CN104092228A - 中性点非有效接地系统的不对称电压两点有源控制方法 - Google Patents

Abstract

两点有源控制法是一种中性点非有效接地系统的不对称电压控制方法，可将由于线路三相参数不平衡引起的不对称电压控制到任意给定目标值。该方法根据两个不同的注入电流及其对应的不对称电压计算控制不对称电压为任意目标值的注入电流。该方法不需测量系统三相对地导纳和线路阻抗，能自适应线路参数、结构的动态改变，并可克服线路阻抗压降等引起的误差，控制速度快、精度高，能实现对中性点非有效接地系统不对称电压的灵活控制，以维持电网三相电压平衡，保证电网的安全、经济运行。

Description

中性点非有效接地系统的不对称电压两点有源控制方法

技术领域

本发明属于电力系统三相电压不平衡控制领域，涉及一种中性点非有效接地系统的不对称电压控制方法。

本发明尤其涉及一种利用有源补偿技术控制中性点非有效接地系统不对称电压为任意目标值的控制方法。

背景技术

智能配电网作为未来配电网的发展方向，对电能质量、安全性能等都提出了更高的要求，不对称电压控制将是重要内容之一。中压配电网由于架空线路换位欠佳、单芯电缆线路三相参数(包括长度)不相等、非全相供电、以及载波通信用耦合电容器的三相不平衡安装等因素，均会造成三相线路阻抗及对地导纳不平衡。对于中性点采用非有效接地方式的配电网，其中性点会产生一定位移电压，即不对称电压，破坏三相电压间的平衡。在谐振接地系统中，消弧线圈电感和电网三相对地电容构成的串联谐振回路还会加剧不对称电压。不对称电压虽不会影响用户正常供电，但会对线路、变压器、互感器、避雷器等电气设备造成危害，轻则使其效率和性能下降，重则缩短使用寿命或造成损坏事故。因此，采取有效措施消除这种不对称电压对于提高电网的安全、经济性能具有重要意义。

限制不对称电压的传统方法主要有：线路换位；增加专用三相耦合电容器；使消弧线圈补偿装置适当偏离谐振点运行，或适当增大其阻尼率等。但是这些传统的不对称电压控制方法由于存在施工难度高、需增加设备投入以及不能自适应线路参数和结构的改变等不同缺点，效果并不理想。除此之外，近年来又出现了基于有源补偿技术的不对称电压控制法。有源补偿技术是用于小电流接地系统单相接地故障的一种消弧方法，与消弧线圈只能补偿无功电流不同，其利用有源补偿(有源电力电子)装置通过系统中性点(也可为接地变压器中性点)、三相线路中的任意一相向系统注入无功电流、有功电流甚至谐波电流，最大限度减少故障点残流，提高熄弧概率。通过注入电流来解决不平衡电压问题，是不对称电压控制的一种新思路。目前出现的不对称电压有源控制方法主要是跟踪控制法，其根据不对称电压随注入电流的变化规律，依次改变注入电流的相位和幅值，控制不对称电压趋近于目标值，但是该方法需逐步调节注入电流，初始注入电流和步长选择不合理时，控制时间较长。

发明内容

本发明解决的技术问题是：中性点非有效接地系统中不对称电压的控制方法。中性点非有效接地系统由于各种原因在中性点产生较大位移电压(即不对称电压)时，能够利用本发明的两点有源控制法灵活控制并消除系统不对称电压，维持系统三相电压平衡。

本发明解决技术问题采取的技术方案是：通过系统中性点或三相中任意一相向系统注入两个不同的注入电流，记录其对应的不对称电压幅值和相位，由此计算出控制系统不对称电压为任意目标值的注入电流。过程为(如附图1所示)：

1.根据系统中设备、保护等的运行要求，设定系统不对称电压的控制目标值，记为

2.当检测到系统不对称电压不等于目标值时，先向系统任意注入一个电流测量并记录其对应的不对称电压的幅值和相位；再向系统任意注入一个与不同的电流测量并记录其对应的不对称电压的幅值和相位；

