CN105742126B - 电力开关过电压控制系统 - Google Patents
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Abstract
电力开关控制系统，一种气体绝缘开关设备（GIS）控制系统，包括：频率/相位计算单元，基于电力开关电源侧电压和负载侧电压计算出其各自的频率和相位；目标合闸相位图生成单元，基于电力开关弧前特性、机械动作离散时间分布的积分以及极间电压的振幅变动，生成表示电力开关合闸时刻触发概率小于概率阈值的极间电压最大值的分布的目标合闸相位图；目标合闸时刻计算单元，其基于电源侧电压和负载侧电压的频率和相位，以及目标合闸相位图生成单元生成的目标合闸相位图，确定目标合闸时刻序列；控制单元，其基于目标合闸时刻序列，控制电力开关合闸。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力开关的控制系统，尤其是涉及一种抑制过电压的电力开关控制系统。
背景技术
电力系统中的操作过电压是电力系统中的常见现象。任何的开关动作、负荷变化等，都会在系统中引起电磁暂态过程，从而产生各种过电压。当过电压的峰值或持续时间超过设备的耐受能力时，就可能对设备造成损坏。
气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear，GIS)具有结构紧凑、占地省、密封性好，受环境影响小，运行可靠、维修周期长等优点，在l10kV及以上电网中得到了广泛应用，中国特高压交流输电系统全部采用GIS设备。气体绝缘开关设备中的隔离开关操作时，由于其动作速度较低，会发生数十次的触头间隙重复击穿，产生幅值较高、陡度很大、频率很高的特快速瞬态过电压，严重时可能造成GIS设备及变压器的损坏。
现有技术中，为了减少过电压的影响，三菱电机株式会社在200710160856.5的发明专利中提出了抑制过电压的电力开关控制装置，通过使用电力开关装置的弧前特性、机械动作离散特性和负载侧电压的振幅变动，生成目标合闸相位图，根据目标合闸相位图确定极间电压较小的目标合闸时刻序列，从而降低了过电压的影响。但是，其生成的目标合闸相位图是依据机械动作离散时间内极间电压的最大值确定的，由于离散时间不是平均分布，同样的极间电压的最大值可能出现的概率是不同的。而该发明统一使用极间电压的最大值作为阈值，从而仅有特定的时间序列才能合闸，从而导致合闸时间过长。 为了解决现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种改进的电力开关控制系统，能够针对不同的极间电压的分布，确定合适的目标合闸相位图，从而提高合闸效率。
发明内容
作为本发明的一个方面，提供了一种电力开关控制系统，包括：频率/相位计算单元，其基于电力开关电源侧电压和负载侧电压计算出其各自的频率和相位；目标合闸相位图生成单元，其生成目标合闸相位图；目标合闸时刻计算单元，其基于电源侧电压和负载侧电压的频率和相位，以及所述目标合闸相位图生成单元生成的目标合闸相位图，确定目标合闸时刻序列；控制单元，其基于所述目标合闸时刻序列，控制所述电力开关合闸；所述目标合闸相位图生成单元基于所述电力开关弧前特性、机械动作离散时间高斯分布的积分以及负载侧电压的振幅变动，生成目标合闸相位图，所述目标合闸相位图表示电力开关合闸时刻触发概率小于概率阈值的极间电压最大值的分布。
优选的，所述电力开关合闸时刻触发概率小于概率阈值的极间电压最大值计算方式如下：（1）基于机械动作离散时间高斯分布的标准差σ确定合闸时间t的离散时间段[t-3σ,t+3σ]；（2）确定该离散时间段内极间电压最大值Vmax；以ΔV为步长，确定从Vmax往下的多个电压区间；确定各个电压区间的在离散时间段内的时间分布；（3）从高至低依次据根据各个电压区间的时间分布以及离散时间的高斯分布，计算各个电压区间时间分布的概率分布积分Pi以及累计概率分布积分ΣPi；如果特定电压区间的累计概率分布积分ΣPi大于概率阈值，则以该电压区间的最小值作为触发概率小于概率阈值的极间电压最大值。
