CN102004191A - 消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于公开一种消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法，针对现有技术存在的上述不足，利用戴维南等效及本计算方法，测出系统的对地电容电流，不但在实施过程中有效避免了消弧线圈并列运行时因同步采样问题而导致的计算误差，而且简单易行，不影响电网的正常运行，计算精度更高，更适合在线实时跟踪计算系统的电容电流，实现本发明的目的。

Description

消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统电气参数的测量方法，特别涉及一种中、低压配电网的两套消弧线圈并列运行系统中测量系统输电线路的对地电容(即电容电流参数)的消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法。

背景技术

根据DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，单相接地故障电容电流架空线路超过10A或者电缆线路超过30A时，应采用消弧线圈接地方式，且故障点残余电流也不得大于允许值。

随着各地电网规模的不断壮大，自动调谐消弧线圈的应用越来越多，跨系统间的消弧线圈的并列运行也越来越多，准确测量电网系统输电线路的对地电容是消弧线圈自动跟踪补偿装置的主要功能之一，是自动调谐消弧线圈能有效补偿对地电容电流的先决条件。

目前，国内厂家多使用采样值合成的算法来计算电容电流：它把整个系统的采样值数据等效到一个点上(受点称为主机端，发点称为从机端)，主机端的采样值和从机端的采样值进行等效合并为一个新的采样值，然后利用这个采样值使用单机算法进行计算。

但是，上述这个算法有个缺点，因主机端与从机端之间相距较远，采样的信号因同步问题，必然会产生一定的采样误差，进而造成计算的误差的偏大。

综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法，以解决以上提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法，针对现有技术存在的上述不足，不但在实施过程中避免了现有测量方法上的缺点，而且简单易行，不影响电网的正常运行，计算准确，更适合在线实时跟踪计算系统的电容电流。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

(1)设置一套消弧线圈装置的控制器为主机端，主机端负责整个消弧线圈并列运行系统的计算以及对整个消弧线圈并列运行系统进行优化补偿；设置另一套消弧线圈装置的控制器为从机端，从机端负责采集整个消弧线圈并列运行系统的采样值数据、阻尼电阻和补偿状态数据；

(2)待主机端与从机端之间稳定地数据传输后，从机端传回采集整个消弧线圈并列运行系统的采样值数据、阻尼电阻和补偿状态数据；

(3)调节消弧线圈装置的控制器的档位，待主机端与从机端之间稳定地数据传输后，主机端记录下调节档位前后的电网状态变化，根据调节档位前后两个不同状态量数据，利用戴维南等效定理，反推导应用，测出整个消弧线圈并列运行系统的对地电容电流；

(4)主机端根据消弧线圈装置的容量、配置等，自动优化消弧线圈的补偿。

在本发明的一个实施例中，设置主机端时应选择容量大的消弧线圈装置的控制器作为主机端，在调节档位后，一次侧的电压电流的变化量相对较大，更利于计算。

在本发明的一个实施例中，利用戴维南等效定理，将从机端与整个消弧线圈并列运行系统电容等效为一个电阻和一个电抗的组合，具体为：

$R_C=\frac{I_{11}{I}_{12}(X_{11}-X_{12})\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\θ}}{(I_{11}\cos \mathrm{\θ}-I_{12})(I_{12}\cos \mathrm{\θ}-I_{11})-I_{11}{I}_{12}{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

$X_P=\frac{(I_{11}{X}_{11}\cos \mathrm{\θ}-I_{12}{X}_{12})(I_{12}\cos \mathrm{\θ}-I_{11})-I_{11}{I}_{12}{\sin }^2\mathrm{\θ}{X}_{12}}{(I_{11}\cos \mathrm{\θ}-I_{12})(I_{12}\cos \mathrm{\θ}-I_{11})-I_{11}{I}_{12}{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

其中，R_C表示回路总电阻，X₁₁表示一号消弧线圈调档前接入档位的电抗，X₁₂表示一号消弧线圈调档后接入档位的电抗，X_P表示并联部分容抗的绝对值，U₀是戴维南等效电源，I₁₁是调档前一号消弧线圈中点电流，I₁₂是调档后一号消弧线圈中点电流，θ为调档前后相角差。

进一步，求出总阻抗R_C后，利用反推导算法，建立一个关于系统对地电容X_C的一元二次方程：

(X₂+X_P)X_C ²-(R₂ ²+2X₂X_P+X₂ ²)X_C+(R₂ ²+X₂ ²)X_P＝0

该一元二次方程的系数分别为：

A＝X₂+X_P，B＝-(R₂ ²+2X₂X_P+X₂ ²)，C＝(R₂ ²+X₂ ²)X_P

求得系统的系统对地电容X_C和系统的电容电流I_C：

$\mathrm{Xc}=\frac{-B-\sqrt{B^2-4\mathrm{AC}}}{2A},$ $\mathrm{Ic}=\frac{\mathrm{Us}}{\mathrm{Xc}}.$

