CN103493322B - 控制高压电网络中的电流中断设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制电流中断设备的方法，用于估计在高压电网络中的电力变压器切断时该电力变压器的剩余磁通量的值，所述估计是根据由电容式变压器输出的经校正该电容式变压器的传递函数得到的电压测量而进行的，其中，所述值输出至对切换电流中断设备的最佳时刻进行确定的控制器。

Description

控制高压电网络中的电流中断设备的方法

技术领域

本发明涉及一种控制高压电网络中的开关设备（switchgear）的方法。

以下，为了简化描述，将开关设备视为断路器类型的开关设备。

背景技术

本发明涉及一种减小高压电网络中与操作电力变压器开关设备相关的浪涌电流的方法，所述方法可以最佳方式来确定所述开关设备的切换时刻。

在高压电网络中操作开关设备（例如断路器）成为干扰源（例如电压涌浪（surge）和浪涌（inrush）电流）。这种现象与能源传输网络及其互连性的复杂度尤其相关。为了控制与这种操作相关联的瞬变，存在诸如在切断和/闭合所述开关设备之前预先插入电阻器和电感器的方案，但最有效的方案通过“受控”操作来获得，该方案可根据网络的瞬时电压来选择切断或闭合的最佳时刻。

断开真空电力变压器几乎不产生瞬变。但在不受控的时刻执行闭合操作可产生极大的浪涌电流，该浪涌电流可能达到变压器的故障电流水平。这种电流施压于绕组，产生严重的暂态电压，该暂态电压损害电力供应质量并引起由中性线电流不平衡所导致的不期望的操作。此外，施加于变压器绕组内部的电动应力导致所述绕组预期寿命的降低。

为了解决这一问题，在本申请文件的具体实施方式末尾处给出的参考文献[1]中描述的现有技术方案在于实施用于计算最佳闭合时刻的算法。该算法需要通过得知变压器端子处的电压来获知剩余磁通量水平。用在高压变电站中的变压器由于其成本，通常为电容式变压器类型。但在瞬变条件下，这种变压器的性能很难适应该类型的应用。这就是常用的估计剩余磁通量的方法使用专用变压器的原因。

磁通量的值通常通过对电力变压器终端处的电压进行积分来获得。剩余磁通量需要在电力变压器的断开时刻之后，对所述积分持续进行一段长到足以使磁通量达到其均衡值的时间，该均衡值通常不同于断开时刻时的值。但在该时间段期间，电容式变压器传送的电压由其自身的瞬变状况进行极大地改变。难点在于消除所述瞬变状况的影响。现有技术中已知的同步闭合方法并未解决该问题，且使用了专用的电压传感器。

在本申请文件的具体实施方式末尾处给出的参考文献[2]描述了电力变压器的受控操作，同时考虑了剩余磁通量。该受控操作在于选择适当的时刻以连接变压器的每个相，同时考虑剩余磁通量。该文献需要使用专用的传感器，这就存在额外成本。此外，某些类型的电力变压器无法装配这种传感器。

本发明目的在于通过提出一种可根据电容式变压器传送的电压测量值来估计电力变压器的剩余磁通量的方法来解决这些问题。

发明内容

本发明涉及一种控制用于将高压电网络中电力变压器断开的开关设备的方法，其特征在于，所述电力变压器的剩余磁通量的值是根据由至少一个电容式变压器传送的、经校正所述至少一个电容式变压器的传递函数得到的电压测量值而估计出的，且所述值被传送至对所述开关设备的最佳切换时刻进行确定的控制器。

