CN102761119B - 变参比压法的消弧线圈跟踪调谐控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变参比压法的消弧线圈跟踪调谐控制方法，只需调节消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数改变一次即可精确测量电网对地分布电容和分布电导在随调式和预调式消弧线圈均可使用。本发明既适用于单一调阻或单一调感方式的消弧线圈也适用于同时调阻调感的消弧线圈。本发明在自然不对称度较高电网和自然不对称度较低电网均可使用，在自然不对称度较低电网通过接入偏置原件增大系统不对称度实现电网对地分布电容和分布电导的精确测量，消除理论测量误差。本发明调谐测量方式简单，可在线实时测量调谐，不影响系统运行，精确度高，适用范围极其广泛。

Description

变参比压法的消弧线圈跟踪调谐控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种电气技术的测量和控制方法，具体是谐振接地系统电网对地参数测量和消弧线圈跟踪调谐的技术。

背景技术

谐振接地系统发生接地故障时，故障残流越小越有利于接地电弧的自行熄灭并减缓故障点恢复电压的上升速度，而减小故障电流的前提是精确测量电网对地分布电容和分布电导。目前广泛使用的消弧线圈自动调谐方法基本分为三类：一类适用于可连续调感的消弧线圈如相位法、极值法，通过对某一参数的测量调节逐渐逼近至全补偿状态，需要对谐机构进行反复操作，缩短调谐机构的寿命，这类调谐方法具有一定的局限性；另一类是根据电容电流进行调谐既直接测量电容电流，如两点法、三点法、位移电压曲线法等，每测量电容电流一次，消弧线圈必须两次投切分接头；第三类是注入法，该方式所需原件复杂，实现消弧线圈的调谐的同时也给系统带来谐波的危害。

经对现有技术领域的检索发现，中国专利申请号为200710041963.6，授权公告号为CN100570377C，专利名称为：消弧线圈自动跟踪补偿装置电容电流的测量方法，该专利在消弧线圈的二次侧串一电阻或者在二次阻抗原件上直接并一个电阻，通过控制该电阻的投切实现电容电流的测量。该专利只能应用于消弧线圈有并联阻尼电阻或二次侧串阻尼电阻的场合，且无法测量接地故障电流中的有功分量；中国专利申请号为200910183155.2，授权公告号为CN101626158B，专利名称为：一种随调式消弧线圈自动调谐控制方法，该专利通过控制被调消弧线圈增加输出一个“已知的”补偿电流增量ΔI _B，进而计算电网脱谐电流和阻尼电流。该专利适用于控制调节不引起消弧线圈两端等效阻尼的变化的随调式消弧线圈；中国专利申请号为200910183604.3，授权公告号为CN101625382B，专利名称为：消弧线圈自动补偿装置接地电流连续跟踪测量方法，该专利在电网A相对地接入一个小电容以增加电网的不平衡，适用于自然不对称度较低的电网。该专利的算法中忽略了系统自然不平衡的影响，存在理论测量误差。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种变参比压法的消弧线圈跟踪调谐控制方法，只需改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数一次即可精确测量电网对地分布电容和分布电导，本发明既适用于有阻尼电阻和无阻尼电阻的消弧线圈也适用于预调式和随调式消弧线圈；本发明还解决了自然不对称度较低电网对地分布电容和分布电导精确测量的技术问题，消除理论测量误差。

技术方案：为解决以上述技术问题，本发明提出变参比压法的消弧线圈跟踪调谐控制方法，该方法只需改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数一次即可精确测量电网对地分布电容和分布电导，既适用于有阻尼电阻和无阻尼电阻的消弧线圈也适用于预调式和随调式消弧线圈；本发明在自然不对称度较高电网和自然不对称度较低电网均可使用，在自然不对称度较低电网通过接入偏置原件增大系统不对称度实现电网对地分布电容和分布电导的精确测量。

所述电网不接入偏置原件实现对地参数测量和消弧线圈调谐控制包括以下步骤：

步骤a：调谐测量时先测量记录当前消弧线圈自动跟踪补偿装置下的中性点电压的有效值与相位U ₀₁、                                                和零序电流的有效值与相位I ₀₁、；

步骤b：控制器改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数重新测量记录中性点电压的有效值与相位U ₀₂、和零序电流的有效值与相位I ₀₂、，该阻感参数的变化可以是电阻或电感单个参数的变化也可以是电阻和电感两个参数同时变化；

