CN104836219B - 一种变步长的消弧线圈调谐新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了的一种变步长的消弧线圈(主要指预调式消弧线圈)调谐的新方法，在配电系统正常运行时可精确测量系统对地电容电流，在系统自然不平衡度较高和较低下可使用；在配电系统故障期间（系统发生单相非高阻电阻接地故障时）可将消弧线圈调节到最佳补偿位置。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，适用范围广泛。

Description

一种变步长的消弧线圈调谐新方法

技术领域

本发明涉及的是一种谐振接地系统正常运行和系统发生单相经非高阻过渡电阻接地时对预调式消弧线圈调谐的方法，具体是基于变步长思想对消弧线圈进行调谐的技术。

背景技术

我国中压配电网多属于小电流接地系统，小电流接地系统主要是以中性点经消弧线圈接地方式为主。随着配电网的不断发展，电缆线路在配电网中使用越来越多，线路对地电容电流越高，发生单相接地故障时形成的电弧难以自动熄灭。一般而言，在故障期间，当配电系统的运行方式发生改变时，如切除某部分馈线，消弧线圈补偿的电流不会发生变化，产生的残流也会很大，电弧会很难熄灭。

目前已有多种方法可测得对地电容电流，有相位法、偏置电容法、注入信号法等方法。相位法不易实现精确调谐；偏置电容法加入不当的电容会造成非偏置相电压升高，在电网绝缘薄弱处易发生短路；注入信号是近几年提出测量电容电流的新方法，但是注入信号的频率幅值选取不当会严重影响测量结果；并且以上方法只能是消弧线圈正常运行时对地电容电流的测量，不能实现消弧线圈故障期间实现对消弧线圈的精确调谐。

经对现有技术领域的检索发现，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，从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CN201210277809.X，申请公开号为CN102818938A，专利名称为：移参换相法电网对地分布参数跟踪测量控制方法，自然不平衡度对测量结果的影响被消除了，但需将同一偏置在电网任意两相之间投切。

发明内容

技术问题：本发明所解决的技术问题是提供一种变步长的消弧线圈调谐方法，先确定步长，根据消弧线圈的补偿状态来调整和判断步长是否合适，确定步长后，根据消弧线圈的补偿状态，调节电感量，即在消弧线圈过补偿时，前一次电感量加上逐次减半的步长；消弧线圈欠补偿时，前一次电感量减去逐次减半的步长，以实现消弧线圈的精确调谐。本发明既适用于配电系统正常运行时对地电容电流的测量，也适用于配电系统发生单相经非高阻过渡电阻接地时实现将消弧线圈调到最佳补偿位置。

技术方案：为解决以上技术问题，本发明提出一种变步长的消弧线圈调谐方法，该方法需先确定步长，根据消弧线圈的补偿状态来调整和判断步长是否合适，确定步长后，根据消弧线圈的补偿状态，调节电感量，即在消弧线圈过补偿时，前一次电感量加上逐次减半的步长；消弧线圈欠补偿时，前一次电感量减去逐次减半的步长，以实现消弧线圈的精确调谐。本发明既适用于配电系统正常运行时对地电容电流的测量，也适用于配电系统发生单相经非高阻过渡电阻接地时实现将消弧线圈调到最佳补偿位置。

所述配电网正常运行时对地电容电流的测量包括以下步 骤：

步骤a：先测量配电网自然不平衡电压和相位角

步骤b：对消弧线圈进行调节，实现粗调，此时消弧线圈电感为L(0)；

步骤c：再测配电网中性点电压和相位角

步骤d：确定消弧线圈的补偿状态，配电网中性点电压和相位角为：

上两式中为电网的自然不平衡度，为A相对地总电容，为B相对地总电容，为C相对地总电容，n为电网的馈线条数，n＝1、2、3…，为消弧线圈的脱谐度，为与消弧线圈并联的电阻的阻尼率，为A相电源电压，ω为电源角频率；

由分析可得：当相位角时，v<0，消弧线圈过补偿；当相位角时，v>0，消弧线圈欠补偿；当相位角时，v＝0，消弧线圈全补偿；

然后再根据相位角的范围，来判断消弧线圈的补偿状态；

步骤e：调节消弧线圈电感量以确定步长，当消弧线圈过补偿时，消弧线圈电感量加上逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)+kΔL，其中k为调节的次数，ΔL为调节的步长，取ΔL＝L(0)/4；当消弧线圈欠补偿时，消弧线圈电感量减去逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)-kΔL；直至改变消弧线圈补偿状态，最终确定的步长为加倍后的步长ΔL'＝kΔL；