本发明的消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法，利用戴维南等效及本计算方法，测出系统的对地电容电流，不但在实施过程中有效避免了消弧线圈并列运行时因同步采样问题而导致的计算误差，而且简单易行，不影响电网的正常运行，计算精度更高，更适合在线实时跟踪计算系统的电容电流，实现本发明的目的。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本发明的消弧线圈的系统示意图；

图2为本发明的消弧线圈零序的等效电路图；

图3为戴维南等效图；

图4为戴维南等效后的零序等效电路图。

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。

本发明的消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法，它包括如下步骤：

(1)设置一套消弧线圈装置的控制器为主机端，主机端负责整个消弧线圈并列运行系统的计算以及对整个消弧线圈并列运行系统进行优化补偿；设置另一套消弧线圈装置的控制器为从机端，从机端负责采集整个消弧线圈并列运行系统的采样值数据、阻尼电阻和补偿状态数据；

(2)待主机端与从机端之间稳定地数据传输后，从机端传回采集整个消弧线圈并列运行系统的采样值数据、阻尼电阻和补偿状态数据；

(3)调节消弧线圈装置的控制器的档位，待主机端与从机端之间稳定地数据传输后，主机端记录下调节档位前后的电网状态变化，根据调节档位前后两个不同状态量数据，利用戴维南等效定理，反推导应用，测出整个消弧线圈并列运行系统的对地电容电流；

(4)主机端根据消弧线圈装置的容量、配置等，自动优化消弧线圈的补偿。

在本发明中，设置主机端时应选择容量大的消弧线圈装置的控制器作为主机端，在调节档位后，一次侧的电压电流的变化量相对较大，更利于计算。

系统正常运行时的情况如图1所示，其中R₁、R₂表示一、二号消弧线圈装置阻尼电阻，X₁、X₂表示一、二号消弧线圈装置接入档位的电抗。

现在分析两台消弧线圈装置联机运行时的模型，当母联开关闭合时，两套电网连接在一起，成为一体，这时系统对地电容为两个系统单机情况的系统对地电容之和。

母联闭合后系统的零序回路如图2所示，其中U₀₁、U₀₂为两个系统中性点电压，需要注意的是：U₀₁、U₀₂虽然接近但却不一定相等；X_C为系统总的对地电容。

接下来，将图2等效成更为简洁的形式，利用戴维南定理，对于任意含独立源，线性电阻和线性受控源的单口网络(二端网络)，都可以用一个电压源与电阻相串联的单口网络(二端网络)来等效。

等效部分如图3、图4所示，其中R₂表示二号消弧线圈装置阻尼电阻；X₂表示二号消弧线圈装置接入档位的电抗；Z_P表示图3虚线框内部分的等效戴维南阻抗，为并联总阻抗；需要指出的是此时的U₀已经不再等于系统中性点电压，而是图4虚线框对外开路时的端口电压。

计算时，利用与单机运行计算相同的算法，利用复数圆上电压相量的几何关系，可以列写出方程(1)、(2)，其中，R_C表示回路总电阻，X₁₁表示一号消弧线圈装置调档前接入档位的电抗，X₁₂表示一号消弧线圈装置调档后接入档位的电抗，X_P表示并联部分容抗的绝对值，U₀是戴维南等效电源，I₁₁是调档前一号消弧线圈装置中点电流，I₁₂是调档后一号消弧线圈装置中点电流，θ为调档前后相角差。

I₁₁(X_P-X₁₁)＝I₁₁R_Ctgθ+I₁₂(X_P-X₁₂)secθ     …………(1)

I₁₂R_C＝I₁₁R_Csecθ+I₁₂(X_P-X₁₂)tgθ           …………(2)

联立(1)、(2)可以解出回路总电阻R_C、并联部分的总电抗X_P：

$R_C=\frac{I_{11}{I}_{12}(X_{11}-X_{12})\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\θ}}{(I_{11}\cos \mathrm{\θ}-I_{12})(I_{12}\cos \mathrm{\θ}-I_{11})-I_{11}{I}_{12}{\sin }^2\mathrm{\θ}}...\left(3\right)$

$X_P=\frac{(I_{11}{X}_{11}\cos \mathrm{\θ}-I_{12}{X}_{12})(I_{12}\cos \mathrm{\θ}-I_{11})-I_{11}{I}_{12}{\sin }^2\mathrm{\θ}{X}_{12}}{(I_{11}\cos \mathrm{\θ}-I_{12})(I_{12}\cos \mathrm{\θ}-I_{11})-I_{11}{I}_{12}{\sin }^2\mathrm{\θ}}...\left(4\right)$