有利地，该方法包括以下步骤：

·确定电容式变压器的传递函数；

·确定所述电容式变压器的伪逆传递函数；以及

·断开所述电力变压器。

有利地，所述电容式变压器的传递函数由所述变压器的电路来确定。

有利地，所述电容式变压器的所述传递函数通过使用等效滤波器的阶跃响应确定极点和零点来确定。

有利地，所述电容式变压器的所述伪逆传递函数通过插入低通滤波器来确定。

有利地，在电力变压器断开期间：

对所述电容式变压器的电压输出进行存储；

经由伪逆传递函数进行数字化处理；以及

对经校正的信号进行积分以获得所述剩余磁通量的值。

附图说明

图1示出在现有技术系统中，高压网络中断路器的受控操作的图；

图2和图3示出具有抗铁磁谐振电路的单相电容式变压器的等效电路；

图4示出重组电容式变压器的输入信号的方法；

图5示出本发明的伪逆传递函数处理之后重组后的电压信号；

图6示出相对于实际电压重组的图5中电压信号的几何校正；

图7示出电力变压器断开时的实际磁通量（实线）和估计的磁通量（虚线）；以及

图8为实施本发明方法的系统的电路图。

具体实施方式

图1示出在现有技术系统中，断路器10在对各种不同类型信息进行接收的控制器11的协助下执行受控操作的图，所述各种不同类型信息包括：

·网络信息12，例如：

·参考电压；

·电流；以及

·接地；

·调节信息13，例如：

·应用

·时间段；以及

·补偿；以及

·与断路器10相关的信息14，例如：

·温度；

·压力；

·辅助电压；以及

·辅助压力；

其中，控制器还连接到监控设备15上，监控设备15用于向该控制设备发送报警信号并用于从该控制设备接收切断/闭合（O/C）所述断路器10的指令。

多数应用，特别是未装载的电力变压器的受控切换，需要获知电力变压器的剩余磁通量值。与剩余磁通量相关的不确定性可极大地降低受控切换的性能。本发明通过剩余磁通量对波形的影响，强调了识别该剩余磁通量的重要性，以避免闭合时刻的任何劣化。剩余磁通量取决于磁性材料的磁滞、去激发的时刻以及电力系统在该时刻的操作状况。该剩余磁通量无法直接通过测量而获得，但必须源自较易获得的信号，例如变压器的端子处的电压。在去激发时刻的任一侧上在较短的时间窗口内对所述电压进行测量并积分。用作电压传感器的电容式变压器（CVT）引入了极大的必须予以考虑的瞬变误差。大多有关电力变压器的受控切换的研究忽略了所述电容式变压器的内在误差。

当使用电容式变压器的次级电压时，在考虑剩余磁通量的同时，必须对初级电压的波形进行重组，以在算法中设置用于估计最佳闭合时刻的值。

电容式变压器的特性在图2中示出，该电容式变压器具有步降（step-down）电感式变压器17。用作电容式分压器的电容器C1、C2间的相互作用以及调节电感Lr和变压器的非线性磁化电感Ln分支可产生被称为铁磁谐振的特殊现象。为了克服这一现象，制造商将振荡抗铁磁谐振电路（AFC）与电容式变压器关联起来，该AFC电路连接到变压器的次级绕组上。图2中示出的该模型可简化为如图3所示。等效电容C等于C1和C2的电容之和。电感L为调节电感Lr和电感式变压器的绕组电感的和。电阻R为初级绕组的电阻。考虑到变压器的电压水平，磁化电感L_μ位于线性区。该电感相对于电容式变压器的其他元件可被忽略。电容式变压器可被视为具有下述类型传递函数的带通滤波器：

$H_{\mathrm{cvt}}=\frac{{V^{\′}}_2\left(p\right)}{V_1\left(p\right)}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{p}^i}{\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{p}^i}$

其中，m≥2，n≥1，m-n≥1。

图4表示对电容式变压器的输入处的电压信号进行重组的总体方法。电力变压器处于切断时的电压被视为输入信号V_输入（V_input）。在断开时刻任一侧的短窗口期间执行测量。处理被推迟成“伪实时”的。对电容式变压器的输出信号V_输出（V_output）进行测量（V探针）并使用伪逆传递函数进行处理，以获得信号V_重组（V_reconstituted）：

