[发明专利]一种配电网电力线路功率角测量方法及测量系统

权利要求书

1.一种配电网电力线路功角测量系统，其特征在于，该功角测量系统由位于变电所端的用于产生电压畸变信号的主站设备和位于低压用户端的功率角测量终端组成。在变电所端，主变压器通过所用变压器连接主站设备；在低压用户端，用户变压器连接功率角测量终端；当需要进行功率角测量时，主站设备通过控制所用变压器低压侧的瞬时短路在电压过零点附近产生畸变信号，其能量峰值基本就在变电所端的电压过零点时刻；该信号跨越变压器台区传输至用户端；功率角测量终端接收、处理电压畸变信号。

2.根据权利要求1所述配电网电力线路功角测量系统，其特征在于，所述所用变压器的二次侧连接a、b、c三相电力线，在其中任意两相线上设置，连接在a、b相线的电压畸变信号调制装置，电压畸变信号调制装置主要由单片机、信号调制电路、信号滤波电路和保护电路构成，安装在a、b相线上的电压互感器PT连接信号滤波电路，信号滤波电路接至单片机，单片机再通过RS485连接至PC机，并且单片机还通过脉冲触发电路连接至可控硅的控制极，连接在a相线上的保护电路经过电阻R、电感L、可控硅后连接在b相线上；通过单片机控制可控硅的导通，将a-b两相线路进行短路，待a-b线电压过零时将可控硅关断使短路故障消除，此过程在电网a-b线电压上产生一个电压畸变信号，该信号跨越变压器台区传输至用户端。

3.根据权利要求1所述配电网电力线路功角测量系统，其特征在于，所述功率角测量终端安装在用户变压器的低压侧，安装在a、b相线上的电压互感器PT连接信号滤波电路，信号滤波电路分别接至16位A/D采样电路和正负比较电路，16位A/D采样电路和正负比较电路分别连接DSP信号处理模块，DSP信号处理模块还分别连接键盘输入、LED显示屏和通过RS485连接至PC机；DSP对AD采样电路采集到的电压畸变信号进行时频分析以确定其在本地电压波形上的时域位置，间接得到输电线路的功率角。

4.一种配电网电力线路功率角的测量方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)电压畸变信号的产生与提取，在变电所内通过单片机控制可控硅的导通将所用变压器低压侧短路以便产生电压畸变信号；当所用变压器低压侧的任意两相线路之间的线电压即将过零时，将该两相线路进行短路，待电压过零时停止短路，此过程产生的短路电流在流过主变压器时会在其漏感上感应出一个瞬时电压降叠加在该线电压上，产生电压畸变信号，该电压畸变信号跨越变压器台区传输至用户端；在用户端对电压畸变信号进行时频分析前，首先要将其从本地电压波形上提取出来，为了方便用户端对畸变信号的检测与分析，在进行功率角测量时在系统首端连续进行多个畸变信号的发送，而且每个畸变信号通过两个相邻的电压波形进行携带；

2)用户端电压畸变信号的时频分析与电力线路功率角的测量，在用户端接收到含有畸变信号的电压波形后，使用时域差分技术将单个畸变信号从电网电压波形中提取出来，并将多个畸变信号进行累加形成合成信号，同时使用维格拉分布结合短时傅里叶变换对合成信号进行时频分析处理，根据其能量参数的时间分布情况来确定畸变信号与本地电压过零点的时差，并结合变压器的连接组别关系得到线路的功率角。

5.根据权利要求4所述配电网电力线路功角测量方法，其特征在于，所述短路电流在流过主变压器时会在其漏感上感应出一个瞬时电压降叠加在该线电压上，产生电压畸变信号，通过差分方法得到的畸变信号s(t)可表示为：

s(t)＝u(t)-u(t-T)＝γ(t)+n(t)

式中u(t)为电网电压信号；T为电网电压的工频周期，T＝0.02s；γ(t)为实际电压畸变信号；n(t)为电网噪声干扰。

6.根据权利要求4所述配电网电力线路功角测量方法，其特征在于，所述电网噪声干扰在干扰比较严重时，很难将畸变信号和噪声干扰信号二者区别开，为此在变电所侧连续进行N个畸变信号的发送，然后在用户端将前后电压周期信号相减得到的N个畸变信号进行累加形成合成畸变信号s(t)，即：

s(t)=Σk=1k=N(uk(t)-uk(t-T))=Nγ(t)+Σk=1k=Nnk(t)]]>

这样s(t)中畸变信号的成份得到N倍增强，而前后电压信号作差得到的干扰信号n_k(t)由于具有随机特性，在累加中幅值增强很有限，。当N足够大时，合成信号中畸变成分的分辨率得到明显改善，其中取N＝7～10。

所述合成畸变信号s(t)的维格纳分布为：

Ws(t,ω)=∫-∞+∞s(t+τ/2)s*(t-τ/2)exp(-jωτ)dτ]]>

合成畸变信号s(t)的短时傅里叶变换表示为：

F(t,ω)=|∫-∞+∞s(τ)h(τ-t)exp(-jωτ)dτ|2]]>

其中，s^*(t)为s(t)的共轭函数；h(t)为短时傅立叶变换中所采用的窗函数，这里选择幅值为1的矩形窗，即h(t)＝1；w为合成畸变信号s(t)的角频率，w＝2π(200～600)rad/s；τ代表时间变量；j为虚数单位，及j²＝-1。