步骤c：通过式1计算电网分布总电容，通过式2计算电网分布总电导：

式1

式2

上两式中C _Σ=C _A+C _B+C _C为系统分布总电容，G _Σ=G _A+G _B+G _C为系统分布总电导，其中C _A、C _B、C _C分别为三相线路对地分布电容，G _A、G _B、G _C分别为三相线路对地分布电导；为中性点电压的相位差；为角频率；

其中，，G _L1、G _L2为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电导，L ₁、L ₂为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电感；

有阻尼电阻的消弧线圈的阻感参数调节：若仅调节等效阻尼电阻的大小而消弧线圈等效电感不变则式1和式2中L ₁=L ₂，G _L1 G _L2；若仅调节消弧线圈等效电感的大小而等效阻尼电阻不变则式1和式2中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2；若消弧线圈等效电感和等效阻尼电阻同时改变则式1和式2中L ₁ L ₂，G _L1 G _L2；无阻尼电阻的消弧线圈的阻感参数调节：改变消弧线圈等效电感的大小则式1和式2中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2=0；

步骤d：测量完成后，预调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流全补偿状态，即L=1/(ω ² C _Σ)；随调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流过补偿或者欠补偿状态。

所述电网接入偏置原件实现对地参数测量和消弧线圈调谐控制包括以下步骤：

步骤①：在电网输电线路任意一相对地经电力电子开关或继保装置接入一偏置原件，该偏置原件可以是电阻、电感或电容单一原件也可以是阻感或阻容原件，该偏置原件大小已知；

步骤②：调谐测量时先测量记录当前消弧线圈自动跟踪补偿装置下的中性点电压的有效值与相位U _M1、和零序电流的有效值与相位I _M1、；

步骤③：控制器改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数重新测量记录中性点电压的有效值与相位U _M2、和零序电流的有效值与相位I _M2、，该阻感参数的变化可以是电阻或电感单个参数的变化也可以是电阻和电感两个参数同时变化；

步骤④：通过式3或式4计算电网分布总电容，通过式5计算电网分布总电导：

式3

或 式4

式5

上三式中C _Σ=C _A+C _B+C _C为系统分布总电容，G _Σ=G _A+G _B+G _C为系统分布总电导，其中C _A、C _B、C _C分别为三相线路对地分布电容，G _A、G _B、G _C分别为三相线路对地分布电导；为中性点电压的相位差；C _M为偏置原件两端等效并联电容；L _M为偏置原件两端等效并联电感；G _M为偏置原件两端等效并联电导；为角频率；

其中，，G _L1、G _L2为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电导，L ₁、L ₂为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电感；

有阻尼电阻的消弧线圈的阻感参数调节：若仅调节等效阻尼电阻的大小而消弧线圈等效电感不变则式3、式4和式5中L ₁=L ₂，G _L1 G _L2；若仅调节消弧线圈等效电感的大小而等效阻尼电阻不变则式3、式4和式5中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2；若等效阻尼电阻和消弧线圈等效电感同时改变则式3、式4和式5中L ₁ L ₂，G _L1 G _L2；无阻尼电阻的消弧线圈的阻感参数调节：改变消弧线圈等效电感的大小则式3、式4和式5中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2=0；

若偏置原件为电导，由式3计算系统对地总电容其式中C _M=0或式4计算系统对地总电容其式中L _M值为无穷大，由式5计算系统对地总电导；若偏置原件为电容，由式3计算系统对地总电容，由式5计算系统对地总电导其式中G _M=0；若偏置原件为电感，由式4计算系统对地总电容，由式5计算系统对地总电导其式中G _M=0；若偏置原件为阻容器件，由式3计算系统对地总电容，由式5计算系统对地总电导；若偏置原件为阻感器件，由式4计算系统对地总电容，由式5计算系统对地总电导；

步骤⑤：测量结束后电力电子开关或继保装置关切断偏置原件，然后预调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流全补偿状态，即L=1/(ω ² C _Σ)；随调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流过补偿或者欠补偿状态；