$H_{\mathrm{cvt}}^{-1}=\frac{T\left(p\right)}{\mathrm{Hcvt}}=\frac{\underset{i=o}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{p}^i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{p}^i}$

其中，T(p)代表m-n阶低通滤波器。

由于传递函数H_CVT的阶数大于等于1，因此无法执行直接求逆。根据电容式变压器的通频带来选择通过这种方法制作的低通滤波器。所述滤波器的截止频率远远大于该电容式变压器的通频带上限，且该滤波器的增益为1。

图5示出通过伪逆传递函数处理之后的重组后的电压信号S。然而，测量窗口中偏移量的存在可导致由低频积分器引起的重组信号的偏斜。

图6示出如虚线所示的重组并校正后的电压信号，其中实线示出实际的变压器电压。通过使用几何补偿以及使用斜坡，该偏斜可很容易地被校正，且获得的信号非常准确地对应于电力变压器的电压信号。

图7示出电力变压器断开时的实际磁通量（实线）和估计磁通量（虚线）。

随后，使用重组并校正后的信号来获得电力变压器断开时的磁通量信号。

图8为实施本发明方法的系统。该系统包括计算机20，该计算机20接收来自电容式变压器21的电压和所述电容式变压器的传递函数，并将剩余磁通量的值传送至对断路器23的切断/闭合时刻进行确定的控制器22。该电容式变压器连接在断路器23的输出和电力变压器24的输入之间。V代表网络的电源。

因此，本发明的方法包括以下连续步骤：

·确定电容式变压器的传递函数：

·根据所述电容式变压器的电路（若被提供）；或

·通过使用等效滤波器的阶跃响应来确定极点和零点；

·确定伪逆传递函数：

所述传递函数的求逆是非直接的。为了符合求逆操作的稳定条件，必须插入低通滤波器，应选择不会助长电容式变压器的等效瞬态响应的滤波器。

·随后，通过以下步骤实时地断开电力变压器：

·存储电容式变压器的输出电压；

·经由伪逆传递函数进行数字化处理；以及

·对校正信号进行积分以获得剩余磁通量的值。

计算时间兼容于再次闭合的周期时间。因此，该计算实际上为“实时”计算。

参考文献

(I)"Manoeuvre de transformateurs à vide"["Controlled switching ofvacuum transformers"]by Esteban Portales and André Mercier(Electra,n°212,Februay2004).

(2)"Manoeuvre de transformateur tenant compte du flux magnetiquerémanent-étude de cas réel″[″Transformer controlled swltching taking account ofcore remanent flux-a real case study"]by A.Mercier,E.Portales,Y.Filion,andA.Salibi(Cigre,13-201,session2002)

Claims (4)

1.一种通过电路来控制用于将高压电网络中电力变压器断开的开关设备的方法，其中，所述电力变压器的剩余磁通量的值是根据由至少一个电容式变压器传送的电压测量值而估计出的，所述至少一个电容式变压器被连接在所述开关设备的输出端与所述电力变压器的输入端之间，所述电压测量值是通过校正所述至少一个电容式变压器的传递函数而得到的，

其中，所述方法包括以下步骤：

-预先步骤：

确定所述电容式变压器的所述传递函数；

确定所述电容式变压器的伪逆传递函数；然后，

-实时地，通过以下步骤断开所述电力变压器：

在断开时刻任一侧的短窗口期间测量所述电容式变压器的输出电压；

存储所述电容式变压器的输出测量值；

经由所述伪逆传递函数对所述电压测量值进行数字化处理以生成经校正的信号；

对所述经校正的信号进行积分以获得所述剩余磁通量的值；以及

将所述剩余磁通量的值传送至对所述开关设备的最佳切换时刻进行确定的控制器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电容式变压器的所述传递函数由所述电容式变压器的电路来确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电容式变压器的所述传递函数通过使用等效滤波器的阶跃响应识别极点和零点来确定。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电容式变压器的所述伪逆传递函数通过插入低通滤波器来确定。