3.利用下式计算控制系统不对称电压到目标值的注入电流

${\stackrel{\·}{I}}_i=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{0\mathrm{PG}}({\stackrel{\·}{I}}_{i1}-{\stackrel{\·}{I}}_{i2})+{\stackrel{\·}{U}}_{0P1}{\stackrel{\·}{I}}_{i2}-{\stackrel{\·}{U}}_{0P2}{\stackrel{\·}{I}}_{i1}}{{\stackrel{\·}{U}}_{0P1}-{\stackrel{\·}{U}}_{0P2}}$

当目标值时，注入电流的计算公式为：

${\stackrel{\·}{I}}_i=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{0P1}{\stackrel{\·}{I}}_{i2}-{\stackrel{\·}{U}}_{0P2}{\stackrel{\·}{I}}_{i1}}{{\stackrel{\·}{U}}_{0P1}-{\stackrel{\·}{U}}_{0P2}}$

4.向系统注入电流控制不对称电压为

5.在注入电流的过程中，如果检测到系统不对称电压不等于则返回步骤2。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

中压配电网的三相电压不平衡会对电气设备乃至电网造成诸多危害，必须采取有效措施加以限制。限制不对称电压的已有方法由于存在各种缺点，并不能灵活有效地控制不对称电压：(1)线路换位，配电网较少采用，常代之以母线换位的方法，三相线路参数很难平衡，且对运行中电网换位难度高、施工量大。(2)增加专用三相耦合电容器，使三相对地电容相等。需人工计算调节，不能适应线路结构、参数的频繁变化，甚至可能加重三相电压的不平衡程度。如中国大庆油田35KV电网就曾因线路三相耦合电容器不平衡而导致中性点电压长期过高，威胁电网安全运行，并使多台消弧线圈补偿装置不能正常投入使用，经计算调节三相耦合电容器后，不对称电压仍在几百至上千伏。(3)使消弧线圈补偿装置适当偏离谐振点运行，或适当增大其阻尼率。不能从根本上消除不对称电压，仅能减弱消弧线圈对不对称电压的放大作用，效果有限，如果消弧线圈投运前系统已存在较大不对称电压，该方法无效。(4)基于有源补偿技术的不对称电压跟踪控制法。该方法相较前三种方法而言，无需测量系统三相对地导纳和线路阻抗，可自适应线路参数结构的改变，且能克服实际运行中有源补偿装置、电压互感器等环节的误差，但是其需逐步调节注入电流，当初始注入电流和步长选择不合理时，控制速度较为缓慢。

本发明提出的不对称电压两点有源控制法，根据两个不同注入电流及其对应的不对称电压计算控制不对称电压为任意值的注入电流，可灵活、有效的控制系统不对称电压，提高电网运行的安全、可靠性能。与传统方法相比，该方法与跟踪控制法一样，不需测量系统三相对地导纳和线路阻抗，可自适应线路参数结构的改变，计算简单，控制精度高；与跟踪控制法相比，该方法的控制速度快，控制时间明显短于跟踪法。

附图说明

附图1为两点有源控制方法的流程图。

附图2为利用本发明所述方法，向系统注入电流以控制不对称电压为0，使三相电压趋于平衡。

附图3为有源补偿装置系统框图。

具体实施方式

本发明所述方法的具体实施方式为：

(1)有源补偿装置

基于有源电力电子器件和脉宽调制技术(pulse width modulation,PWM)的有源补偿装置(如附图3所示)主要由控制、输入、整流、逆变、输出以及其它辅助单元组成，控制单元根据测量数据和算法控制整流、逆变单元，将三相交流输入电压转换为合适的PWM电压波，后经输出单元输出所需的注入电流。其容量一般1MVA(10kV配电网中)或2MVA(35kV配电网中)即可满足要求，当配合固定补偿消弧线圈时容量可进一步降低。有源补偿装置可向系统注入任意幅值、相位电流，实现对不对称电压的控制。有源补偿装置可与消弧线圈并联或串联后接入系统中性点，也可从三相中任意一相并联或串联接入。