步骤f：根据消弧线圈的补偿状态来调节消弧线圈，若消弧线圈过补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)+ΔL'/2^n-1，式中ΔL'是步骤e最终确定的步长，即调节这个步长时能改变其补偿状态，n为调节的次数，将消弧线圈电感调节到L(n)，若消弧线圈处于欠补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)-ΔL'/2^n-1，将消弧线圈电感调节到L(n)；

步骤g：再次测量中性点电压相位角得出和的夹角若 消弧线圈处于全补偿状态或非常接近全补偿状态，则结束调节，若不是,重复f、g步骤。

所述配电网发生单相经过渡电阻接地故障时对消弧线圈的调谐包括以下步骤：

步骤①：首先判断配电网是否发生单相接地故障，先检测正常时中性点电压假设为以的大小U_N0为基准值，当检测到中性点电压的大小超过βU_N0，可判断为单相接地故障，β根据电网实际情况选取，β＞1；否则，则不是；若是，则进行下面步骤；

步骤②：调节消弧线圈，实现粗调，此时消弧线圈电感为L(0)；

步骤③：测量系统发生单相经过渡电阻接地时中性点电压和相位角

步骤④：确定消弧线圈的补偿状态，配电网发生单相接地故障时中性点电压和相位角为：

若不是高阻接地故障，相对于d_F忽略不计，则

上两式中为电网的自然不平衡度，为A相对地总电容，为B相对地总电容，为C相对地总电容，n为电网的馈线条数，n＝1、2、3…，为消弧线圈的脱谐度，为与消弧线圈并联的电阻的阻尼率，为过渡电阻引起的阻尼率，R_F为过渡电阻，为A相电源电压，ω为电源角频率；

由分析可得：当中性点电压相位角时，v<0，消弧线圈过补偿；当中性点电压相位角时，v>0，消弧线圈欠补偿；中性点电压相位角时，v＝0，消弧线圈全补偿；然后再根据测得的中性点电压相位角的范围，来判断消弧线圈的补偿状态；

步骤⑤：调节消弧线圈电感量以确定步长，当消弧线圈过补偿时，消弧线圈电感量加上逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)+kΔL，其中k为调节的次数，ΔL为调节的步长，取ΔL＝L(0)/4；当消弧线圈欠补偿时，消弧线圈电感量减去逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)-kΔL；直至改变消弧线圈补偿状态，最终得到的步长为加倍后的步长ΔL'＝kΔL；

步骤⑥：根据消弧线圈的补偿状态调节消弧线圈，若消弧线圈过补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)+ΔL'/2^n-1，式中ΔL'是步骤⑤最终确定的步长，即调节这个步长时能改变其补偿状态，将消弧线圈电感调节到L(n)，若消弧线圈处于欠补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)-ΔL'/2^n-1，将消弧线圈电感调节到L(n)；

步骤⑦：再次测量中性点电压相位角若消弧线圈非常接近全补偿状态，则结束调节，若不是，重复⑥、⑦步骤。

有益效果：本发明提出的一种变步长的消弧线圈调谐方法，在配电系统正常运行时可精确测量系统对地电容电流，在系统自然不平衡度较高和较低下可使用；在配电系统发生单相经非高阻过渡电阻接地故障期间可将消弧线圈调节到最佳补偿位置。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，适用范围广泛。

附图说明：

图1谐振接地系统结构简图。

图2配电系统正常运行时对地电容电流测量流程框图。

图3配电系统发生单相经过渡电阻接地时消弧线圈调谐流程框图。

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实施例。本领域普通技术人员仅在本方法下简单的改变参数或没有做出创造性劳动的其他实施例中，也属于本发明的保护范围。

下面将分别阐述配电系统正常运行时对地电容电流的测量和配电系统发生单相经过渡电阻接地时消弧线圈调谐两个实施例。

实施例1：配电系统正常运行时对地电容电流的测量步骤：

步骤a：先测量配电网自然不平衡点压和相位角

步骤b：对消弧线圈进行调节，实现粗调，此时消弧线圈电感为L(0)；

步骤c：再测配电网中性点电压和相位角

步骤d：根据相位角的范围，来判断消弧线圈的补偿状态；

步骤e：调节消弧线圈电感量以确定步长，当消弧线圈过补偿时，消弧线圈电感量加上逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)+kΔL，其中k为调节的次数，ΔL为调节的步长，取ΔL＝L(0)/4；当消弧线圈欠补偿时，消弧线圈电感量减去逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)-kΔL；直至改变消弧线圈补偿状态，最终确定的步长为加倍后的步长ΔL'＝kΔL；

