)建立双回输电线路零序互感集中参数模型；

(3-12)根据线路电气参数测量装置的测量单元测得的线路两端的零序电压、电流及通过开路试验得到的线路导纳得到零序自阻抗及零序互阻抗。

正序的电压与电流相量计算时：根据均匀传输线理论，若已知线路长度为l，可得首端正序电压和电流与末端正序电压和电流的关系如式(1)所示：

$\left[\begin{array}{c}{U}_1\\ I_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\γl}& \mathrm{Zc}\sinh \mathrm{\γl}\\ \sinh \mathrm{\γl}& \cos \mathrm{\γl}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_2\\ I_2\end{array}\right]---\left(1\right)$

由上式可求出线路正序传播常数γ_l，正序波阻抗Z_cl：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\γ}}_1=\frac{1}{l}{\cosh }^{-1}\frac{U_1{I}_1+U_2{I}_2}{U_1{I}_2+U_2{I}_1}\\ Z_{C1}=\sqrt{\frac{U_2^2-U_1^2}{I_2^2-I_1^2}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

由计算出的线路传播常数γ_l和波阻抗Z_cl即可求出输电线路的正序阻抗和导纳如下：

Z_l＝Z_clγ_l  (3)

$Y_1=\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{Z_{c1}}---\left(4\right)$

上述公式中：l为输电线路的长度；U₁为线路首端正序电压；I_l为线路首端正序电流；U₂为线路末端正序电压；I₂为线路末端正序电流；γ_l为输电线路正序传播常数；Z_cl即为输电线路正序波阻抗；

若能得到同一时刻输电线路两端的正序电压和正序电流，则可通过公式(3)和公式(4)求出输电线路的正序参数，输电线路的正序参数包括：正序电阻、正序电抗、正序电导、正序电纳。

双回输电线路零序互感集中参数模型：得到：

$\left[\begin{array}{c}{U}_{a10}-U_{a20}\\ U_{b10}-U_{b20}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Z}_{a0}& Z_{m0}\\ Z_{m0}& Z_{b0}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{a10}-U_{a10}\frac{Y_{a0}}{2}\\ I_{b10}-U_{b10}\frac{Y_{b0}}{2}\end{array}\right]---\left(5\right)$

对式(5)进行简化，得

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔU}}_{a0}\\ {\mathrm{\ΔU}}_{b0}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Z}_{a0}& Z_{m0}\\ Z_{m0}& Z_{b0}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{a0}\\ I_{b0}\end{array}\right]---\left(6\right)$

其中，ΔU_a0＝U_a10-U_a20；ΔU_b0＝U_b10-U_b20；

$I_{a0}=I_{a10}-U_{a10}\frac{Y_{a0}}{2};I_{b0}=I_{b10}-U_{b10}\frac{Y_{b0}}{2}.$

实际中，平行架设双回线路中两条线路的自阻抗十分接近，即Z_a0≈Z_b0。由式(6)得双回线每公里零序自阻抗及零序互阻抗计算如下：

$Z_{a0}=Z_{b0}=\frac{1}{l}\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{a0}{I}_{a0}-{\mathrm{\ΔU}}_{b0}{I}_{b0}}{{I_{a0}}^2-{I_{b0}}^2}---\left(7\right)$

$Z_{m0}=\frac{1}{l}\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{a0}{I}_{b0}-{\mathrm{\ΔU}}_{b0}{I}_{b0}}{{I_{b0}}^2-{I_{a0}}^2}---\left(8\right)$

上述公式中：l为双回输电线路的长度；U_a10、U_a20分别为线路a首端零序电压、线路a末端零序电压；U_b10、U_b20分别为线路b首端零序电压、线路b末端零序电压；I_a10为线路a首端零序电流；I_b10为线路b首端零序电流；Z_a0为线路a零序自阻抗；Z_b0为线路b零序自阻抗；Z_m0为双回线零序互感；Y_a0为线路a零序导纳；Y_b0为线路b零序导纳。

线路两端的零序电压、电流均可通过线路电气参数测量装置的测量单元得到，线路导纳可通过开路试验得到，因此，只需在双回线的其中一条线路产生零序电流，即可测量出双回线路的零序参数。产生零序电流的方式包括短时切除某一相的补偿装置、线路检修时外加注入电流以及其他人为产生零序干扰方式。

本发明在可靠性设计过程中，充分考虑影响装置运行的因素。

在PCB设计方面采用抗***件，使用瞬态抑制二极管和压敏电阻来吸收浪涌电压；在电源部分采用工模扼流圈抑制电源带来的噪声；使用线路滤波器等滤除一定频段的干扰信号；用电阻器、电容器、电感器等元件的组合对干扰电压或电流进行旁路、吸收、隔离、滤除、去耦等处理。对电容器的选用和安装来说，使用优质钽电容和陶瓷电容配合的方式滤除高低频率干扰。

