CN101465545A

CN101465545A - 串补系统中次同步谐振的检测方法

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Publication number: CN101465545A
Application number: CNA2009100291275A
Authority: CN
Inventors: 方太勋; 段振坤; 张慧卿; 周启文; 李国武; 武宇平; 孙集伟
Original assignee: NORTH CHINA GRID CO Ltd ZHANGJIAGANG POWER SUPPLY Co; NR Electric Co Ltd
Current assignee: NORTH CHINA GRID CO Ltd ZHANGJIAGANG POWER SUPPLY Co; NR Electric Co Ltd; North China Grid Co Ltd
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: CN101465545B

Abstract

串补系统中次同步谐振(SSR)的检测方法，采用三个数字滤波器：一个二阶的IIR低通滤波器LP，截止频率为30Hz±10Hz；两个二阶IIR带阻滤波器N1和N2；通过级联滤波器SSR_FILTER滤除三相电流的高频分量和基频分量，再对剩余分量取n个采样点三相电流求平均值得到三相电流低频分量的有效值；采样点个数n由以下公式得到：n＝fs/f；将三相电流有效值和预设电流定值I_set比较，大于预设电流定值时，则次同步谐振SSR保护装置动作，串补保护装置收到SSR保护装置动作信号后动作发合闸命令合串补系统旁路开关，串补系统暂时退出运行。

Description

串补系统中次同步谐振的检测方法

技术领域

本发明涉及一种次同步谐振检测方法及应用该方法的保护装置，尤其适用于微机串补保护装置中的次同步谐振保护的次同步谐振检测。

背景技术

在电力系统中为了提高系统的输送容量，采用在线路中串联电容器组，改变线路参数，减小线路阻抗的技术。但是由于串联电容器组的引入，串补线路中会产生低频分量，一般来说与串联系统连接的电厂发电机，其机组轴系的自然扭振频率也处于低频位置，当两者频率相等时就会产生串联LC谐振，即通常所说的次同步谐振(SubsynchronousResonanc，SSR)。SSR最严重的危害形式是发电机大轴突然断裂，系统失去电源，还有一些不容忽视的小损伤即造成机组慢性损伤，缩短寿命，限制机组出力，降低效率。SSR危害的特点是难以避免，固有的发电机轴系扭振与长距离输电网电容串补带来的电气谐振在特定的条件下会彼此互激，对发电机轴系造成伤害；难以预测，系统的正常操作，程度不同的暂态故障都可能激发。因此串补的保护系统一般都要考虑次同步谐振保护。

为了解决次同步谐振的问题，目前国内一般采用两种办法：一是直接抑制次同步谐振，一般是在系统内加装FACTS(柔性交流输电系统)装置，如SVC(静止无功补偿)、TCSC(晶闸管控制的串联补偿)，但是利用这些FACTS装置解决SSR的成本较高，至少需要数百万元，而且其效果也需等待进一步验证。另一种方法是通过软件监测系统中次同步谐振，当发现系统中有次同步谐振出现时，采取措施来保护机组，目前研究的比较多的方法包括频率扫描法、复转矩系数法、小信号分析求特征根法。这些方法理论上可以检测到SSR，但是方法复杂，对于基于DSP的串补微机保护装置，在主频、内存都严格限制的情况下使用这些方法耗用资源太多，不能满足保护快速动作的要求。国内目前一般要求串补的保护装置提供SSR保护接口，在发电机加装SSR保护装置，当该装置检测到SSR时发信号给串补保护装置，后者合闸旁路开关，将串补系统退出运行。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于串补微机保护装置的快速、实用的次同步谐振的检测方法。

本发明的技术方案是，串补系统中次同步谐振的检测方法，其特征是：

(1)串补系统的次同步谐振保护装置采用三个数字滤波器：一个二阶的IIR低通滤波器LP，截止频率为30Hz±10Hz；两个二阶IIR带阻滤波器N1和N2，N1的3dB衰减处的边带频率分别为N1_F3dB1＝45±5Hz和N1_F3dB2＝55±5Hz，N的3dB衰减处的边带频率分别为N2_F3dB1＝45±5Hz和N2_F3dB2＝55±5Hz；将上述3个滤波器LP，N1，和N2级联得到级联滤波器SSR_FILTER，SSR_FILTER采样频率大于1200Hz(设为fs)，满足采样定理。

需要注意的是级联滤波器SSR_FILTER的采样频率可根据实际情况选择，但必须满足采样定理；数字滤波器LF的截止频率参数，以及数字滤波器的N1和N2的3dB衰减处的边带频率参数N1_F3dB1，N1_F3dB2，N2_F3dB1和N2_F3dB2都可根据实际需要进行调整，满足图1所示的幅频特性。