步骤f：根据消弧线圈的补偿状态来调节消弧线圈，若消弧线圈过补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)+ΔL'/2^n-1，式中ΔL'是步骤e最终确定的步长，即调节这个步长时能改变其补偿状态，n为调节的次数，将消弧线圈电感调节到L(n)，若消弧线圈处于欠补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)-ΔL'/2^n-1，将消弧线圈电感调节到L(n)；

步骤g：再次测量中性点电压相位角得出和的夹角若消弧线圈处于全补偿状态或非常接近全补偿状态，则结束调节，若不是,重复f、g步骤。

实施例2：配电系统发生单相经非高阻过渡电阻接地故障期间消弧线圈调谐步骤：

步骤①：首先判断配电网是否发生单相接地故障，先检测正常时中性点电压假设为以的大小U_N0为基准值，当检测到中性点电压的大小超过βU_N0，可判断为单相接地故障，β根据电网实际情况选取；否则，则不是；若是，则进行下面步骤；

步骤②：调节消弧线圈，实现粗调，此时消弧线圈电感为L(0)；

步骤③：测量系统发生单相经过渡电阻接地时中性点电压和相位角

步骤④：根据中性点电压相位角的范围，来判断消弧线圈的补偿状态；

步骤⑤：调节消弧线圈电感量以确定步长，当消弧线圈过补偿时，消弧线圈电感量加上逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)+kΔL，其中k为调节的次数，ΔL为调节的步长，取ΔL＝L(0)/4；当消弧线圈欠补偿时，消弧线圈电感量减去逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)-kΔL；直至改变消弧线圈补偿状态，最终得到的步长为加倍后的步长ΔL'＝kΔL；

步骤⑥：根据消弧线圈的补偿状态调节消弧线圈，若消弧线圈过补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)+ΔL'/2ⁿ-¹，式中ΔL'是步骤⑤最终确定的步长，即调节这个步长时能改变其补偿状态，将消弧线圈电感调节到L(n)，若消弧线圈处于欠补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)-ΔL'/2ⁿ-¹，将消弧线圈电感调节到L(n)；

步骤⑦：再次测量中性点电压相位角若消弧线圈非常接近全补偿状态，则结束调节，若不是，重复⑥、⑦步骤。

以上实施例中的公式推导如下：

公式推导1：实施例1中配电系统正常运行时中性点电压

图1谐振接地系统结构简图，不失一般性，以3条馈线的谐振系统为例，电源出线端电流为：

式中n＝1，2，3分别为馈线1、2、3中A、B、C三相负荷电流，ω为系统角频率；

电源处三相电流为

式中C_A＝C_1A+C_2A+C_3A，C_B＝C_1B+C_2B+C_3B，C_C＝C_1C+C_2C+C_3C

根据KCL定理有：在中性点处，有

又因为

将式(2)、(4)带入式(3)中

可得到

为电网的自然不平衡度，为消弧线圈的脱谐度，为与消弧线圈并联的电阻的阻尼率。

公式推导2：实施例2中配电系统发生单相经过渡电阻接地时中性点电压

图1谐振接地系统结构简图，不失一般性，以3条馈线的谐振系统为例，当发生单相经过渡电阻接地故障时，故障馈线即第一条馈线电源出线端也即M处电流为：

式中分别为馈线1中A、B、C三相负荷电流。

同理，其他2条非故障馈线电源出线端电流为：

式中，n＝2，3分别为馈线2、3中A、B、C三相负荷电流。

电源处三相电流为:

式中C_A＝C_1A+C_2A+C_3A，C_B＝C_1B+C_2B+C_3B，C_C＝C_1C+C_2C+C_3C

根据KCL定理有：在中性点处，有

又因为

将式(3)、(5)带入式(4)中

可得到

式中系统的自然不平衡度，为系统的脱谐度，为过渡电阻引起的阻尼率，为与消弧线圈并联的电阻的阻尼率。

Claims (2)

1.一种变步长的消弧线圈调谐方法，其特征在于，根据预调式消弧线圈的补偿状态确定消弧线圈的步长过后，然后再根据消弧线圈的补偿状态，调节消弧线圈电感量，若消弧线圈是过补偿状态，则前一次调节的消弧线圈电感量加上逐次减半的步长；若消弧线圈是欠补偿状态，则前一次调节的消弧线圈电感量减去逐次减半的步长，最终将消弧线圈调节到最佳补偿位置，既适用于配电系统正常运行时对地电容电流的测量，也适用于配电系统发生单相经非高阻过渡电阻接地故障时，实现消弧线圈的精确调谐；

