本實(shí)用新型涉及輸電線路參數(shù)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般來(lái)講，根據(jù)電容效應(yīng)的大小，長(zhǎng)度小于100km的架空輸電線路被定義為短線路，在計(jì)算中可以采用集中參數(shù)等效；100km到300km的架空輸電線路為中長(zhǎng)線路，用集中參數(shù)模型等效存在一定的誤差；大于300km的架空輸電線路為長(zhǎng)線路，電纜線路大于50km時(shí)也可稱(chēng)為長(zhǎng)線路，采用集中參數(shù)模型等效會(huì)引起工程上不能接受的誤差，必須用分布參數(shù)模型處理。測(cè)試短線路的線路參數(shù)(R、L、C)時(shí)，基本上可以將線路作為集中參數(shù)等效回路對(duì)待，入端阻抗除以線路總長(zhǎng)度作為線路分布參數(shù)，所產(chǎn)生的誤差很小；按照集中參數(shù)模型處理的中長(zhǎng)線路的參數(shù)誤差一般在5％以?xún)?nèi)；長(zhǎng)線路集中參數(shù)模型的誤差隨著長(zhǎng)度的增加，超出工程可以接受的范圍。
超、特高壓直流輸電線路長(zhǎng)度一般超過(guò)1000km，線路的傳輸速度一般接近光速(c＝300000km/s)，當(dāng)長(zhǎng)度等于1500km時(shí)，線路的傳輸相位移已經(jīng)達(dá)到90°，線路入端阻抗的電容特性和電感特性發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，這是集中參數(shù)模型所不能等效的，必須將測(cè)量的開(kāi)路入端阻抗和短路入端阻抗代入傳輸線方程，進(jìn)行聯(lián)立求解，才能得到正確的線路分布參數(shù)(單位長(zhǎng)度，每公里的R、L、C數(shù)值)。
高壓直流輸電線路在進(jìn)行頻率特性測(cè)試時(shí)，由于測(cè)試頻率的增加，信號(hào)傳輸相位移繼續(xù)增大，當(dāng)頻率增加10倍時(shí)，1500km線路的相位移將約等于900°(5π)，這給直流輸電參數(shù)的測(cè)試的測(cè)量和方程聯(lián)立求解計(jì)算帶來(lái)更多的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型提供了一種基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測(cè)試系統(tǒng)，能夠?qū)Τ?、特高壓遠(yuǎn)距離直流輸電線路進(jìn)行頻率特性測(cè)試，有效減小測(cè)試誤差。
本實(shí)用新型所述基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)方案在于：包括變頻電源、隔離變壓器及GPS同步測(cè)量?jī)x，所述變頻電源與隔離變壓器的原邊繞組連接，隔離變壓器副邊繞組連接直流輸電線路首端，所述GPS同步測(cè)量?jī)x分為首端GPS 同步測(cè)量?jī)x和末端GPS同步測(cè)量?jī)x，首端GPS同步測(cè)量?jī)x連接直流輸電線路首端，末端GPS同步測(cè)量?jī)x連接直流輸電線路末端。
作為優(yōu)選，所述GPS同步測(cè)量?jī)x內(nèi)包括有電流取樣傳感器和電壓取樣傳感器，首端GPS同步測(cè)量?jī)x和末端GPS同步測(cè)量?jī)x內(nèi)的電流取樣傳感器和電壓取樣傳感器分別與直流輸電線路首端和末端連接，以采集直流輸電線路首端和末端的電流值。
作為優(yōu)選，所述GPS同步測(cè)量?jī)x還包括CPU、信號(hào)調(diào)理放大器、AD轉(zhuǎn)換器及GPS芯片，所述CPU分別與AD轉(zhuǎn)換器和GPS芯片連接，AD轉(zhuǎn)換器連接信號(hào)調(diào)理放大器，所述電流取樣傳感器和電壓取樣傳感器同時(shí)與信號(hào)調(diào)理放大器連接。
作為優(yōu)選，所述變頻電源為臺(tái)灣CHROMA6530型，所述隔離變壓器為GPS-15X，所述電流取樣傳感器為KEW8148型50A/3V鉗式互感器，所述電壓取樣傳感器為L(zhǎng)PT-13型800V/3V電壓傳感器，所述CPU為T(mén)MS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器，所述信號(hào)調(diào)理放大器為OP27、AD620、AD526組成的運(yùn)算放大器組件，所述AD轉(zhuǎn)換器為AD7656型，所述GPS芯片為KYL1020L型GPS模塊。
