CN101369728B - 补偿电纳增量法消弧线圈自动调谐控制方法 - Google Patents

Abstract

补偿电纳增量法消弧线圈自动调谐控制方法，消弧线圈送电运行的第一时间就依据母线联络开关分合状态确定被调谐控制的消弧线圈是“主调”机还是“非主调”机。随即测量电网的不平衡电压、电网相电势和消弧线圈的补偿电流，控制器控制被调消弧线圈，向电网施加一个补偿电纳增量，再次测量电网的不平衡电压、电网相电势和消弧线圈的补偿电流，进而计算出使电网达到“全补偿”要求“主调”消弧线圈增加输出的补偿电流。在电网正常运行时，通过电网中性点不平衡电压的增量值实时监视电网不平衡度的变化，并据此随时改变被调谐控制的消弧线圈的“主调”或“非主调”机地位，或是重新测量计算使电网达到“全补偿”要求“主调”消弧线圈增加输出的补偿电流。

Description

补偿电纳增量法消弧线圈自动调谐控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种电气技术领域的测量和控制方法，具体是一种消弧线圈接地系统的自动跟踪调谐控制技术。

背景技术

随着电网规模的增大以及电缆在配电网中的大量使用，使系统电容电流呈现不断增加的趋势，因此，电网原先已安装的消弧线圈容量不能满足要求，新的消弧线圈就不断地加入，这是形成多台消弧线圈同网并联运行一个主要原因；为提高配电网的供电可靠性，母线并联运行成为系统常出现的运行方式，由此导致的多台消弧线圈同网并联运行的第二个原因；牵手转供电、合环运行等是构成多台消弧线圈同网并联运行的又一个原因。可见，多台消弧线圈并联运行的调谐控制已成为电网运行中亟需解决的问题。

已有多种消弧线圈自动跟踪调谐控制方法，极大值法、阻抗三角形法、相位法、两点法和注入变频信号法等，它们都已用于我国配电网消弧线圈的单机调谐控制，但对多台消弧线圈同网并联运行的调谐测量和控制还没有一种较为成熟的方法，本发明提出一种多台消弧线圈同网并联运行的调谐测量和控制方法，同时也兼顾到消弧线圈的单机调谐控制。

本发明适用于电网有一定自然不对称度(大于0.1％)的架空线电网或架空线和电缆混合电网。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种补偿电纳增量法消弧线圈自动调谐控制方法，即多台消弧线圈同网并联运行的调谐测量和控制方法，同时也兼顾到消弧线圈的单机调谐控制。该方法本质上属于消弧线圈的“随调式”控制，也可叫做“预调式”“随调式”混合控制，即多台(n台)消弧线圈中n-1台“非主调”消弧线圈“预调”(电网正常运行时预先输出补偿电流)，第n台“主调”消弧线圈“随调”(调节使电网达到“全补偿”的余缺电流)。本发明适用于电网有一定自然不对称度(大于0.1％)的架空线电网或架空线和电缆混合电网。

技术方案：本发明的补偿电纳增量法消弧线圈自动调谐控制方法包括以下步骤：

步骤a.在消弧线圈送电运行的第一时间就依据母线联络开关分合状态确定被调谐控制的消弧线圈是“主调”机还是“非主调”机；若是“非主调”机，则“预先输出固定的补偿电感量”，并实时监视母线联络开关分合状态，随时准备改变该消弧线圈的调谐控制方式；若是“主调”机，则进行步骤b；

步骤b.用补偿电纳增量法测量和记录为使电网达到“全补偿”所需要“主调”消弧线圈输出的补偿电流ΔI_L，并测量、记录下相应的电网相对不平衡度 $U_{01}^{*}=U_{01}/E_{\mathrm{\φ}};$

步骤c.电网正常运行时测量中性点偏移电压U₀和相电势E_φ，得： $U_{02}^{*}=U_{02}/E_{\mathrm{\&phi;}},$ 计算电网的不平衡度 $\mathrm{\&Delta;}{U}_0^{*}=U_{02}^{*}-U_{01}^{*}$ 增量，若 $\mathrm{\&Delta;}{U}_0^{*}\&GreaterEqual;\mathrm{\&Delta;}{U}_{0\mathrm{dz}}^{*},$ 说明电网的三相对地电容C_A、C_B和C_C发生了变化，退回到步骤a；若 $\mathrm{\&Delta;}{U}_0^{*}<\mathrm{\&Delta;}{U}_{0\mathrm{dz}}^{*},$ 其中为不平衡度增量整定值，说明电网的三相对地电容C_A、C_B和C_C没有发生变化，则进行步骤d；