(2)在串联补偿保护装置中，基于DSP平台，根据离散数字Z变换设计级联滤波器SSR_FILTER，滤除三相电流的高频分量和基频分量，再对剩余分量取n个采样点三相电流求平均值得到三相电流低频分量的有效值；采样点个数n由以下公式得到：

n＝fs/f (式1)

其中：n为剩余分量的采样点数；fs为级联滤波器SSR_FILTER的采样频率；f为被测信号的的频率；

滤波器表达式为：

y(n)＝a₁y(n-1)+a₂y(n-2)+b₁x(n)+b₂x(n-1)+b₃x(n-2) (式2)

其运算简单，通过设计三个级联滤波器的不同系数，达到滤除高频分量和基频分量的目的。

(3)将(2)中的三相电流有效值和预设电流定值I_set比较，大于预设电流定值时，则SSR保护装置动作，串补保护装置收到SSR保护装置动作信号后动作发合闸命令合串补系统旁路开关，串补系统暂时退出运行。

步骤(3)完成后，经过预设的时间定值t_set延时后，次同步谐振SSR保护动作，串补保护装置发重投命令，使串补系统再次投入；若再次检测到次同步谐振，则串补系统再次退出运行；在1个小时内若SSR保护3次判别出次同步谐振，则串补保护装置第三次发出合旁路开关命令后闭锁次同步谐振重投功能，使串补系统永久退出运行，直到人为手动解除该闭锁信号。

所述级联滤波器SSR_FILTER的采样频率根据实际情况选择，但必须满足采样定理；数字滤波器LF的截止频率参数，以及数字滤波器的N1和N2的3dB衰减处的边带频率参数N1_F3dB1，N1_F3dB2，N2_F3dB1和N2_F3dB2都可根据实际需要进行调整，总之为了满足图1所示的幅频特性(50Hz处幅频减幅的幅频特性)。

上述预设的电流定值I_set一般设定为线路额定电流的4～7％；预设时间定值t_set一般设定为10分钟～15分钟。

取级联滤波器SSR_FILTER采样频率为1200Hz；其中数字滤波器LP，截止频率为30Hz；一个二阶IIR带阻滤波器N1，其-3dB衰减处的边带频率分别为F3dB1＝44.93Hz，F3dB2＝54.9Hz；另一个二阶IIR带阻滤波器N2，采样频率为1200Hz；级联滤波器其-3dB衰减处的边带频率分别为F3dB1＝45.9Hz，F3dB2＝55.3Hz；根据(式2)计算三个数字滤波器的参数：

y(n)＝a₁y(n-1)+a₂y(n-2)+b₁x(n)+b₂x(n-1)+b₃x(n-2) (式2)

各个滤波器的参数分别为：

滤波器LP：a1＝-1.7786378，a2＝0.800802647，

b1＝0.00554272，b2＝0.0110854344，b3＝0.00554272；

滤波器N1：a1＝-1.884881398，a2＝0.951455455，

b1＝0.97572773；b2＝-1.8848814；b3＝0.97572773

滤波器N2：a1＝-1.884081583，a2＝0.951455455，

b1＝0.97572773，b2＝-1.884081587，b3＝0.97572733。

本发明的有益效果：本发明能够有效的检测线路中的低次谐波分量，方法简单实用，占用微机保护装置的资源较少，运算速度快，可以快速判别出次同步谐振并退出串补系统，可以满足保护装置快速动作的要求。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施案例的数字滤波器SSR_FILTER的幅频特性曲线。

图2为发明实施案例的数字滤波器SSR_FILTER的相频特性曲线。

图3为本发明实施案例的流程图。

具体实施方式

根据大量研究资料表明串补系统中的次同步谐振频率大多发生在20Hz左右，因此检测次同步谐振主要是检测线路电流中频率在20Hz左右的低频分量。为此我们设计了一个数字滤波器来滤去线路电流中的其它分量。

首先需要滤去的是高频分量，因此设计一个二阶的IIR(无限冲击响应滤波器)低通滤波器LP，其截止频率30Hz，采样频率1200Hz；另外由于线路电流中50Hz的基频分量占主要成分，因此设计两个二阶IIR带阻滤波器N1、N2，采样频率均为1200Hz，其中一个F3dB1为44.93Hz，F3dB2为54.9Hz，另一个F3dB1为45.9Hz，F3dB2为55.3Hz。将3个滤波器进行级联得到我们所需的数字滤波器SSR_FILTER。