优选的，所述各个电压区间时间分布的概率分布积分Pi依据如下计算；（1）如果该时间分布为单个连续时间段[t1,t2]，则通过高斯分布积分表得出小于t1时刻的累计概率Pt1以及小于t2时刻的累计概率Pt2，计算Pi＝Pt2－Pt1；（2）如果该时间分布为多个连续时间段，分别计算各个时间段内的累计概率，将各个时间段内的累计概率相加得到Pi。
优选的，所述概率阈值小于所述电力开关过电压容忍概率的50％。
附图说明
图1是本发明实施例电力开关控制系统的结构框架图。
图2是极间电压最大值变化的示意图。
图3是同一极间电压最大值的概率密度分布图。
图4是电压区间时间分布的概率密度分布积分示意图。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明实施例的电力开关控制系统，如图1所示，包括电压测量单元、频率/相位计算单元、目标合闸相位图生成单元、目标合闸时刻计算单元以及控制单元。电压测量单元用于测量电力开关装置的电源侧电压和负载侧电压。频率/相位计算单元基于电力开关电源侧电压和负载侧电压计算出其各自的频率和相位。可以使用现有技术如200710160856.5技术方案中的电压测量电源以及频率/相位计算单元。
目标合闸相位图生成单元用于生成目标合闸相位图，本发明对于现有技术的贡献和改进在于目标合闸相位图生成单元。参见图2的电源侧电压和负载侧电压之间的极间电压最大值的绝对值变化的示意图，在合闸时间分别为Td时刻和Ts时刻时，由于电力开关机械动作存在高斯分布的时间离散，根据耐电压直线、时间离散以及极间电压的分布，合闸时间分别为Td时刻和Ts时刻的实际上的极间电压振幅的最大值分别为101点和102点，其幅度值是相同的，都是1.0（PU）。对于现有技术的技术方案，对于Td时刻和Ts时刻，由于其极间电压的幅值达到阈值，都是不能够作为合闸时刻。但是，参见图2和图3，Td时刻和Ts时刻的概率密度分布图103和104，其中101点和102点发生概率是完全不同的，其中101点位于高斯分布的2.5σ之外，其发生的概率小于2％，实际使用中即使将其作为合闸时刻，也仅也很小的可能会导致过电压超过阈值，甚至小于电力开关的过电压容忍概率，将其作为合闸时刻是可行的；而102点位于高斯分布的中心位置，其发生概率是很大的，完全不能够将其作为合闸时刻。而现有技术并不能区分过电压最大值分布概率，对于Td时刻和Ts时刻都是使用同一标准，不能作为合闸时刻。
本发明的所述电力开关合闸时刻触发概率小于概率阈值的极间电压最大值计算方式如下：（1）基于机械动作离散时间高斯分布的标准差σ确定合闸时间t的离散时间段[t-3σ,t+3σ]；（2）确定该离散时间段内极间电压最大值Vmax；以ΔV为步长，确定从Vmax往下的多个电压区间；确定各个电压区间的在离散时间段内的时间分布；（3）从高至低依次据根据各个电压区间的时间分布以及离散时间的高斯分布，计算各个电压区间时间分布的概率分布积分Pi以及累计概率分布积分ΣPi；如果特定电压区间的累计概率分布积分ΣPi大于概率阈值，则以该电压区间的最小值作为触发概率小于概率阈值的极间电压最大值。