步骤d.测量电网中性点偏移电压U₀是否超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，若没有超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，则说明电网正常运行，转入步骤c进行；若超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，则说明电网发生单相接地故障，立即控制“主调”消弧线圈增加输出已计算好的补偿电流，使电网尽快进入“全补偿”状态，熄灭故障电弧，并进入步骤e；

步骤e.消弧线圈动作后，监视中性点偏移电压U₀的变化，若U₀≥U_0dz2，则说明电网单相接地故障仍然存在，消弧线圈继续动作，输出补偿电流；若U₀≤U_0dz2，则说明电网单相接地故障已消失，电网开始正常运行，立即控制“主调”消弧线圈恢复原态，调谐控制器退回到步骤c运行；其中U_0dz2是消弧线圈停止动作的整定值，一般U_0dz2≥U_0dz1。

补偿电纳增量法由如下步骤完成：

①在未调谐测量以前，测量出电网正常运行状态下的零序电压U₀₁；

②控制“主调”消弧线圈输出一个“已知的”补偿电纳增量

并再测量电网的零序电压U₀₂；

③由式1或式2计算出使电网达到“全补偿”要求“主调”消弧线圈增加输出的补偿电流Δ_IL；

$\mathrm{\&Delta;}{I}_L=\frac{U_{02}}{U_{02}-U_{01}}\mathrm{\&Delta;}{I}_B$ 式1

$\mathrm{\&Delta;}{I}_L=\frac{U_{01}}{U_{02}-U_{01}}\mathrm{\&Delta;}{I}_B+\mathrm{\&Delta;}{I}_B$ 式2

式中： $\mathrm{\&Delta;}{I}_B=\mathrm{\&Delta;}\frac{1}{\mathrm{\&omega;L}}{E}_{\mathrm{\&phi;}}$

④依据ΔI_B和ΔI_L值确定使电网达到“全补偿”要求“主调”消弧线圈“增加”输出的补偿电流；若测量扰动补偿电流Δ_IB>0，ΔI_L计算值为正时，表明需要“主调”消弧线圈“增加输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”；ΔI_L计算值为负时，表明需要“主调”消弧线圈“减少输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”。若测量扰动补偿电流ΔI_B<0时，则反之。即ΔI_L计算值为正时，表明需要“主调”消弧线圈“减少输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”；ΔI_L计算值为负时，表明需要“主调”消弧线圈“增加输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”。

有益效果：本发明提供一种既适用于多台消弧线圈同网并联运行的调谐测量和控制，同时也适用于消弧线圈的单机调谐控制；既可作为新消弧线圈制造的配套控制器技术，如硬件条件允许，也可对已运行的旧消弧线圈的控制器进行程序改进。它有测量调谐原理思路清晰、计算简单、很易用单片机实现、所用费用低等优点。当用于n台(多台)消弧线圈同网并联运行的调谐控制时，不需要准确知道n-1台“非主调”消弧线圈预先输出的补偿电流量，这特别适用于n台不同制造商生产的消弧线圈同网并联运行的调谐控制。

附图说明

图1是调谐控制软件流程，

图2是调谐控制硬件结构，

图3是多台消弧线圈同网并联运行等值电路。

具体实施方式

为了实现上述目的，本发明的技术方案采取以下5步来实现：

①在消弧线圈送电运行的第一时间就依据母线联络开关分合状态确定被调谐控制的消弧线圈是“主调”机还是“非主调”机。若是“非主调”机，则“预先输出固定的补偿电感量”，这一“预先输出固定的补偿电感量”是依据该消弧线圈的安装位置和补偿容量确定并编入该消弧线圈的调谐控制程序中。随即实时监视母线联络开关分合状态，随时准备改变该消弧线圈的调谐控制方式。若是“主调”机，则进行第②步。

②用补偿电纳增量法测量和记录为使电网达到“全补偿”所需要“主调”消弧线圈输出的补偿电流ΔI_L，并测量、记录下电网的相对不平衡度 $U_{01}^{*}=U_{01}/E_{\mathrm{\&phi;}}.$