令计算得到的总电抗X_P等于戴维南等效部分的电抗值，即：

$X_P=\frac{({R_2}^2+{X_2}^2)X_C-X_2{X_C}^2}{{R_2}^2+{(X_2-X_C)}^2}...\left(5\right)$

R₂为二号消弧线圈装置中性点串入的阻尼电阻大小，X₂为二号消弧线圈装置接入档位的感抗值，建立起一个关于X_C的一元二次方程：

(X₂+X_P)X_C ²-(R₂ ²+2X₂X_P+X₂ ²)X_C+(R₂ ²+X₂ ²)X_P＝0  ...(6)

该一元二次方程的系数分别为：

A＝X₂+X_P，B＝-(R₂ ²+2X₂X_P+X₂ ²)，C＝(R₂ ²+X₂ ²)X_P

计算出该一元二次方程的系数后，代入一元二次方程根的表达式(7)，得到X_C的两个代数解，其中有一个是在工程上是不合理的，将其舍去，由此可得到X_C的的最终结果。

$\mathrm{Xc}=\frac{-B\±\sqrt{B^2-4\mathrm{AC}}}{2A}...\left(7\right)$

$\mathrm{Ic}=\frac{\mathrm{Us}}{\mathrm{Xc}}...\left(8\right)$

I_C对应系统的电容电流，数据稳定后，主机端根据电容电流，调配两台消弧线圈装置到合适的补偿位置。

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 (4)

1.一种消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

(1)设置一套消弧线圈装置的控制器为主机端，主机端负责整个消弧线圈并列运行系统的计算以及对整个消弧线圈并列运行系统进行优化补偿；设置另一套消弧线圈装置的控制器为从机端，从机端负责采集整个消弧线圈并列运行系统的采样值数据、阻尼电阻和补偿状态数据；

(2)待主机端与从机端之间稳定地数据传输后，从机端传回采集整个消弧线圈并列运行系统的采样值数据、阻尼电阻和补偿状态数据；

(3)调节消弧线圈装置的控制器的档位，待主机端与从机端之间稳定地数据传输后，主机端记录下调节档位前后的电网状态变化，根据调节档位前后两个不同状态量数据，利用戴维南等效定理，反推导应用，测出整个消弧线圈并列运行系统的对地电容电流；

(4)主机端根据消弧线圈装置的容量、配置等，自动优化消弧线圈的补偿。

2.如权利要求1所述的消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法，其特征在于，设置主机端时应选择容量大的消弧线圈装置的控制器作为主机端，在调节档位后，一次侧的电压电流的变化量相对较大，更利于计算。

3.如权利要求1所述的消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法，其特征在于，利用戴维南等效定理，将从机端与整个消弧线圈并列运行系统电容等效为一个电阻和一个电抗的组合，具体为：

$R_C=\frac{I_{11}{I}_{12}(X_{11}-X_{12})\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\θ}}{(I_{11}\cos \mathrm{\θ}-I_{12})(I_{12}\cos \mathrm{\θ}-I_{11})-I_{11}{I}_{12}{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

$X_P=\frac{(I_{11}{X}_{11}\cos \mathrm{\θ}-I_{12}{X}_{12})(I_{12}\cos \mathrm{\θ}-I_{11})-I_{11}{I}_{12}{\sin }^2\mathrm{\θ}{X}_{12}}{(I_{11}\cos \mathrm{\θ}-I_{12})(I_{12}\cos \mathrm{\θ}-I_{11})-I_{11}{I}_{12}{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

其中，R_C表示回路总电阻，X₁₁表示一号消弧线圈调档前接入档位的电抗，X₁₂表示一号消弧线圈调档后接入档位的电抗，X_P表示并联部分容抗的绝对值，U₀是戴维南等效电源，I₁₁是调档前一号消弧线圈中点电流，I₁₂是调档后一号消弧线圈中点电流，θ为调档前后相角差。

4.如权利要求3所述的消弧线圈并列运行系统中计算线路电容的方法，其特征在于，求出总阻抗R_C后，利用反推导算法，建立一个关于系统对地电容X_C的一元二次方程：

(X₂+X_P)X_C ²-(R₂ ²+2X₂X_P+X₂ ²)X_C+(R₂ ²+X₂ ²)X_P＝0

该一元二次方程的系数分别为：

A＝X₂+X_P，B＝-(R₂ ²+2X₂X_P+X₂ ²)，C＝(R₂ ²+X₂ ²)X_P    

求得系统的系统对地电容X_C和系统的电容电流I_C：

$\mathrm{Xc}=\frac{-B-\sqrt{B^2-4\mathrm{AC}}}{2A},$ $\mathrm{Ic}=\frac{\mathrm{Us}}{\mathrm{Xc}}.$

Images