如图3所示，此同步谐振检测过程为：串补保护装置采样得到的三相线路电流经过内置数字滤波器SSR_FILTER后高频分量和基频分量几乎都被滤除，由于采样频率为1200Hz，采集信号频率为20Hz，通过式(1)计算得到需要对剩余分量取60个采样点的求平均值即可得到低频分量的有效值，将该有效值与预设电流定值(预设定值一般设定为线路额定电流的4～7％)比较，当低频分量有效值大于预设电流定值时，SSR保护动作，串补保护装置发出合闸命令合旁路开关，串补系统暂时退出运行。

n＝fs/f (式1)

经过指定预设时间定值10到15分钟时间后，串补保护装置发重投命令使串补系统再次投入；若仍检测到SSR，则串补系统再次退出运行；在1小时内SSR保护3次判别出次同步谐振，则串补保护装置第三次发出合旁路开关命令后闭锁次同步谐振重投功能，使串补系统永久退出运行，直到人为手动解除该闭锁信号。

根据以上参数根据式(2)可得到级联滤波器SSR_FILTER的三个数字滤波器的系数，IIR滤波器其差分方程为：

y(n)＝a₁y(n-1)+a₂y(n-2)+b₁x(n)+b₂x(n-1)+b₃x(n-2) (式2)

式中：x为输入，y为输出，n为当前采样点。

滤波器LP：a1＝-1.7786378；a2＝0.800802647

b1＝0.00554272；b2＝0.0110854344；b3＝0.00554272

滤波器N1：a1＝-1.884881398；a2＝0.951455455

b1＝0.97572773；b2＝-1.8848814；b3＝0.97572773

滤波器N2：a1＝-1.884081583；a2＝0.951455455

b1＝0.97572773；b2＝-1.884081587；b3＝0.97572733

由图1和图2可知，50Hz的基波分量几乎完全滤掉，20Hz左右的幅值衰减大约为10％。图1中50Hz的基波的滤除特性是：45-55Hz之间有一个凹处，当45Hz-20dB时，50Hz处低于-60dB。

Claims

1、串补系统中次同步谐振的检测方法，其特征是步骤如下：

(1)串补系统的次同步谐振保护装置采用三个数字滤波器：一个二阶的IIR低通滤波器LP，截止频率为30Hz±10Hz；两个二阶IIR带阻滤波器N1和N2，N1的3dB衰减处的边带频率分别为N1_F3dB1＝45±5Hz和N1_F3dB2＝55±5Hz，N2的3dB衰减处的边带频率分别为N2_F3dB1＝45±5Hz和N2_F3dB2＝55±5Hz；将上述3个滤波器LP、N1和N2级联得到级联滤波器SSR_FILTER，SSR_FILTER采样频率大于fs＝1200Hz，满足采样要求；

(2)通过级联滤波器SSR_FILTER滤除三相电流的高频分量和基频分量，再对剩余分量取n个采样点三相电流求平均值得到三相电流低频分量的有效值；采样点个数n由以下公式得到：n＝fs/f (1)

其中：n为剩余分量的采样点数；fs为级联滤波器SSR_FILTER的采样频率；

f为被测信号的的频率；

(3)将步骤(2)中的三相电流有效值和预设电流定值I_set比较，大于预设电流定值时，则次同步谐振SSR保护装置动作，串补保护装置收到SSR保护装置动作信号后动作发合闸命令合串补系统旁路开关，串补系统暂时退出运行。

2、由权利要求1所述串补系统中次同步谐振的检测方法，其特征是：所述步骤(3)完成后，经过预设的时间定值t_set后，次同步谐振SSR保护动作，串补保护装置发重投命令，使串补系统再次投入；若再次检测到次同步谐振，则串补系统再次退出运行；在1个小时内若SSR保护3次判别出次同步谐振，则串补保护装置第三次发出合旁路开关命令后闭锁次同步谐振重投功能，使串补系统永久退出运行，直到人为手动解除该闭锁信号。

3、由权利要求1所述串补系统中次同步谐振的检测方法，其特征是所述级联滤波器SSR_FILTER的采样频率根据实际情况选择，但必须满足采样定理；数字滤波器LF的截止频率参数，以及数字滤波器的N1和N2的3dB衰减处的边带频率参数N1_F3dB1，N1_F3dB2，N2_F3dB1和N2_F3dB2都根据实际需要进行调整，满足50Hz处的幅频减幅的幅频特性。

4、由权利要求1所述串补系统中次同步谐振的检测方法，其特征是：所述的预设电流定值I_set设定为线路额定电流的4～7％。

5、由权利要求2所述串补系统中次同步谐振的检测方法，其特征是：所述预设时间定值t_set设定为10分钟～15分钟。