有益效果：本发明提出的变参比压法的消弧线圈跟踪调谐控制方法，可精确测量电网对地分布电容和分布电导在随调式和预调式消弧线圈均可使用，分布电容的精确测量使得消弧线圈的调谐控制一步到位，不需要对调谐机构反复操作，同时分布电导的精确测量可用于消除故障残留中的有功分量提供理论参数。本发明既适用于单一调阻或单一调感方式的消弧线圈也适用于同时调阻调感的消弧线圈。本发明在自然不对称度较高和较低的电网均可使用，在自然不对称度较低电网通过加入偏置原件增大系统不对称度实现电网对地分布电容和分布电导的精确测量，消除理论测量误差。本发明调谐测量方式简单，可在线实时测量调谐，不影响系统运行，精确度高，适用范围极其广泛。

附图说明：

图1是变参比压法的消弧线圈跟踪调谐控制方法电路运行原理图。

具体实施方式

为使本发明实施的技术手段、创作特征、技术方案和优点与功效更加清楚明了，下面结合本发明实施例中的附图，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本领域普通技术人员仅在本方法下的简单的改变参数或没有做出创造性劳动的其他实施例，也属本发明的保护范围。

本发明的实施可直接从PT二次侧取得电网母线零序电压和零序电流信号。因本发明在自然不对称度较低电网的实施中需接入偏置原件，下面将分别阐述电网不接入偏置原件和接入偏置元件实现对地参数测量和消弧线圈调谐控制两个实施例。

实施例1：电网不接入偏置原件实现对地参数测量和消弧线圈调谐控制步骤：

步骤a：调谐测量时先测量记录当前消弧线圈自动跟踪补偿装置下的中性点电压的有效值与相位U ₀₁、和零序电流的有效值与相位I ₀₁、；

步骤b：控制器改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数重新测量记录中性点电压的有效值与相位U ₀₂、和零序电流的有效值与相位I ₀₂、，该阻感参数的变化可以是电阻或电感单个参数的变化也可以是电阻和电感两个参数同时变化；

步骤c：通过式6计算电网分布总电容，通过式7计算电网分布总电导：

  式6

式7

上两式中C _Σ=C _A+C _B+C _C为系统分布总电容，G _Σ=G _A+G _B+G _C为系统分布总电导，其中C _A、C _B、C _C分别为三相线路对地分布电容，G _A、G _B、G _C分别为三相线路对地分布电导；为中性点电压的相位差；为角频率；

其中，，G _L1、G _L2为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电导，L ₁、L ₂为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电感；

有阻尼电阻的消弧线圈的阻感参数调节：若仅调节等效阻尼电阻的大小而消弧线圈等效电感不变则式6和式7中L ₁=L ₂，G _L1 G _L2；若仅调节消弧线圈等效电感的大小而等效阻尼电阻不变则式6和式7中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2；若消弧线圈等效电感和等效阻尼电阻同时改变则式6和式7中L ₁ L ₂，G _L1 G _L2；无阻尼电阻的消弧线圈的阻感参数调节：改变消弧线圈等效电感的大小则式6和式7中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2=0；

步骤d：测量完成后，预调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流全补偿状态，即L=1/(ω ² C _Σ)；随调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流过补偿或者欠补偿状态。

实施例2：电网接入偏置原件实现对地参数测量和消弧线圈调谐控制步骤：

步骤①：在电网输电线路任意一相对地经电力电子开关或继保装置接入一偏置原件，该偏置原件可以是电阻、电感或电容单一原件也可以是阻感或阻容原件，该偏置原件大小已知；

步骤②：调谐测量时先测量记录当前消弧线圈自动跟踪补偿装置下的中性点电压有效值与相位U _M1、和零序电流的有效值与相位I _M1、；

步骤③：控制器改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数重新测量记录中性点电压的有效值与相位U _M2、和零序电流的有效值与相位I _M2、，该阻感参数的变化可以是电阻或电感单个参数的变化也可以是电阻和电感两个参数同时变化；

步骤④：通过式8或式9计算电网分布总电容，通过式10计算电网分布总电导：

式8

或 式9

式10

上三式中C _Σ=C _A+C _B+C _C为系统分布总电容，G _Σ=G _A+G _B+G _C为系统分布总电导，其中C _A、C _B、C _C分别为三相线路对地分布电容，G _A、G _B、G _C分别为三相线路对地分布电导；为中性点电压的相位差；C _M为偏置原件两端等效并联电容；L _M为偏置原件两端等效并联电感；G _M为偏置原件两端等效并联电导；为角频率；

   

其中，，G _L1、G _L2为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电导，L ₁、L ₂为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电感；