本實(shí)用新型所述基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測(cè)試方法的技術(shù)方案包括以下步驟：
(1)在直流輸電線路首端加入20Hz～2500Hz、0～300V試驗(yàn)電壓；
(2)在直流輸電線路首端連接GPS同步測(cè)量?jī)x，以接入直流輸電線路首端電壓信號(hào)和電流信號(hào)；
(3)在直流輸電線路末端連接GPS同步測(cè)量?jī)x，以接入直流輸電線路末端的電壓信號(hào)和電流信號(hào)；
(4)設(shè)定直流輸電線路首端和末端的GPS同步測(cè)量?jī)x在每分鐘第5秒的脈沖上升沿各自啟動(dòng)首、末兩端的同步數(shù)據(jù)采集，以獲得直流輸電線路首末兩端的電流和電壓數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存的記錄標(biāo)號(hào)以時(shí)間為標(biāo)簽，便于數(shù)據(jù)編組對(duì)接。
上述技術(shù)方案的有益效果在于：
首端、末端的電壓和電流信號(hào)，由于有GPS時(shí)鐘及秒脈沖沿的同步，可以保證各個(gè)量值在同一時(shí)刻進(jìn)行測(cè)試(同步誤差小于100ns)，得到的相量具有可參照性，從而帶入長(zhǎng)線路方程求解。
變頻電源的引入，可以在20Hz～2500Hz的頻率范圍內(nèi)，進(jìn)行全范圍測(cè)試，便于將測(cè)試到的各個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)于測(cè)試頻率描繪成曲線。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖先描述本實(shí)用新型所述基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)施例。
本實(shí)施例所述基于GPS同步的直流輸電線路頻率特性雙端測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)方案包括變頻電源1、隔離變壓器2及GPS同步測(cè)量?jī)x，所述變頻電源1與隔離變壓器2的原邊繞組連接，隔離變壓器2副邊繞組連接直流輸電線路9首端，所述GPS同步測(cè)量?jī)x分為首端GPS同步測(cè)量?jī)x10和末端GPS同步測(cè)量?jī)x11，首端GPS同步測(cè)量?jī)x10連接直流輸電線路9首端，末端GPS同步測(cè)量?jī)x11連接直流輸電線路9末端。
所述GPS同步測(cè)量?jī)x內(nèi)包括有電流取樣傳感器3和電壓取樣傳感器8，首端GPS同步測(cè)量?jī)x10和末端GPS同步測(cè)量?jī)x11內(nèi)的電流取樣傳感器3和電壓取樣傳感器8分別與直流輸電線路首端和末端連接，以采集直流輸電線路9首端和末端的電流值。
所述GPS同步測(cè)量?jī)x還包括CPU5、信號(hào)調(diào)理放大器4、AD轉(zhuǎn)換器7及GPS芯片6，所述CPU5分別與AD轉(zhuǎn)換器7和GPS芯片6連接，AD轉(zhuǎn)換器7連接信號(hào)調(diào)理放大器4，所述電流取樣傳感器3和電壓取樣傳感器8同時(shí)與信號(hào)調(diào)理放大器連接。
所述變頻電源為臺(tái)灣CHROMA6530型，所述隔離變壓器為GPS-15X，所述電流取樣傳感器為KEW8148型50A/3V鉗式互感器，所述電壓取樣傳感器為L(zhǎng)PT-13型800V/3V電壓傳感器，所述CPU為T(mén)MS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器，所述信號(hào)調(diào)理放大器為OP27、AD620、AD526組成的運(yùn)算放大器組件，所述AD轉(zhuǎn)換器為AD7656型，所述GPS芯片為KYL1020L型GPS模塊。
以下詳細(xì)說(shuō)明利用上述技術(shù)方案對(duì)遠(yuǎn)距離直流輸電線路進(jìn)行頻率特性進(jìn)行檢測(cè)的步驟。
先在直流輸電線路首端加入20Hz～2500Hz、0～300V試驗(yàn)電壓；在直流輸電線路首端連接GPS同步測(cè)量?jī)x，以接入直流輸電線路首端的電壓信號(hào)和電流信號(hào)；在直流輸電線路末 端連接GPS同步測(cè)量?jī)x，以接入直流輸電線路末端的電壓信號(hào)和電流信號(hào)；
然后設(shè)置上位機(jī)，設(shè)定直流輸電線路首端和末端的GPS同步測(cè)量?jī)x在每分鐘第5秒的脈沖上升沿各自啟動(dòng)首、末兩端的同步數(shù)據(jù)采集，以獲得直流輸電線路首末兩端的電流和電壓數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存的記錄標(biāo)號(hào)以時(shí)間為標(biāo)簽，便于數(shù)據(jù)編組對(duì)接。
