一种暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法与流程

1.本发明属于输变电技术领域，涉及一种暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法。


背景技术：

2.在变电站中，故障保护装置无法直接获取高压线路上的一次电压信息。由电容式电压互感器、二次电缆和保护用电压互感器组成的二次传输回路是电气量的必经环节。随着未来电网中的新能源电源接入比例的快速增长，传统电网将逐步向电力电子化的新型电力系统转变，而与之适应的各种快速保护方法如行波保护、暂态量保护等的关键在于对行波和高频电气量的准确识别，这给二次侧电气数据的获取和分析提出更高的要求。
3.二次传输回路的精确补偿对快速保护的应用具有重要意义。现有技术中，针对cvt(电容式电压互感器，capacitor voltage transformer)暂态误差误差的补偿方法，如文献《电容式电压互感器暂态误差的数字校正方法》(熊小伏等，中国电机工程学报，2005，25(12)：154-158.)提出将cvt看成时不变的传输网络，主要利用一次电压和二次电压间的传递关系，反推出一次波形。基于积分等值变换的虚拟cvt补偿方法，如文献《远距离输电线路等传变瞬时值差动保护》(文明浩等，中国电机工程学报，2007，27(28)：59-65.)以及为文献《基于虚拟电容式电压互感器的能量平衡保护》(文明浩，中国电机工程学报，2007，27(24)：11-16.)提出通过使电压采样值经虚拟cvt处理来消除cvt暂态过程的影响。
4.综上可知，目前关于电压二次传输回路的精确补偿方法主要集中在设计虚拟cvt上，而没有考虑直接补偿cvt传变误差的方式。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于如何设计一种暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法，用于直接补偿电容式电压互感器传变误差，从而为电力系统二次设备的准确可靠运行提供支撑。
6.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
7.一种暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法，获取电压二次传输回路中的电容分压式电压互感器以及负载的电感、电容和电阻的参数，并建立电压二次传输回路的拓扑的等值电路模型，根据电压二次传输回路的等值电路模型，推导其一次电压到二次电压的传递函数；根据一次电压到二次电压的传递函数的反函数，设计补偿滤波器对二次传输回路的传变误差进行补偿。
8.进一步地，所述的一次电压到二次电压的传递函数的公式如下：
[0009][0010]
式中：
[0011]
a0＝celbcflfrf；
[0012]
b0＝ce(rbcflfrf+lblf+lbcfrf)；
[0013]
c0＝ce(lbrf+lbrf+rblf+rbcfrf)；
[0014]
d0＝cerb(rf+rf)；
[0015]
a＝cel1cflflb；
[0016]
b＝ce(lbcflfrf+r1cflfrb+l1[cflf(rb+rf)+lbcfrf]；
[0017]
c＝cerbcflfrf+celb(lf+cfrf)+cel1[cflf(rb+rf)+lf+lb]+cflflb+cer1[cflf(rb+rf)+lbcfrf]；
[0018]
d＝ce(lbrf+lbrf+rblf+rbcfrf)+cflf(rb+rf)+lbcfrf+cel1(rf+rf+rb)+cer1[cflf(rb+rf)+lf+lb]；
[0019]
e＝cerb(rf+rf)+lf+lb+cfrf(rb+rf)+cer1(rf+rf+rb)；f＝rf+rf+rb。
[0020]
其中，ce为分压等值电容，其值为高压电容和中压电容之和；r1和l1分别为补偿电抗器的电阻和电感；rm和lm分别为变压器的励磁电阻和电感；rb和lb分别为负载的电阻和电感；rf、rf、lf和cf分别为谐振阻尼支路的电阻、小电阻、电感和电容；u
in
为一次电压；u
out
为二次电压。
[0021]
进一步地，所述的根据一次电压到二次电压的传递函数的反函数，设计补偿滤波器对二次传输回路的传变误差进行补偿的方法具体如下：
[0022]
(1)一次电压到二次电压的传递函数的反函数为：
[0023][0024]
(2)通过对假分式h(s)-1
的分母增加次数，构建出真分式的补偿传递函数为：
[0025][0026]
式中，ωn为截止频率；
[0027]
(3)基于双线性变换法将步骤(2)中的s域补偿滤波器函数转到z域，构建出z域的补偿数字滤波器。
[0028]
进一步地，所述的z域的补偿数字滤波器的公式为：
[0029][0030]
式中，t为采样时间间隔。
[0031]
本发明的优点在于：
[0032]
本发明通过获取电压二次传输回路包括电压互感器和负载的电感、电容和电阻参数；根据电压二次传输回路的拓扑，建立其等值电路模型；根据电压二次传输回路的等值电路模型，推导其一次电压到二次电压的传递函数；设计补偿滤波器，对二次传输回路的传变误差进行补偿。本发明考虑了完整电压二次传输回路的各个环节，更贴合于实际工程，同时解决了反传递函数为假分式时的误差补偿问题，补偿方法的效果更好，能更好地电力系统二次设备的准确可靠运行提供支撑。
附图说明
[0033]
图1是本发明实施例的暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法的流程图；
[0034]
图2是本发明实施例的电压二次传输回路的拓扑的等值电路模型图。
具体实施方式
[0035]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：
[0037]
实施例一
[0038]
如图1所示，本实施例的一种暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法，包括以下步骤：
[0039]
s1、获取电压二次传输回路中的电容分压式电压互感器以及负载的电感、电容和电阻的参数。
[0040]