在电路布局方面采用将模拟量和数字量进行隔离的方案，采用不同的电源供电，减小器件之间的相互干扰。同时将高频元件与易受干扰元件进行分离布局。装置采用高电导率、高磁通率的屏蔽机箱，可以有效屏蔽外部开关动作时产生的强烈的电磁干扰。将机箱的地脚螺栓紧固并加乳胶海绵、隔振橡胶等来达到减振效果。

上位机具有数据的存储和处理功能，具有对数据进行进一步分析和处理的功能，可以结合相关计算进行灵活配置，此外，软件具有波形显示功能，方便将相应的波形进行显示。

本发明的有益效果：

1本发明采用专属于配电***的同步相量测量终端DPMU，提升了配电网络数据采集的实时性与准确性。

2本发明的线路参数实时测量方法比常规的线路参数整定计算方法更加准确，为***分析提供准的数据基础。

3能够实现离线、在线两种方式运行。

4能够保存历史动作、数据。

附图说明

图1为本发明的装置整体架构；

图2为本发明的时钟同步单元结构；

图3为本发明的采集单元结构图；

图4为本发明的通道切换设计图；

图5为本发明的线路参数测量示意图；

图6为本发明的上位机软件界面；

图7为本发明的正序参数模型；

图8(a)-图8(b)为本发明的双回线路零序参数模型。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种电力输配电线路电气参数在线测量装置，主要包括主站计算机以及配套的新型同步相量测量装置。该新型同步相量测量装置由时钟同步单元、测量单元、数据集中器等三部分组成。其中时钟同步单元配置高精度授时芯片，为测量单元提供准确的时钟，测量单元与时钟同步单元之间利用光纤进行同步，测量单元与数据集中器通过以太网进行连接，数据集中器负责对数据进行运算、处理、分析、转发等工作。

时钟同步单元主要由FPGA控制器、授时模块、恒温晶振、光发射器等部分组成。

FPGA控制器的主要任务是维持装置内的时钟，一方面对GPS秒脉冲信号进行细分生成12.8KHz的同步采集脉冲，另一方面，在GPS因环境或其他因素丢失时钟信号时维持装置的准确时钟。为了保证时钟的精度，使用恒温晶振为FPGA控制器提供稳定的时钟，在装置守时方面与传统有源晶振相比性能可以提高50倍。此处的控制器选用FPGA控制器是考虑到FPGA控制器的相应速度快的优点，使用普通的CPU，在外部触发事件发生后需要将当前运行数据压入堆栈，再处理相应中断处理函数，由于这个过程在不同的时刻触发时所使用的时间是不同的，因此会给时钟带来较大偏差。

授时模块为UM220模块，通过其获取该发明装置时钟，该模块的授时精度可达到100ns，此时钟精度完全能够满足对相角测量的要求。该模块输出时间信息的型式为串口数据+脉冲信号的格式，通过串口将精确到秒级别的时间、坐标等信息发送至FPGA控制器、精确到纳秒级别的准确时间通过Plush脉冲信号进行标定，保证时间的绝对精确。该授时模块兼容GPS和北斗两种授时方式，用户可以根据应用选择GPS模式、北斗模式、GPS+北斗模式这三种模式。

测量单元由DSP控制器、AD转换器、网络控制器、数字量输入输出电路、光接收器、光发射器等部分组成。

DSP控制器采用美国德州仪器公司生产的TMS320F28335型高性能32位处理器，该处理器内部集成硬件浮点处理单元(FPU)，可以大大提高对浮点数据的运算能力，以此可以解决在计算相角时的快速傅里叶变换(FFT)中的大量浮点运算。此外该处理器具有丰富的外部接口可以和多个外部设备进行通信，其中SCIA负责与FPGA交互时标信息、时间偏差信息等；SCIB负责通过MAX232或RS485与外部主机通信；SPI负责与内部大容量SD卡存储进行通信，负责数据的存储功能；通用地址和数据总线与以太网控制进行通信，将数据通过以太网进行传输，将计算出的相角信息、幅值信息发送至服务器主机。