(2)不对称电压的测量

不对称电压可通过系统中性点接有的三相或零序电压互感器(TV)直接获得。

(3)不对称电压控制目标值的设定

理想状态下，可设定不对称电压控制目标值为0，使三相电压严格平衡。但在实际运行中，考虑到自动消弧补偿装置的测量、调谐，以及其它设备、保护等对不对称电压的要求，控制目标值的设定应根据具体情况，在满足系统正常运行所需最小不对称电压的前提下，使其尽可能小，以维持系统三相电压平衡。

(4)注入电流和的选择

注入电流和可以为任意幅值和相位的电流，也可由人工预设为某一固定的电流。此外，在初始状态时，可选为0，即把不注入电流时的系统不对称电压作为在注入电流的过程中，若系统不对称状况发生变化，使得不对称电压不等于则可将作为将此时系统的不对称电压作为两种情况下，只需再改变一次注入电流，找到及其对应的不对称电压即可。

(5)控制系统不对称电压到控制目标值

当系统不对称电压不等于目标值时，分先后向系统注入两个不同的电流和分别测量并记录注入电流和时系统对应的不对称电压和利用下式计算控制系统不对称电压到目标值的注入电流

${\stackrel{\·}{I}}_i=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{0\mathrm{PG}}({\stackrel{\·}{I}}_{i1}-{\stackrel{\·}{I}}_{i2})+{\stackrel{\·}{U}}_{0P1}{\stackrel{\·}{I}}_{i2}-{\stackrel{\·}{U}}_{0P2}{\stackrel{\·}{I}}_{i1}}{{\stackrel{\·}{U}}_{0P1}-{\stackrel{\·}{U}}_{0P2}}$

向系统注入电流控制不对称电压为如果在注入电流的过程中，检测到系统不对称电压不等于则重复上述步骤。

(6)两点有源控制法与跟踪有源控制法的配合

两点法虽不需测量系统三相对地导纳和线路阻抗，可自适应线路参数结构的改变，控制速度快，但在实用中，有源补偿装置、电压互感器等设备的误差会对电压控制精度造成一定影响。如果系统对控制精度要求较高，则可将两点法与跟踪法配合使用：将两点法计算所得注入电流作为随调跟踪法的初始电流，即利用跟踪随调法修正两点法的控制误差，使不对称电压趋近于目标值。这样既可即可克服有源补偿装置、电压互感器等环节误差的影响，保证控制的精确度，又能缩小跟踪法的注入电流调整范围，减小控制时间。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种中性点非有效接地系统的不对称电压有源控制方法，通过系统中性点或三相中任意一相向系统注入电流，控制系统不对称电压为任意目标值。过程包括：

a.设定系统不对称电压的控制目标值，记为

b.当系统不对称电压不等于目标值时，计算控制不对称电压到目标值的注入电流

c.向系统注入电流控制不对称电压为

d.在注入电流的过程中，如果检测到系统不对称电压不等于则返回步骤b。

其特征在于：

控制不对称电压到目标值的注入电流的计算方法为：

分别向系统注入两个不同的电流和测量其对应的不对称电压和注入电流为：

${\stackrel{\·}{I}}_i=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{0\mathrm{PG}}({\stackrel{\·}{I}}_{i1}-{\stackrel{\·}{I}}_{i2})+{\stackrel{\·}{U}}_{0P1}{\stackrel{\·}{I}}_{i2}-{\stackrel{\·}{U}}_{0P2}{\stackrel{\·}{I}}_{i1}}{{\stackrel{\·}{U}}_{0P1}-{\stackrel{\·}{U}}_{0P2}}$

当时，注入电流的计算公式为：

${\stackrel{\·}{I}}_i=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{0P1}{\stackrel{\·}{I}}_{i2}-{\stackrel{\·}{U}}_{0P2}{\stackrel{\·}{I}}_{i1}}{{\stackrel{\·}{U}}_{0P1}-{\stackrel{\·}{U}}_{0P2}}$