有阻尼电阻的消弧线圈的阻感参数调节：若仅调节等效阻尼电阻的大小而消弧线圈等效电感不变则式8、式9和式10中L ₁=L ₂，G _L1 G _L2；若仅调节消弧线圈等效电感的大小而等效阻尼电阻不变则式8、式9和式10中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2；若等效阻尼电阻和消弧线圈等效电感同时改变则式8、式9和式10中L ₁ L ₂，G _L1 G _L2；无阻尼电阻的消弧线圈的阻感参数调节：改变消弧线圈等效电感的大小则式8、式9和式10中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2=0；

若偏置原件为电导，由式8计算系统对地总电容其式中C _M=0或式9计算系统对地总电容其式中L _M值为无穷大，由式10计算系统对地总电导；若偏置原件为电容，由式8计算系统对地总电容，由式10计算系统对地总电导其式中G _M=0；若偏置原件为电感，由式9计算系统对地总电容，由式10计算系统对地总电导其式中G _M=0；若偏置原件为阻容器件，由式8计算系统对地总电容，由式10计算系统对地总电导；若偏置原件为阻感器件，由式9计算系统对地总电容，由式10计算系统对地总电导；

步骤⑤：测量结束后电力电子开关或继保装置关切断偏置原件，然后预调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流全补偿状态，即L=1/(ω ² C _Σ)；随调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流过补偿或者欠补偿状态。

以上实施例中的公式推导如下：

公式推导1：实施例1中系统对地分布电容（式6）和分布电导的计算（式7）；

图1电路运行原理图，系统自然不对称度较大的电网不需接入偏置元件即开关K断开。消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效并联电导为G _L1、等效并联电感为L ₁；控制器改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数后两端等效并联电导为G _L2、等效并联电感为L ₂，则变参前后中性点电压如下式：

式中，为系统参数不对称矢量和，；C _Σ=C _A+C _B+C _C为系统分布总电容，G _Σ=G _A+G _B+G _C为系统分布总电导，其中C _A、C _B、C _C分别为三相线路对地分布电容，G _A、G _B、G _C分别为三相线路对地分布电导；为A相电源电压。

将两式相除得：

则系统对地分布总电容为：

解得：

则系统对地分布总电导为：

解得：

公式推导2：实施例2中系统对地分布电容（式8、式9）和分布电导的计算（式10）；

图1电路运行原理图，系统自然不对称度较小的电网需接入偏置元件即开关K闭合。消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效并联电导为G _L1、等效并联电感为L ₁；控制器改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数后两端等效并联电导为G _L2、等效并联电感为L ₂，则变参前后中性点电压如下式：

式中，为系统参数不对称矢量和，；C _Σ=C _A+C _B+C _C为系统分布总电容，G _Σ=G _A+G _B+G _C为系统分布总电导，其中C _A、C _B、C _C分别为三相线路对地分布电容，G _A、G _B、G _C分别为三相线路对地分布电导；为A相电源电压，为偏置原件接入相的电源相电压，G _M为偏置原件两端等效并联电导，若偏置原件两端等效并联为感性原件则，若偏置原件两端等效并联为容性原件则。

将两式相除得：

则系统对地分布总电容为：

即 

或 

则系统对地分布总电导为：

解得：

Claims (2)

1.一种变参比压法的消弧线圈跟踪调谐控制方法，变参比压法是指跟踪调谐测量时通过改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端的等效阻感参数，分别得到变参前后中性点电压表达式，然后将变参前后中性点电压表达式两式相除的方式计算电网对地分布总电容和分布总电导的方法，其特征在于，电网不接入偏置原件实现对地参数测量和消弧线圈调谐控制包括以下步骤：

步骤a：调谐测量时先测量记录当前消弧线圈自动跟踪补偿装置下的中性点电压的有效值与相位U ₀₁、                                                和零序电流的有效值与相位I ₀₁、；

步骤b：控制器改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数重新测量记录中性点电压的有效值与相位U ₀₂、和零序电流的有效值与相位I ₀₂、，该阻感参数的变化可以是电阻或电感单个参数的变化也可以是电阻和电感两个参数同时变化；

步骤c：通过式1计算电网分布总电容，通过式2计算电网分布总电导：

      式1

    式2

上两式中C _Σ=C _A+C _B+C _C为系统分布总电容，G _Σ=G _A+G _B+G _C为系统分布总电导，其中C _A、C _B、C _C分别为三相线路对地分布电容，G _A、G _B、G _C分别为三相线路对地分布电导；为中性点电压的相位差；为角频率；