网络控制器，DSP控制器每20ms计算一次三相电压及电流的相角和幅值，并将计算出的数据通过以太网发送到服务器端。装置使用W5100型网络接口芯片，该芯片内部集成TCP/IP协议栈，其支持的协议有TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP、PPPoE等，使用该芯片可以简化数据通信结构设计，免去TCP/IP协议的移植过程。芯片与处理器之间的通信方式有SPI和并行两种。考虑到传输的数据量等方面的内容，保证传输速度DSP与网络芯片采用并行总线的通信方式，在此种模式下最高网络传输速度可以到100Mpbs，能够满足装置对网络通信的速度要求。网络对外接口采用RJ45接口，通过该接口可以传输方式可以选择网线、WIFI、3G等。数据的上传频率用户可以灵活设置(1、5、10、25、50)次/秒。

模数转换器，作为同步向量测量装置，对模拟量采集的精度和采集时刻的控制都有很高的要求，因此在本装置中采用16位8通道同步采样模数转换器AD7606。该芯片内部含有二阶抗混叠滤波器，通过该滤波器可以有效的滤除高频干扰，使测量的相角信息更加准确。此外，该芯片可以完成8通道的绝对同步采样，这样可以保证各相采集时刻的绝对统一，从设计结构上减小相角误差。由于装置中FPGA的时钟最为精准，因此AD转换器的开始转换触发信号由FPGA提供，AD转换完成后其Busy信号会发生跳变，DSP控制器检测到Busy信号后开始通过16位的并行总线对转换数据进行读取。

量程切换电路中，考虑到测量信号的输入范围，在线路出现故障时仍能记录对应的波形，对AD转换器来说在故障时测量信号不能满偏，因此在电路上需要考虑多通道切换的问题。放大电路的放大倍数可以通过拨码开关进行配置，用户可以通过调整拨码开关实现对测量CT和保护CT的配置，针对保护CT还可以实现量程的自动切换，此时，通过两路AD采集同一路信号，K1、K3、K6闭合，K2、K4、K5断开，即可实现对CT1的动态量程调整过程。在输入信号较小时，为保证信号的采集精度，处理器采用ADC2的值作为信号值，当输入信号较大时，处理器采用ADC1的值作为信号，这样在既能保证在信号的采集精度，又能保证信号的采集范围。

存储器描述为，装置可以将采集到的数据通过SPI总线存入大容量SD卡中，用户可以根据存储的时间和采样频率选择配置SD的容量。8通道模拟量信号每次采集需要占用的字节为16Byte，加入时标信息后折合20Byte。

每小时的数据量＝20*256*50*60*60＝92160000Byte＝878.9Mbyte。

数据集中器主要负责收集个采集装置的采集数据，以及对数据进行进一步分析和计算，完成计算后在本地进行存储，同时可以按照要求将数据按照指定的要求转发至各主站。数据集中器为具有嵌入式***的工控主机，根据计算量的大小配置对应的处理器。

如图1电力输配电线路电气参数在线测量装置，主要包括时钟同步单元、数据集中器、测量单元、UPS供电单元等部分组成。

时钟同步单元配置高精度授时芯片，为采集装置提供准确的时钟；测量单元负责对电压电流信号的采集并计算出对应的向量数据；测量单元与时钟单元通过光纤进行连接，因此每个单元都可以获得准确的时间信息；数据集中器负责对数据进行运算、处理、分析、转发、存储、显示等工作。

如图2时钟同步单元主要由FPGA、授时模块、恒温晶振、光发射器等部分组成。

如图3授时模块，装置的时钟通过UM220模块来获取，该模块的授时精度可达到100ns，此时钟精度完全能够满足对相角测量的要求。该模块输出时间信息的型式为串口数据+脉冲信号的格式，通过串口将精确到秒级别的时间、坐标等信息发送至FPGA、精确到纳秒级别的准确时间通过Plush脉冲信号进行标定，保证时间的绝对精确。该授时模块兼容GPS和北斗两种授时方式，用户可以根据应用选择GPS模式、北斗模式、GPS+北斗模式这三种模式。

如图3测量单元由DSP、AD转换器、网络控制器、数字量输入输出电路、光接收器、光发射器等部分组成。

如图4考虑到测量信号的输入范围，在线路出现故障时仍能记录对应的波形，对AD来说在故障时测量信号不能满偏，因此在电路上需要考虑多通道切换的问题。图中放大电路的放大倍数可以通过拨码开关进行配置，用户可以通过调整拨码开关实现对测量CT和保护CT的配置，针对保护CT还可以实现量程的自动切换，此时，通过两路AD采集同一路信号，K1、K3、K6闭合，K2、K4、K5断开，即可实现对CT1的动态量程调整过程。当ADC2采集到的信号值超过设定阈值时切换到ADC1，对信号进行采集，具体为：在输入信号小于设定阈值时，为保证信号的采集精度，处理器采用ADC2的值作为信号值，当输入信号大于设定阈值时，处理器采用ADC1的值作为信号，这样在既能保证在信号的采集精度，又能保证信号的采集范围。