对于n台消弧线圈同网并联运行的消弧线圈接地系统，由于“主调”以外的n-1台消弧线圈的输出补偿电流往往是难以准确“预知的”，能准确“预知的”是“主调”消弧线圈的输出补偿电流，因此，这种条件下应该测量计算出“主调”消弧线圈需要“增加输出”多少补偿电流或是需要“减少输出”多少补偿电流才能使电网达到“全补偿”。

需要“主调”消弧线圈输出的补偿电流通过以下4步测量计算完成：

A、在未调谐测量以前，测量出电网正常运行状态下的零序电压U₀₁；

B、控制“主调”消弧线圈输出一个“已知的”补偿电纳增量并再测量电网的零序电压U₀₂；

C、用式(1)或(2)计算出使电网达到“全补偿”要求“主调”消弧线圈增加输出的补偿电流ΔI_L。

$\mathrm{\&Delta;}{I}_L=\frac{U_{02}}{U_{02}-U_{01}}\mathrm{\&Delta;}{I}_B$ (1)

$\mathrm{\&Delta;}{I}_L=\frac{U_{01}}{U_{02}-U_{01}}\mathrm{\&Delta;}{I}_B+\mathrm{\&Delta;}{I}_B$ (2)

D、依据ΔI_B和ΔI_L值确定使电网达到“全补偿”要求“主调”消弧线圈“增加”输出的补偿电流。若测量扰动补偿电流ΔI_B>0，ΔI_L计算值为正时，表明需要“主调”消弧线圈“增加输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”；ΔI_L计算值为负时，表明需要“主调”消弧线圈“减少输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”。若测量扰动补偿电流ΔI_B<0时，则反之。即ΔI_L计算值为正时，表明需要“主调”消弧线圈“减少输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”；ΔI_L计算值为负时，表明需要“主调”消弧线圈“增加输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”。

③电网正常运行时中性点偏移电压U₀的变化有两个原因，一是电网电压的波动，即E_φ的变化；二是电网不平衡度的变化，即电网三相对地电容C_A、C_B和C_C的变化而导致的U₀的变化，因此，用电网的不平衡度增量

能准确地检查电网的三相对地电容C_A、C_B和C_C是否发生变化，也即检查出电网有无开关操作(供电线路的投切)或是母线联络的变化。电网正常运行时测量中性点偏移电压U₀和相电势E_φ，得： $U_{02}^{*}=U_{02}/E_{\mathrm{\&phi;}},$ 计算电网的不平衡度增量 $\mathrm{\&Delta;}{U}_0^{*}=U_{02}^{*}-U_{01}^{*},$ 若 $\mathrm{\&Delta;}{U}_0^{*}\&GreaterEqual;\mathrm{\&Delta;}{U}_{0\mathrm{dz}}^{*},$ 说明电网的三相对地电容C_A、C_B和C_C发生了变化，退回到第①步；若 $\mathrm{\&Delta;}{U}_0^{*}<\mathrm{\&Delta;}{U}_{0\mathrm{dz}}^{*},$ 说明电网的三相对地电容C_A、C_B和C_C没有发生变化，则进行第④步。

④电网中性点不平衡电压U₀值可准确地反映电网有无单相接地故障。测量电网中性点不平衡电压U₀是否超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，若没有超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，则说明电网正常运行，转入第③部进行；若超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，则说明电网发生单相接地故障，立即控制“主调”消弧线圈增加输出已计算好的补偿电流，使电网尽快进入“全补偿”状态，熄灭故障电弧，并进入第⑤步。

⑤消弧线圈动作后，监视中性点不平衡电压U₀的变化，若U₀≥U_0dz2(U_0dz2是消弧线圈停止动作的整定值，一般U_0dz2≥U_0dz1)，则说明电网单相接地故障仍然存在，消弧线圈继续动作，输出补偿电流；若U₀≤U_0dz2，则说明电网单相接地故障已消失，电网开始正常运行，立即控制“主调”消弧线圈恢复原态，调谐控制器退回到第③步运行。

5步的实施流程见图1。

本发明的实施可直接从PT二次侧取得电网的母线电压信号和零序电压信号，在消弧线圈接地处套一个高精度的电流互感器取得补偿电流信号，调谐控制器设有n个开关量输入口，用于接入母线联络开关分合状态，调谐控制器硬件结构见图2。