              

其中，，G _L1、G _L2为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电导，L ₁、L ₂为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电感；

有阻尼电阻的消弧线圈的阻感参数调节：若仅调节等效阻尼电阻的大小而消弧线圈等效电感不变则式1和式2中L ₁=L ₂，G _L1 G _L2；若仅调节消弧线圈等效电感的大小而等效阻尼电阻不变则式1和式2中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2；若等效阻尼电阻和消弧线圈等效电感同时改变则式1和式2中L ₁ L ₂，G _L1 G _L2；无阻尼电阻的消弧线圈阻感参数调节：改变消弧线圈等效电感的大小则式1和式2中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2=0；

步骤d：测量完成后，预调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流全补偿状态，即L=1/(ω ² C _Σ)；随调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流过补偿或者欠补偿状态。

2.一种变参比压法的消弧线圈跟踪调谐控制方法，变参比压法是指跟踪调谐测量时通过改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端的等效阻感参数，分别得到变参前后中性点电压表达式，然后将变参前后中性点电压表达式两式相除的方式计算电网对地分布总电容和分布总电导的方法，其特征在于，电网接入偏置原件实现对地参数测量和消弧线圈调谐控制包括以下步骤：

步骤①：在电网输电线路任意一相对地经电力电子开关或继保装置接入一偏置原件，该偏置原件可以是电阻、电感或电容单一原件也可以是阻感或阻容原件，该偏置原件大小已知；

步骤②：调谐测量时先测量记录当前消弧线圈自动跟踪补偿装置下的中性点电压的有效值与相位U _M1、和零序电流的有效值与相位I _M1、；

步骤③：控制器改变消弧线圈自动跟踪补偿装置两端等效阻感参数重新测量记录中性点电压的有效值与相位U _M2、和零序电流的有效值与相位I _M2、，该阻感参数的变化可以是电阻或电感单个参数的变化也可以是电阻和电感两个参数同时变化；

步骤④：通过式3或式4计算电网分布总电容，通过式5计算电网分布总电导：

   式3

或 式4

式5

上三式中C _Σ=C _A+C _B+C _C为系统分布总电容，G _Σ=G _A+G _B+G _C为系统分布总电导，其中C _A、C _B、C _C分别为三相线路对地分布电容，G _A、G _B、G _C分别为三相线路对地分布电导；为中性点电压的相位差；C _M为偏置原件两端等效并联电容；L _M为偏置原件两端等效并联电感；G _M为偏置原件两端等效并联电导；为角频率；

            

其中，，G _L1、G _L2为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电导，L ₁、L ₂为消弧线圈自动跟踪补偿装置阻感参数改变前后两端等效并联电感；

   有阻尼电阻的消弧线圈的阻感参数调节：若仅调节等效阻尼电阻的大小而消弧线圈等效电感不变则式3、式4和式5中L ₁=L ₂，G _L1 G _L2；若仅调节消弧线圈等效电感的大小而等效阻尼电阻不变则式3、式4和式5中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2；若等效阻尼电阻和消弧线圈等效电感同时改变则式3、式4和式5中L ₁ L ₂，G _L1 G _L2；无阻尼电阻的消弧线圈阻感参数调节：改变消弧线圈等效电感的大小则式3、式4和式5中L ₁ L ₂，G _L1=G _L2=0；

若偏置原件为电导，由式3计算系统对地总电容其式中C _M=0或式4计算系统对地总电容其式中L _M值为无穷大，由式5计算系统对地总电导；若偏置原件为电容，由式3计算系统对地总电容，由式5计算系统对地总电导其式中G _M=0；若偏置原件为电感，由式4计算系统对地总电容，由式5计算系统对地总电导其式中G _M=0；若偏置原件为阻容器件，由式3计算系统对地总电容，由式5计算系统对地总电导；若偏置原件为阻感器件，由式4计算系统对地总电容，由式5计算系统对地总电导；

步骤⑤：测量结束后电力电子开关或继保装置关切断偏置原件，然后预调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流全补偿状态，即L=1/(ω ² C _Σ)；随调式消弧线圈将消弧线圈等效电感调节至电容电流过补偿或者欠补偿状态。