CN101598933B - 数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法，该方法包括如下步骤：(1)控制装置通过数据通信的方式，每工频周期获取一次数字化消弧线圈中性点电压和电流的采样原始值以及一次当前数字消弧线圈的电感值；(2)控制装置计算中性点电压与中性点电流的幅值与相角；(3)控制装置每50工频周期计算一次当前电力系统中等值的电容电流；(4)控制装置将电容电流与数字消弧线圈的电感值比较，并发出调节电感值的指令。本发明采用数字信息传输，取代了传统的电缆连接和模拟信号传输；数字信号在传输过程中不会受到电磁干扰，也不会因电流长距离传输导致波形畸变，提高了测量的精度。
Description
技术领域：
本发明涉及电力系统中性点接地领域，具体是一种数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法。
背景技术：
数字化变电站技术对于传统的变电站是一次革命性的创新，随着各项技术的成熟和发展，数字化变电站技术将成为未来变电站自动化技术发展的方向。IEC 61850《变电站网络与通信协议》标准(以下简称IEC 61850)是数字化变电站技术的核心支撑。
数字化消弧线圈是指符合IEC 61850标准的，符合数字化变电站工程要求的，新一代具有自动调谐功能的消弧线圈成套系统。相对于传统的自动调谐式消弧线圈，其数据采集、控制方法发生了很大变化，具有明显的数字化、智能化特征。
消弧线圈用于配电网中性点接地系统，本质上是一台单相可调电抗器。安装消弧线圈装置后，当配电网发生单相接地故障时可减小故障点电流，迅速熄灭接地电弧，抑制接地弧光过电压和铁磁谐振过电压，使电网可带故障运行2小时，大大减少了停电次数，提高了供电可靠性。
目前的消弧线圈系统一般均已实现自动调谐功能，整套装置由一次设备、二次设备两部分构成，一次部分包括消弧线圈及其电感调谐装置、电压互感器(PT)、电流互感器(CT)等，二次部分主要是微机自动化控制装置(以下简称控制装置)。一次设备和二次设备之间通过大量的电缆连接，用以传送电压、电流、控制等信号。控制装置通过采集到的电压、电流等信息，通过一定的算法，计算出当前电力系统中的电容电流大小。然后根据电容电流发出控制信号，调节消弧线圈到合适的电感值，补偿系统的电容电流。这一过程是在微机控制下自动完成的。
在数字化消弧线圈系统中，电子式电压互感器(EPT)、电子式电流互感器(ECT)等代替了传统的电压互感器(PT)、电流互感器(CT)，一次、二次设备之间采用数字信号通信，代替了电缆连接传送模拟信号的方式，使整套装置采样、计算、决策过程发生了很大变化。因此，传统的自动调谐通信控制方法已不适用于数字化消弧线圈系统。
发明内容：
本发明针对现有消弧线圈系统中自动调谐通信控制方法无法适应数字化消弧线圈系统通信控制要求等问题，而提出一种适用于数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法，该方法基于数字化消弧线圈系统实施，其包括如下步骤：
(1)控制装置通过数据通信的方式，每工频周期获取一次数字化消弧线圈中性点电压的采样原始值与中性点电流的采样原始值；每工频周期获取一次当前数字消弧线圈的电感值；
(2)控制装置利用获得的采样值计算数字消弧线圈中性点电压与中性点电流的幅值与相角；
(3)控制装置每50工频周期利用获取的电压电流信息计算一次当前电力系统中等值的电容电流；
(4)控制装置将系统电压和数字消弧线圈的电感值的比值与步骤(3)计算得到的电容电流比较，并发出调节电感值的指令。
所述控制装置与数字化消弧线圈之间的通信介质为光纤。
所述控制装置与数字化消弧线圈之间的处理速度和通信速率均大于100Mbps。
所述步骤(1)中每工频周期为20ms，且每个工频周期内采样80点。
所述步骤(1)中控制装置与消弧线圈之间的数据通信采用以太网数据格式；所述一组完整的以太网数据中包含下列数据：一点中性点电压采样数据，一点中性点电流采样数据，及当前电感值。
所述控制装置与数字化消弧线圈之间采用每采样一点数据发送一个以太网数据包方式进行数据通信。