配电系统正常运行时对地电容电流的测量包括以下步骤：

步骤a：先测量配电网自然不平衡电压和相位角

步骤b：对消弧线圈进行调节，实现粗调，此时消弧线圈电感为L(0)；

步骤c：再测配电网中性点电压和相位角

步骤d：确定消弧线圈的补偿状态，配电网中性点电压和相位角为：

上两式中为电网的自然不平衡度，为A相对地总电容，为B相对地总电容，为C相对地总电容，n为电网的馈线条数，为消弧线圈的脱谐度，为与消弧线圈并联的电阻的阻尼率，为A相电源电压，ω为电源角频率；

由分析可得：当相位角时，v<0，消弧线圈过补偿；当相位角时，v>0，消弧线圈欠补偿；当相位角时，v＝0，消弧线圈全补偿；

然后再根据相位角的范围，来判断消弧线圈的补偿状态；

步骤e：调节消弧线圈电感量以确定步长，当消弧线圈过补偿时，消弧线圈电感量加上逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)+kΔL，其中k为调节的次数，ΔL为调节的步长，取ΔL＝L(0)/4；当消弧线圈欠补偿时，消弧线圈电感量减去逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)-kΔL；直至改变消弧线圈补偿状态，最终确定的步长为加倍后的步长ΔL'＝kΔL；

步骤f：根据消弧线圈的补偿状态来调节消弧线圈，若消弧线圈过补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)+ΔL'/2^n-1，式中ΔL'是步骤e最终确定的步长，即调节这个步长时能改变其补偿状态，n为调节的次数，将消弧线圈电感调节到L(n)，若消弧线圈处于欠补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)-ΔL'/2^n-1，将消弧线圈电感调节到L(n)；

步骤g：再次测量中性点电压相位角得出和的夹角若消弧线圈处于全补偿状态或非常接近全补偿状态，则结束调节，若不是,重复f、g步骤。

2.根据权利要求1所述的一种变步长的消弧线圈调谐方法，其特征在于，配电系统发生单相经过渡电阻接地时实现消弧线圈的精确调谐包括以下步骤：

步骤①：首先判断配电网是否发生单相接地故障，先检测正常时中性点电压假设为以的大小U_N0为基准值，当检测到中性点电压的大小超过βU_N0，可判断为单相接地故障，β根据电网实际情况选取，β＞1；否则，则不是；若是，则进行下面步骤；

步骤②：调节消弧线圈，实现粗调，此时消弧线圈电感为L(0)；

步骤③：测量系统发生单相经过渡电阻接地时中性点电压和相位角

步骤④：确定消弧线圈的补偿状态，配电网发生单相接地故障时中性点电压和相位角为：

若不是高阻接地故障，相对于d_F忽略不计，则

上两式中为电网的自然不平衡度，为A相对地总电容，为B相对地总电容，为C相对地总电容，n为电网的馈线条数，为消弧线圈的脱谐度，为与消弧线圈并联的电阻的阻尼率，为过渡电阻引起的阻尼率，R_F为过渡电阻，为A相电源电压，ω为电源角频率；

由分析可得：当中性点电压相位角时，v<0，消弧线圈过补偿；当中性点电压相位角时，v>0，消弧线圈欠补偿；中性点电压相位角0°时，v＝0，消弧线圈全补偿；然后再根据测得的中性点电压相位角的范围，来判断消弧线圈的补偿状态；

步骤⑤：调节消弧线圈电感量以确定步长，当消弧线圈过补偿时，消弧线圈电感量加上逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)+kΔL，其中k为调节的次数，ΔL为调节的步长，取ΔL＝L(0)/4；当消弧线圈欠补偿时，消弧线圈电感量减去逐次加倍的步长，即L(k)＝L(0)-kΔL；直至改变消弧线圈补偿状态，最终得到的步长为加倍后的步长ΔL'＝kΔL；

步骤⑥：根据消弧线圈的补偿状态调节消弧线圈，若消弧线圈过补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)+ΔL'/2^n-1，式中ΔL'是步骤⑤最终确定的步长，即调节这个步长时能改变其补偿状态，将消弧线圈电感调节到L(n)，若消弧线圈处于欠补偿状态，则令L(n)＝L(n-1)-ΔL'/2^{n -1}，将消弧线圈电感调节到L(n)；

步骤⑦：再次测量中性点电压相位角若消弧线圈非常接近全补偿状态，则结束调节，若不是，重复⑥、⑦步骤。