如图5为线路参数在线测量方法示意图。新型同步相量测量装置作为输配电线路在线测量装置采的厂站部分安装在线路两端；通过GPS提供的时标在同一时间点下采集相应节点的同步相量数据并向主站***传输；服务器接收两端测量的带有准确时标的相角、幅值、频率等数据，并进行存储；通过两端三相电压及电流同步相量数据分析、计算出该条线路的正序π型等值参数和零序阻抗。

如图6上位机软件具有数据的存储和处理功能，具有对数据进行进一步分析和处理的功能，此外，软件具有波形显示功能，方便将相应的波形进行显示。

正序参数线路模型如图7所示：根据均匀传输线理论，若已知线路长度为l，可得首端正序电压和电流与末端正序电压和电流的关系如式(1)所示：

$\left[\begin{array}{c}{U}_1\\ I_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\γl}& \mathrm{Zc}\sinh \mathrm{\γl}\\ \sinh \mathrm{\γl}& \cos \mathrm{\γl}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_2\\ I_2\end{array}\right]---\left(1\right)$

由上式可求出线路正序传播常数γ_l，正序波阻抗Z_cl：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\γ}}_1=\frac{1}{l}{\cosh }^{-1}\frac{U_1{I}_1+U_2{I}_2}{U_1{I}_2+U_2{I}_1}\\ Z_{C1}=\sqrt{\frac{U_2^2-U_1^2}{I_2^2-I_1^2}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

由计算出的线路传播常数γ_l和波阻抗Z_cl即可求出输电线路的正序阻抗和导纳如下：

Z_l＝Z_clγ_l  (3)

$Y_1=\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{Z_{c1}}---\left(4\right)$

上述公式中：l为输电线路的长度；U₁为线路首端正序电压；I_l为线路首端正序电流；U₂为线路末端正序电压；I₂为线路末端正序电流；γ_l为输电线路正序传播常数；Z_cl即为输电线路正序波阻抗；

若能得到同一时刻输电线路两端的正序电压和正序电流，则通过公式(3)和公式(4)求出输电线路的正序参数。

双回输电线路零序互感集中参数模型如图8(a)-8(b)所示：由图得到：

$\left[\begin{array}{c}{U}_{a10}-U_{a20}\\ U_{b10}-U_{b20}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Z}_{a0}& Z_{m0}\\ Z_{m0}& Z_{b0}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{a10}-U_{a10}\frac{Y_{a0}}{2}\\ I_{b10}-U_{b10}\frac{Y_{b0}}{2}\end{array}\right]---\left(5\right)$

对式(5)进行简化，得

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔU}}_{a0}\\ {\mathrm{\ΔU}}_{b0}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Z}_{a0}& Z_{m0}\\ Z_{m0}& Z_{b0}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{a0}\\ I_{b0}\end{array}\right]---\left(6\right)$

其中，ΔU_a0＝U_a10-U_a20；ΔU_b0＝U_b10-U_b20；

$I_{a0}=I_{a10}-U_{a10}\frac{Y_{a0}}{2};I_{b0}=I_{b10}-U_{b10}\frac{Y_{b0}}{2}.$

实际中，平行架设双回线路中两条线路的自阻抗十分接近，即Z_a0≈Z_b0。由式(6)得双回线每公里零序自阻抗及零序互阻抗计算如下：

$Z_{a0}=Z_{b0}=\frac{1}{l}\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{a0}{I}_{a0}-{\mathrm{\ΔU}}_{b0}{I}_{b0}}{{I_{a0}}^2-{I_{b0}}^2}---\left(7\right)$

$Z_{m0}=\frac{1}{l}\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{a0}{I}_{b0}-{\mathrm{\ΔU}}_{b0}{I}_{b0}}{{I_{b0}}^2-{I_{a0}}^2}---\left(8\right)$

上述公式中：l为双回输电线路的长度；U_a10、U_a20分别为线路a首端零序电压、线路a末端零序电压；U_b10、U_b20分别为线路b首端零序电压、线路b末端零序电压；I_a10为线路a首端零序电流；I_b10为线路b首端零序电流；Z_a0为线路a零序自阻抗；Z_b0为线路b零序自阻抗；Z_m0为双回线零序互感；Y_a0为线路a零序导纳；Y_b0为线路b零序导纳。