所述步骤(2)中控制装置将接收到的含有相关原始采样值的数据包解析，获得原始采样值，并计算得到中性点电压和中性点电流的幅值与相角。
所述步骤(4)中控制装置与消弧线圈之间的指令信息采用以太网广播形式。
根据上述技术方案得到的本发明采用数字信息传输，取代了传统的电缆连接和模拟信号传输；数字信号在传输过程中不会受到电磁干扰，也不会因电流长距离传输导致波形畸变，提高了测量的精度。同时控制装置与消弧线圈之间的指令信息采用以太网广播的形式，不创建网络连接，减少响应时间，达到动作快速执行的目的。
本发明采用光纤作为通信介质，不受电磁干扰的影响，一次设备与二次设备完全隔离，安全性好。
本发明发出控制指令时，采用软件虚拟触点的方式，取代传统的硬接点遥信方式，避免了继电器等电气元件的故障因素，提高了可靠性。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明的实施示意图。
图2为本发明信息控制方法的逻辑图。
图3为本发明实施流程图。
图4为本发明中以太网桢格式示意图。
图5为以太网桢格式中APDU的结构示意图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
目前的消弧线圈系统一般均已实现自动调谐功能，整套装置由一次设备、二次设备两部分构成，一次部分包括消弧线圈及其电感调谐装置、电压互感器(PT)、电流互感器(CT)等，二次部分主要是微机自动化控制装置，即控制 装置。
在数字化消弧线圈系统中，一次、二次设备之间采用数字信号通信，代替了电缆连接传送模拟信号的方式。如图1所示，控制装置103和消弧线圈101采用光纤102作为通信介质。
其中，光纤102包含2芯，消弧线圈101的通信发送接口通过光纤102的一根芯连接控制装置103的通信接收端口，消弧线圈101的通信接收接口通过光纤102的另一根芯连接控制装置103的通信发送端口。
在数字化消弧线圈系统中消弧线圈101，其作用与一般的消弧线圈相同。当电力系统发生单相接地故障时，消弧线圈可迅速熄灭接地电弧，抑制接地弧光过电压和铁磁谐振过电压，减少停电次数，提高供电可靠性。
光纤102用作为消弧线圈101与控制装置103之间的通信介质。
而控制装置103为整个数字化消弧线圈系统的自动控制中心，实现消弧线圈101的自动调谐机制。
如图2所示，本发明中的消弧线圈101与控制装置103之间的信息流如下：
其中消弧线圈101获取中性点电压、中性点电流及电感值信号，并发送至控制装置103；控制装置103发送调节电感的指令至消弧线圈101；
基于上述原理，本发明提供的信息控制方法如图3所示：
本发明提供的方法实施基于消弧线圈101安装并运行于电力系统中性点，消弧线圈101的两端存在一定的电压U，流过消弧线圈101有一定的电流I，消弧线圈101的电感值在某一位置L1。
第一步，控制装置通过数据通信的方式，每工频周期获取一次数字化消弧线圈中性点电压的采样原始值与中性点电流的采样原始值；每工频周期获取一次当前数字消弧线圈的电感值；本发明中每工频周期为20ms，且中性点电压和中性点电流进行原始值采用时，每个工频周期内采样80点。
控制装置与消弧线圈之间的通信数据采用以太网数据格式，一组完整的以太网数据中包含下列数据：中性点电压采样数据，中性点电流采样数据，及当前电感值，每采样一点数据发送一个以太网数据包。以太网数据格式即以太网桢格式如图4所示，各部分含义见图中说明，其中以太网类型用于标识不同的数据：采样数据定义为88BA，控制信号定义为88B8。APPID作为应用标识，区分不 同数字化消弧线圈装置的数据。长度Length为包括以APPID开始的以太网类型PDU在内的八位位组的数目。APDU的结构如图5所示。
为了达到采用的2‰精度要求，控制装置与数字化消弧线圈之间的处理速度和通信速率均大于100Mbps。
第二步，控制装置利用接收到的原始采样值，通过傅立叶变换计算出中性点电压和中性点电流的幅值和相角，并作为计算电容电流的依据。
第三步，控制装置每50工频周期，即1s，利用获取不同时刻的电流以及相关量计算一次当前电力系统中等值的电容电流。具体方法为：