本发明的目标合闸相位图生成单元基于所述电力开关弧前特性、机械动作离散时间高斯分布的积分以及负载侧电压的振幅变动，生成目标合闸相位图，所述目标合闸相位图表示电力开关合闸时刻触发概率小于概率阈值的极间电压最大值的分布。其中，所述电力开关合闸时刻触发概率小于概率阈值的极间电压最大值计算方式如下：（1）基于机械动作离散时间高斯分布的标准差σ确定特定电源侧电压相位和负载侧电压相位对应的合闸时间t的离散时间段[t-3σ,t+3σ]；（2）确定该离散时间段内极间电压最大值Vmax；以ΔV为步长，确定从Vmax往下的多个电压区间；确定各个电压区间的在离散时间段内的时间分布；（3）从高至低依次据根据各个电压区间的时间分布以及离散时间的高斯分布，计算各个电压区间时间分布的概率分布积分Pi以及累计概率分布积分ΣPi；如果特定电压区间的累计概率分布积分ΣPi大于概率阈值，则以该电压区间的最小值作为触发概率小于概率阈值的极间电压最大值，将这样得到的触发概率小于概率阈值的极间电压最大值作为图点。该图点对应于合闸时间t时，特定电源侧电压相位以及负载侧电压相位对应的相位的图点。依据上述操作，使电源侧电压相位在0～360度的范围内变化， 使负载侧电压相位在0～360度的范围内变化，计算出各相位的图点， 由此生成二维形式的目标合闸相位图。
其中，所述各个电压区间时间分布的概率分布积分Pi，依据如下计算；（1）如果该时间分布为单个连续时间段[t1,t2]，则如图4所示，通过高斯分布积分表得出小于t1时刻的累计概率Pt1以及小于t2时刻的累计概率Pt2，计算Pi＝Pt2－Pt1；（2）如果该时间分布为多个连续时间段，分别计算各个时间段内的累计概率，将各个时间段内的累计概率相加得到Pi。
如上所述，本发明的目标合闸相位图生成单元与现有技术的区别在于，使用触发概率小于概率阈值的极间电压最大值作为图点，而非使用现有技术中极间电压的最大值作为图点，从而增加能够合闸的时刻，能够加快合闸速度，并且也不会因此导致过电压超阈值的数量大量增加。
目标合闸时刻计算单元，其基于电源侧电压和负载侧电压的频率和相位，以及所述目标合闸相位图生成单元生成的目标合闸相位图，确定目标合闸时刻序列；控制单元，其基于所述目标合闸时刻序列，控制所述电力开关合闸。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述公开内容之后，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，在不脱离本发明原理前提下，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (1)
1.一种电力开关控制系统，包括：频率/相位计算单元，其基于电力开关电源侧电压和负载侧电压计算出其各自的频率和相位；目标合闸相位图生成单元，其生成目标合闸相位图；目标合闸时刻计算单元，其基于电源侧电压和负载侧电压的频率和相位，以及所述目标合闸相位图生成单元生成的目标合闸相位图，确定目标合闸时刻序列；控制单元，其基于所述目标合闸时刻序列，控制所述电力开关合闸；其特征在于：所述目标合闸相位图生成单元基于所述电力开关弧前特性、机械动作离散时间高斯分布的积分以及负载侧电压的振幅变动，生成目标合闸相位图，所述目标合闸相位图表示电力开关合闸时刻电源电压相位和负载电压相位对应的触发概率小于概率阈值的极间电压最大值的分布图；所述电力开关合闸时刻触发概率小于概率阈值的极间电压最大值计算方式如下：（1）基于机械动作离散时间高斯分布的标准差σ确定合闸时间t的离散时间段[t-3σ,t+3σ]；（2）确定该离散时间段内极间电压最大值Vmax；以ΔV为步长，确定从Vmax往下的多个电压区间；确定各个电压区间的在离散时间段内的时间分布；（3）从高至低依次根据各个电压区间的时间分布以及离散时间的高斯分布，计算各个电压区间时间分布的概率分布积分Pi以及累计概率分布积分ΣPi；如果特定电压区间的累计概率分布积分ΣPi大于概率阈值，则以该电压区间的最小值作为触发概率小于概率阈值的极间电压最大值。
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