线路两端的零序电压、电流均可通过线路电气参数测量装置的测量单元得到，线路导纳可通过开路试验得到，因此，只需在双回线的其中一条线路产生零序电流，即可测量出双回线路的零序参数。产生零序电流的方式包括短时切除某一相的补偿装置、线路检修时外加注入电流以及其他人为产生零序干扰方式。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.电力输配电线路电气参数在线测量装置，其特征是，包括多个测量单元，每个测量单元均通过数据集中器与主站***通信，测量单元之间通过时钟同步单元进行时间同步，测量单元每隔设定时间通过一次CT即电流互感器及一次PT即电压互感器采集在同一时间点下相应测量点同步相量数据，所述测量单元还通过量程切换电路与测量电流传感器和保护电流传感器相连，利用量程切换电路在线路出现故障时仍能记录对应的波形，测量单元将采集数据通过数据集中器发送至主站***。

2.如权利要求1所述的电力输配电线路电气参数在线测量装置，其特征是，所述时钟同步单元用于为测量单元提供准确的时钟，包括FPGA控制器、授时模块、恒温晶振、光发射器及光接收器；所述恒温晶振用于为FPGA控制器提供稳定的时钟，所述FPGA控制器与授时模块进行通信，授时模块通过授时天线获得测量单元的时钟，授时模块通过串口将精确到秒级别的时间、坐标信息发送至FPGA控制器，将精确到纳秒级别的准确时间通过Plush脉冲信号进行标定后发送至FPGA控制器，FPGA控制器再将时钟信号通过光发射器发送给测量单元，所述光接收器用于在授时天线架设不方便的情况下接收外界标准的时钟信号并传送至FPGA控制器。

3.如权利要求1所述的电力输配电线路电气参数在线测量装置，其特征是，所述授时模块根据应用选择GPS模式、北斗模式或GPS+北斗模式这三种模式中的一种。

4.如权利要求1所述的电力输配电线路电气参数在线测量装置，其特征是，所述测量单元包括DSP控制器、AD转换器及网络控制器；光接收器用于接收时钟同步单元发出的时钟信号，所述DSP控制器与网络控制器通信，网络控制器为W5100型网络接口芯片，网络控制器与RJ45接口通信，RJ45接口通过网线、WIFI或3G对外通信；

所述DSP控制器与SD卡进行通信；DSP控制器输入端还与AD转换器相连，AD转换器接收的信号是外部一次CT与PT获取的线路电压电流模拟量。

5.如权利要求1所述的电力输配电线路电气参数在线测量装置，其特征是，所述DSP控制器对数字量的输入通过光电隔离后进行接收，对数字量输出通过光电隔离后进行输出；所述DSP控制器还与光接收器及光发射器相连。

6.如权利要求1所述的电力输配电线路电气参数在线测量装置，其特征是，所述AD转换器通过量程切换电路与测量CT和保护CT相连，测量CT通过第一并联电路与AD转换器的一路相连，第一并联电路包括两个并联单元，每个并联单元包括相串联的放大器与拨码开关；测量CT及保护CT分别通过拨码开关与第二并联电路相连，第二并联电路与第一并联电路结构相同。

7.如权利要求1所述的电力输配电线路电气参数在线测量装置，其特征是，所述多个测量单元分别安装在电力线路的两端，每一端的电力线路的测量单元均通过数据集中器与主站***相连。

8.应用如权利要求1所述的电力输配电线路电气参数在线测量装置的在线测量方法，其特征是，具体工作步骤如下：

步骤一：在线路两端分别安装测量单元，分别获取线路两端的电流、电压同步相量数据，电流、电压同步相量数据通过数据集中器传送至主站***；

步骤二：主站***接收两端测量的带有准确时标的相角、幅值、频率数据并进行存储；

步骤三：通过测得的线路两端的数据计算出该条线路的正序π型等值参数和零序阻抗。

9.如权利要求8所述的所述电力输配电线路电气参数在线测量装置的在线测量方法，其特征是，步骤一的具体步骤为：

(1-1)数据采集终端DPMU作为测量单元安装在线路两端；

(1-2)通过GPS同步时钟单元提供的时标在同一时间点下采集相应节点的同步相量数据并向主站***传输。

10.如权利要求8所述的所述电力输配电线路电气参数在线测量装置的在线测量方法，其特征是，所述步骤三的正序π型等值参数计算的具体步骤为：

(3-1)采用基于分布参数模型建立输电线路π型等值电路；

(3-2)根据序分量法，由线路两端的同步电压与电流相量参数求得正序的电压与电流相量；

所述步骤三的零序阻抗计算的具体步骤为：

(3-11)建立双回输电线路零序互感集中参数模型；

(3-12)根据线路电气参数测量装置的测量单元测得的线路两端的零序电压、电流及通过开路试验得到的线路导纳得到零序自阻抗及零序互阻抗。