s2、如图2所示，建立电压二次传输回路的拓扑的等值电路模型；其中，ce为分压等值电容，其值为高压电容和中压电容之和；r1和l1分别为补偿电抗器的电阻和电感；rm和lm分别为变压器的励磁电阻和电感；rb和lb分别为负载的电阻和电感；rf、rf、lf和cf分别为谐振阻尼支路的电阻、小电阻、电感和电容；u
in
为一次电压；u
out
为二次电压。
[0041]
s3、根据电压二次传输回路的等值电路模型，推导其一次电压到二次电压的传递函数，如下：
[0042][0043]
式中：
[0044]
a0＝celbcflfrf；
[0045]
b0＝ce(rbcflfrf+lblf+lbcfrf)；
[0046]
c0＝ce(lbrf+lbrf+rblf+rbcfrf)；
[0047]
d0＝cerb(rf+rf)；
[0048]
a＝cel1cflflb；
[0049]
b＝ce(lbcflfrf+r1cflfrb+l1[cflf(rb+rf)+lbcfrf]；
[0050]
c＝cerbcflfrf+celb(lf+cfrf)+cel1[cflf(rb+rf)+lf+lb]+cflflb+
[0051]ce
r1[cflf(rb+rf)+lbcfrf]；
[0052]
d＝ce(lbrf+lbrf+rblf+rbcfrf)+cflf(rb+rf)+lbcfrf+cel1(rf+rf+rb)+
[0053]ce
r1[cflf(rb+rf)+lf+lb]；
[0054]
e＝cerb(rf+rf)+lf+lb+cfrf(rb+rf)+cer1(rf+rf+rb)；f＝rf+rf+rb。
[0055]
s4、设计补偿滤波器，对二次传输回路的传变误差进行补偿，具体过程如下：
[0056]
(1)一次电压到二次电压的传递函数的反函数为：
[0057][0058]
其中，h(s)-1
为假分式，即分子次数大于分母次数，而基于假分式传递函数构建出的数字滤波器极易发散，因此需寻找近似处理方法。
[0059]
(2)通过对h(s)-1
的分母增加次数(补齐分子和分母的次数差)，构建出真分式的补偿传递函数为：
[0060][0061]
式中，ωn为截止频率。
[0062]
s5、基于双线性变换法，将步骤上述s域补偿滤波器函数转到z域，构建出z域的补偿数字滤波器；z域的补偿数字滤波器为：
[0063][0064]
式中，t为采样时间间隔。
[0065]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法，其特征在于，获取电压二次传输回路中的电容分压式电压互感器以及负载的电感、电容和电阻的参数，并建立电压二次传输回路的拓扑的等值电路模型，根据电压二次传输回路的等值电路模型，推导其一次电压到二次电压的传递函数；根据一次电压到二次电压的传递函数的反函数，设计补偿滤波器对二次传输回路的传变误差进行补偿。2.根据权利要求1所述的一种暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法，其特征在于，所述的一次电压到二次电压的传递函数的公式如下：式中：a0＝c
e
l
b
c
f
l
f
r
f
；b0＝c
e
(r
b
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f
l
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f
+l
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l
f
+l
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c
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r
f
)；c0＝c
e
(l
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f
+l
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r
f
+r
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l
f
+r
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c
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r
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)；d0＝c
e
r
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(r
f
+r
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)；a＝c
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l1c
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l
f
l
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；b＝c
e
(l
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c
f
l
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+r1c
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l
f
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+l1[c
f
l
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(r
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+r
f
)+l
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c
f
r
f
]；c＝c
e
r
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c
