基于电磁场逆问题的交流输电线路电参量反演方法研究

发布时间：2017-09-28 22:05

  本文关键词：基于电磁场逆问题的交流输电线路电参量反演方法研究

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【摘要】：三相(多相)电压、电流的幅度和相位等参数直接反映交流输配电线路的运行状态和健康水平,是评估电能质量、计算传输功率、判断无功补偿投切容量、启动继电保护和进行故障诊断的主要依据。检测架空输电线路运行电压、电流的特征参数,对于确保电力系统的安全、可靠和经济运行具有重要意义。目前输配电线路电参量检测主要是通过互感器实现的。随着电网向智能化方向发展,沿架空输电线路对其电压和电流进行实时状态监测、进而实现智能预警和自动控制的需求越来越迫切。传统电压和电流互感器因为工作原理和电气特性的限制,在实现上述功能时存在诸多困难,甚至根本不具备实现条件。因此,有必要寻找更加方便、安全、有效的架空线路电参量检测方法。本论文将电磁场逆问题相关理论应用到输电线路中,探讨如何通过交流输电线路工频电磁场反演逆推线路的电参量(包括电压、电流的幅值和相位)。研究内容大体分为以下四个部分:首先,作为电压、电流反演逆推方法的基础,对交流输电线路周围工频电场和工频磁场的各种计算方法进行了介绍,系统阐述了现有各种方法的优缺点,主要关注的是输电线路工频电场和工频磁场二维计算方法。阐述了电磁场逆问题的理论基础,探讨了将正、逆问题相结合,应用于输电线路电压、电流反演的可行思路。其次,围绕如何由输电线路周围的电场反演逆推线上电压的各项参数进行了理论推导和算例验证。采用模拟电荷法建立交流输电线路电场计算模型,借助线下测量得到的工频电场数据和计算模型建立合适的线性超定方程组并求出最小二乘解,得到对应的线上电压值。对提出的逆推方法进行了误差分析,探究了减小逆推误差的相关措施。另外,还给出了挂线和线下两种电场测量点布置方式,介绍了各自的适用范围。再次,针对如何由输电线周围的磁场反演逆推线上电流的各项参数进行了研究。利用线路下方空间的工频磁场测量数据,通过NSGA-Ⅱ寻优算法反演线路电流值,进而提取特征参数,实现线路电流的非接触测量。其中,选择特定测量点,推导了其磁场分量与三相电流间的约束关系,将计算模型中的三个决策变量缩减为单个决策变量,极大地降低了逆问题求解的复杂度。最后通过算例验证了本章所提出方法的可行性和准确性。最后,将一种新型的电场测量传感器布置在三相交流线路附近,记录下传感器测量得到的电场数据,并将其带入第三章提出的逆推算法,证明了方法的可行性。论文的研究成果可以为交流输电线路的电压、电流非接触测量及在线监测提供新的思路。
【关键词】：交流输电线路 工频 电磁场逆问题 电压反演 电流反演 误差分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM75;TM15
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 论文的主要工作14-17
• 2 架空输电线路工频电磁场正问题与逆问题理论基础17-29
• 2.1 架空输电线路工频电场计算方法17-24
• 2.2 架空输电线路工频磁场计算方法24-27
• 2.3 电磁场逆问题理论基础27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 从工频电场到架空输电线路三相电压的反演方法29-53
• 3.1 三相电压反演逆推理论29-34
• 3.1.1 逆推求解思路29-30
• 3.1.2 逆推解的唯一性30-31
• 3.1.3 产生误差的原因和解对误差的灵敏度31-33
• 3.1.4 奇异点数据处理33
• 3.1.5 输电线路电压幅值和相位参数的提取33-34
• 3.2 电场测量点的两种布置方式34-36
• 3.2.1 挂线布点方式34-35
• 3.2.2 线下布点方式35-36
• 3.3 算例分析36-52
• 3.3.1 三相对称（无故障）状态36-44
• 3.3.2 单相接地故障状态44-48
• 3.3.3 两相接地故障状态48-52
• 3.4 本章小结52-53
• 4 从工频磁场到架空输电线路三相电流的反演方法53-65
• 4.1 三相电流反演逆推理论53-58
• 4.1.1 寻优算法的选择依据53-54
• 4.1.2 不带约束的输电线路电流逆推模型及算法流程54-55
• 4.1.3 带约束的输电线路电流逆推模型及算法流程55-58
• 4.1.4 输电线路电流幅值和相位参数的提取58
• 4.2 算例分析58-64
• 4.2.1 不带约束输电线路电流逆推算例59-60
• 4.2.2 带约束条件的输电线路电流逆推算例60-64
• 4.2.3 两种逆推方法的对比64
• 4.3 本章小结64-65
• 5 架空线路电压反演方法的实验验证65-71
• 5.1 工频电场测量传感器65-66
• 5.2 实验环境与参数66-67
• 5.3 测量结果与基于实验数据的逆推结果67-70
• 5.4 本章小结70-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 论文的主要工作及获得的成果71-72
• 6.2 需要进一步研究的问题72-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-79
• 附录79
• A 作者在攻读学位期间发表的论文79
• B 作者在攻读学位期间参研的项目79

【参考文献】

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本文编号：938304