①在消弧线圈送电运行的第一时间就依据母线联络开关分合状态确定被调谐控制的消弧线圈是“主调”机还是“非主调”机。若是“非主调”机，则“预先输出固定的补偿电感量”，这一“预先输出固定的补偿电感量”是依据该消弧线圈的安装位置和补偿容量确定并编入该消弧线圈的调谐控制程序中的。随即实时监视母线联络开关分合状态，随时准备改变该消弧线圈的调谐控制方式。若是“主调”机，则进行第②步。

②用补偿电纳增量法测量和记录为使电网达到“全补偿”所需要“主调”消弧线圈输出的补偿电流ΔI_L，并测量、记录下电网的相对不平衡度 $U_{01}^{*}=U_{01}/E_{\mathrm{\&phi;}}.$ 需要“主调”消弧线圈输出的补偿电流通过以下4步测量计算完成：

A、电网的自然阻尼率很低(一般在3~5％)，考虑到“随调式”控制方式基本不增加电网的阻尼，因此，可用图3等效表示。在未调谐测量以前，测量出电网正常运行状态下的零序电压U₀₁，由图3得： ${\stackrel{.}{U}}_{01}=\frac{\mathrm{\&omega;}{C}_A+{\mathrm{\&alpha;}}^2\mathrm{\&omega;}{C}_B+\mathrm{\&alpha;\&omega;}{C}_C}{\mathrm{\&omega;}{C}_{\mathrm{\&Sigma;}}-1/\mathrm{\&omega;L}}{\stackrel{.}{E}}_A;$ (3)式中：(α＝e^j2π/3，C_Σ＝C_A+C_B+C_C)

B、控制“主调”消弧线圈输出一个“已知的”补偿电纳增量

并再测量电网的零序电压U₀₂： ${\stackrel{.}{U}}_{02}=-\frac{\mathrm{\&omega;}{C}_A+{\mathrm{\&alpha;}}^2\mathrm{\&omega;}{C}_B+\mathrm{\&alpha;\&omega;}{C}_C}{\mathrm{\&omega;}{C}_{\mathrm{\&Sigma;}}-\frac{1}{\mathrm{\&omega;L}}-\mathrm{\&Delta;}\frac{1}{\mathrm{\&omega;L}}}{\stackrel{.}{E}}_A;---\left(4\right)$

C、由式(3)和(4)可见，

和

是两个同方向的相量。因此，可用式(1)或(2)计算出使电网达到“全补偿”要求“主调”消弧线圈增加输出的补偿电流ΔI_L。D、依据ΔI_B和ΔI_L值确定使电网达到“全补偿”要求“主调”消弧线圈“增加”输出的补偿电流。若测量扰动补偿电流ΔI_B>0，ΔI_L计算值为正时，表明需要“主调”消弧线圈“增加输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”；ΔI_L计算值为负时，表明需要“主调”消弧线圈“减少输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”。若测量扰动补偿电流ΔI_B<0时，则反之。即ΔI_L计算值为正时，表明需要“主调”消弧线圈“减少输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”；ΔI_L计算值为负时，表明需要“主调”消弧线圈“增加输出”大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到“全补偿”。

③电网正常运行时中性点偏移电压U₀的变化有两个原因，一是电网电压的波动，即E_φ的变化；二是电网不平衡度的变化，即电网三相对地电容C_A、C_B和C_C的变化而导致的U₀的变化，因此，用电网的不平衡度

增量能准确地检查电网的三相对地电容C_A、C_B和C_C是否发生变化，也即检查出电网有无开关操作(供电线路的投切)或是母线联络的变化。电网正常运行时测量中性点偏移电压U₀和相电势E_φ，得： $U_{02}^{*}=U_{02}/E_{\mathrm{\&phi;}},$ 计算电网的不平衡度增量 $\mathrm{\&Delta;}{U}_0^{*}=U_{02}^{*}-U_{01}^{*},$ 若 $\mathrm{\&Delta;}{U}_0^{*}\&GreaterEqual;\mathrm{\&Delta;}{U}_{0\mathrm{dz}}^{*},$ 说明电网的三相对地电容C_A、C_B和C_C发生了变化，退回到第①步；若 $\mathrm{\&Delta;}{U}_0^{*}<\mathrm{\&Delta;}{U}_{0\mathrm{dz}}^{*},$ 说明电网的三相对地电容C_A、C_B和C_C没有发生变化，则进行第④步。