通过调节消弧线圈档位，改变其电感值，获取改变前后的电流幅值和相角，利用专有公式计算出电容的容抗，最终再根据不同的电压等级得出系统的等值电容电流。
第四步，控制装置将步骤(3)计算得到的电容电流与数字消弧线圈的电感值比较，并发出调节电感值的指令，消弧线圈收到指令后执行：
假设系统电压为U，电感值为L，电容电流为Ic，如果U/L-Ic大于5，则应增大消弧线圈电感值，如果小于1，则应减小消弧线圈电感值。最终，使得U/L-Ic的范围在1-5内。
该控制装置对消弧线圈发出的指令信息采用以太网广播形式，不创建连接，这样能够减少响应时间，达到动作快速执行的目的。控制器发出的指令为一个包含3个BOOL量的数据集：{B1，B2，B3}。含义分别为：B1为1，上调命令；B2为1，下调命令；B3为1，停止调节命令。在不需要发出指令时，控制装置等时发出包含数据集的以太网包，当需要调节或停止调节时，立刻改变数据集数据，并发出指令。消弧线圈根据接收到相应的0，1跳变，执行相应的动作。
本发明将实现了数字化消弧线圈的自动调谐控制方法，满足数字化变电站的运行要求。本发明可满足日益开展的数字化变电站工程建设中，对消弧线圈设备的实际需要，具有良好的实用和推广价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法，该方法基于数字化消弧线圈系统实施，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
(1)控制装置通过数据通信的方式，每工频周期获取一次数字化消弧线圈中性点电压的采样原始值与中性点电流的采样原始值；每工频周期获取一次当前数字消弧线圈的电感值；
(2)控制装置利用获得的采样值计算数字消弧线圈中性点电压与中性点电流的幅值与相角；
(3)控制装置每50工频周期利用获取的电压电流信息计算一次当前电力系统中等值的电容电流；
(4)控制装置将系统电压和数字消弧线圈的电感值的比值与步骤(3)计算得到的电容电流比较，并发出调节电感值的指令。
2.根据权利要求1所述的数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法，其特征在于，所述控制装置与数字化消弧线圈之间的通信介质为光纤。
3.根据权利要求1或2所述的数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法，其特征在于，所述控制装置与数字化消弧线圈之间的处理速度和通信速率均大于100Mbps。
4.根据权利要求1所述的数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中每工频周期为20ms，且每个工频周期内采样80点。
5.根据权利要求1或4所述的数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中控制装置与消弧线圈之间的数据通信采用以太网数据格式，创建并保持一个连接；一组完整的以太网数据中包含下列数据：中性点电压采样数据，中性点电流采样数据，及当前电感值。
6.根据权利要求5所述的数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法，其特征在于，所述控制装置与数字化消弧线圈之间采用每采样一点数据发送一个以太网数据包方式进行数据通信。
7.根据权利要求1所述的数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中控制装置将接收到的含有相关原始采样值的数据包解析，获得原始采样值，并计算得到中性点电压和中性点电流的幅值与相角。
8.根据权利要求1所述的数字化消弧线圈的自动调谐通信控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中控制装置与消弧线圈之间的指令信息采用以太网广播形式。
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