f
l
f
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+c
e
l
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(l
f
+c
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f
)+c
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l1[c
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l
f
(r
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+r
f
)+l
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+l
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]+c
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l
f
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+c
e
r1[c
f
l
f
(r
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+r
f
)+l
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c
f
r
f
]；d＝c
e
(l
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r
f
+l
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f
+r
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l
f
+r
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c
f
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f
)+c
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l
f
(r
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+r
f
)+l
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c
f
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+c
e
l1(r
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+r
f
+r
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)+c
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r1[c
f
l
f
(r
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+r
f
)+l
f
+l
b
]；e＝c
e
r
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(r
f
+r
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)+l
f
+l
b
+c
f
r
f
(r
b
+r
f
)+c
e
r1(r
f
+r
f
+r
b
)；f＝r
f
+r
f
+r
b
。其中，c
e
为分压等值电容，其值为高压电容和中压电容之和；r1和l1分别为补偿电抗器的电阻和电感；r
m
和l
m
分别为变压器的励磁电阻和电感；r
b
和l
b
分别为负载的电阻和电感；r
f
、r
f
、l
f
和c
f
分别为谐振阻尼支路的电阻、小电阻、电感和电容；u
in
为一次电压；u
out
为二次电压。3.根据权利要求2所述的一种暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法，其特征在于，所述的根据一次电压到二次电压的传递函数的反函数，设计补偿滤波器对二次传输回路的传变误差进行补偿的方法具体如下：(1)一次电压到二次电压的传递函数的反函数为：(2)通过对假分式h(s)-1
的分母增加次数，构建出真分式的补偿传递函数为：式中，ω
n
为截止频率；(3)基于双线性变换法将步骤(2)中的s域补偿滤波器函数转到z域，构建出z域的补偿数字滤波器。
4.根据权利要求3所述的一种暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法，其特征在于，所述的z域的补偿数字滤波器的公式为：式中，t为采样时间间隔。

技术总结
一种暂态电压二次传输回路的传变误差补偿方法，属于输变电技术领域，解决如何直接补偿电容式电压互感器传变误差，从而为电力系统二次设备的准确可靠运行提供支撑的问题本发明通过获取电压二次传输回路包括电压互感器和负载的电感、电容和电阻参数；根据电压二次传输回路的拓扑，建立其等值电路模型；根据电压二次传输回路的等值电路模型，推导其一次电压到二次电压的传递函数；设计补偿滤波器，对二次传输回路的传变误差进行补偿。本发明考虑了完整电压二次传输回路的各个环节，更贴合于实际工程，同时解决了反传递函数为假分式时的误差补偿问题，补偿方法的效果更好，能更好地为电力系统二次设备的准确可靠运行提供支撑。为电力系统二次设备的准确可靠运行提供支撑。为电力系统二次设备的准确可靠运行提供支撑。


技术研发人员：叶远波 王吉文 李端超 汪胜和 汪伟 邵庆祝 王薇 项忠华 陈晓东 丁津津 徐可寒 李彪 苏毅 杜兆强 张钊 郑涛 李紫肖 陈颖
受保护的技术使用者：北京四方继保工程技术有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/10/6