④电网中性点不平衡电压U₀值可准确地反映电网有无单相接地故障。测量电网中性点不平衡电压U₀是否超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，若没有超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，则说明电网正常运行，转入第③部进行；若超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，则说明电网发生单相接地故障，立即控制“主调”消弧线圈增加输出已计算好的补偿电流，使电网尽快进入“全补偿”状态，熄灭故障电弧，并进入第⑤步。

⑤消弧线圈动作后，监视中性点不平衡电压U₀的变化，若U₀≥U_0dz2(U_0dz2是消弧线圈停止动作的整定值，一般U_0dz2≥U_0dz1)，则说明电网单相接地故障仍然存在，消弧线圈继续动作，输出补偿电流；若U₀≤U_0dz2，则说明电网单相接地故障已消失，电网开始正常运行，立即控制“主调”消弧线圈恢复原态，调谐控制器退回到第③步运行。

Claims (1)

1.一种补偿电纳增量法消弧线圈自动调谐控制方法，其特征是该调谐控制方法包括以下步骤：

步骤a.在消弧线圈送电运行的第一时间就依据母线联络开关分合状态确定被调谐控制的消弧线圈是主调机还是非主调机；若是非主调机，则预先输出固定的补偿电感量，并实时监视母线联络开关分合状态，随时准备改变该消弧线圈的调谐控制方式；若是主调机，则进行步骤b；

步骤b.用补偿电纳增量法测量和记录为使电网达到全补偿所需要主调消弧线圈输出的补偿电流ΔI_L，并测量、记录下相应的电网相对不平衡度

其中有：电网正常运行状态下的零序电压U₀₁；

步骤c.电网正常运行时测量中性点偏移电压U₀和相电势E_φ，得： 

计算电网的不平衡度增量

若

说明电网的三相对地电容C_A、C_B和C_C发生了变化，退回到步骤a；若

其中ΔU_0dz ^*为不平衡度增量整定值，说明电网的三相对地电容C_A、C_B和C_C没有发生变化，则进行步骤d；其中有：电网的零序电压U₀₂，电网相对不平衡度U₀₂ ^*：，

步骤d.测量电网中性点偏移电压U₀是否超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，若没有超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，则说明电网正常运行，转入步骤c进行；若超过消弧线圈动作整定值U_0dz1，则说明电网发生单相接地故障，立即控制主调消弧线圈增加输出已计算好的补偿电流，使电网尽快进入“全补偿”状态，熄灭故障电弧，并进入步骤e；

步骤e.消弧线圈动作后，监视中性点偏移电压U₀的变化，若U₀≥U_0dz2，则说明电网单相接地故障仍然存在，消弧线圈继续动作，输出补偿电流；若U₀≤U_0dz2，则说明电网单相接地故障已消失，电网开始正常运行，立即控制主调消弧线圈恢复原态，调谐控制器退回到步骤c运行；其中U_0dz2是消弧线圈停止动作的整定值，U_0dz2≥U_0dz1；

补偿电纳增量法由如下步骤完成：

①在未调谐测量以前，测量出电网正常运行状态下的零序电压U₀₁；

②控制主调消弧线圈输出一个已知的补偿电纳增量 

并再测量电网的零序电压U₀₂；

③由式1或式2计算出使电网达到全补偿要求主调消弧线圈增加输出的补偿电流ΔI_L；

式1

式2

式中：

④依据ΔI_B和ΔI_L值确定使电网达到全补偿要求主调消弧线圈增加输出的补偿电流；若测量扰动补偿电流ΔI_B＞0，ΔI_L计算值为正时，表明需要主调消弧线圈增加输出大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到全补偿；ΔI_L计算值为负时，表明需要主调消弧线圈减少输出大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到全补偿；若测量扰动补偿电流ΔI_B＜0时，则反之，即ΔI_L计算值为正时，表明需要主调消弧线圈减少输出大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到全补偿；ΔI_L计算值为负时，表明需要主调消弧线圈增加输出大小为ΔI_L的补偿电流，电网达到全补偿。 

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