其中：
變頻電源：產(chǎn)生滿足直流輸電線路頻率特性測(cè)試要求的變頻信號(hào)，信號(hào)頻率在20Hz-2500Hz可調(diào)節(jié)。
隔離變壓器：將變頻信號(hào)電源輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)稱(chēng)的兩相信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)源輸出與被測(cè)試直流輸電線路的隔離；
首端GPS同步測(cè)量?jī)x器：接收衛(wèi)星GPS時(shí)間和秒脈沖信號(hào)，在系統(tǒng)約定的時(shí)間進(jìn)行電壓和電流采集，得到首端電壓和電流的模值和相位角。
末端GPS同步測(cè)量?jī)x器：接收衛(wèi)星GPS時(shí)間和秒脈沖信號(hào)，在系統(tǒng)約定的時(shí)間進(jìn)行電壓和電流采集，得到末端電壓和電流的模值和相位角
以下描述利用GPS同步測(cè)量?jī)x器測(cè)量后的計(jì)算過(guò)程：
設(shè)R0、L0、g0、C0、分別為傳輸線路單位長(zhǎng)度的電阻、電感、泄漏電導(dǎo)和電容；
E和Z分別為電源側(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻抗；
ZL為負(fù)載側(cè)阻抗；
單位長(zhǎng)度的阻抗為：Z0＝R0+jwL0；
其單位長(zhǎng)度的導(dǎo)納：Y0＝g0+jwC0。
長(zhǎng)傳輸線路的方程推導(dǎo)：
均勻分布傳輸線路，在不受外界電磁場(chǎng)影響下，其上的電壓電流傳輸特性，采用公式表述如下：
其中：l為線路長(zhǎng)度；
波阻抗為：
傳輸常數(shù)為：
當(dāng)末端接任意負(fù)載時(shí)，x＝l，l為線路長(zhǎng)度。公式(1)和(2)可以演變?yōu)椋?/p>
式(5)和式(6)也可以改寫(xiě)為：
1、末端短路時(shí)的求解
當(dāng)末端短路時(shí)，末端電壓為零，(7)、(8)可改寫(xiě)為：
式(9)除以(10)得到：
令：則：
Zc＝x/thγl (12)
式(10)可以改寫(xiě)為：
和為首端的電壓和電流相量，為末端的電流相量，可以通過(guò)雙端GPS同步測(cè)量方式準(zhǔn)確得到，l為線路總長(zhǎng)度。根據(jù)(12)、(13)，可以計(jì)算得到Zc和γ，再根據(jù)(3)、(4)進(jìn)而得到R0、L0、g0和C0等參數(shù)。
2.末端開(kāi)路時(shí)的求解
當(dāng)末端開(kāi)路時(shí)，末端電流為零，(7)、(8)可改寫(xiě)為：
(14)除以(15)得到：
令：
則：Zc＝x/cthγl (17)
式(14)改寫(xiě)為：
根據(jù)(17)和(18)聯(lián)立求解，可以計(jì)算得到Zc和γ，再根據(jù)(3)、(4)進(jìn)而得到R0、L0、g0和C0等參數(shù)。
以下以一個(gè)具體的實(shí)例對(duì)上述計(jì)算過(guò)程加以說(shuō)明：
首端加入50Hz、0～300V試驗(yàn)電壓；
首端GPS同步測(cè)量?jī)x器通過(guò)CT接入電流信號(hào)，在首端接入電壓信號(hào)；
末端GPS同步測(cè)量?jī)x器在末端接入電壓信號(hào)；
約定每分鐘的第5秒的脈沖上升沿各自啟動(dòng)首、末兩端的同步數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)保存的 記錄標(biāo)號(hào)以時(shí)間為標(biāo)簽，便于數(shù)據(jù)編組對(duì)接。
線路長(zhǎng)度為1280km，首端和末端測(cè)試到的電壓、電流分別為：
6、求解
根據(jù)式(18)求取γl
γl＝0.046+j1.354＝1.3548∠88.05
求取cthγl
求x
根據(jù)式(17)求Zc
根據(jù)式(3)、(4)可推導(dǎo)：
計(jì)算得到電容量為C0＝Y(jié)0/2πf＝0.0125uF。
Z0＝γZc＝1.058×10-3∠88.05×269.6∠-1.95＝0.2853∠86.1
Z0＝0.0194+j0.2846
計(jì)算得到電阻和電感：R0＝0.0194、L0＝0.2846/(2πf)＝0.906mH。
以上過(guò)程，可通過(guò)計(jì)算機(jī)編程自動(dòng)化完成。
以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。