CN108646074A - 一种基于合成矢量的moa阻性基波电流增长率的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率的计算方法，首先根据三相掺杂耦合电容电流的泄露电流合成矢量求解基波电流与电压矢量的初始夹角θ；然后确定合成矢量与与与的夹角α、β、γ，并根据夹角α、β、γ的变化趋势，判断避雷器阻性电流增大的相别；最后根据避雷器阻性电流增大的相别和电流矢量与电压矢量的初始夹角θ，求解对应相阻性电流基波的增量。本发明方法能够消除相间耦合电容对阻性电流测量时的影响而且不受电压相位的影响。

Description

一种基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率的计算方法

技术领域

本发明属于电力系统安全控制领域，具体涉及一种基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率计算方法。

背景技术

金属氧化物避雷器(Metal Oxide Surge Arrester,MOA)具有保护性好、通流容量大和结构简单等特点，在电力系统中得到广泛应用。避雷器阻性泄露电流是判别MOA运行状态的重要特征参量。

目前测量避雷器阻性泄露电流的主要方法有：阻性电流基波法、阻性电流三次谐波法和容性电流补偿法等。阻性电流基波法，首先测量各相MOA全电流，同时测取PT二次侧的电压，然后将电压和电流信号进行FFT计算，得到电压和电流的基波分量的幅值和相位，最后将基波电流在基波电压上投影，得到阻性电流的基波分量。阻性电流三次谐波法，依据阻性电流与阻性电流三次谐波存在一定的比例关系，该方法通过测量阻性电流的三次谐波分量得到阻性电流的峰值。容性电流补偿法利用阻性电流和容性电流的正交性原理得到阻性电流，该方法利用 PT二次侧的电压信号来补偿容性电流分量进而得到阻性电流。上述阻性电流计算方法存在的如下问题：由于避雷器是工作在高压的环境下，避雷器与避雷器之间不可避免的会存在相间耦合电容，而上述方法并没有考虑到这一点，同时上述方法都易受电网电压信号相位的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率计算方法，能够去除相间耦合电容影响的作用，不会受电压信号相位的影响。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率计算方法，适用于一字排列的三相MOA模型，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、测量三相掺杂耦合电容电流的泄露电流合成矢量

步骤2、求解基波电流与电压矢量的初始夹角θ；

步骤3、确定合成矢量与与与的夹角α、β、γ；

步骤4、根据夹角α、β、γ的变化趋势，判断避雷器阻性电流增大的相别；

步骤5、根据避雷器阻性电流增大的相别和电流矢量与电压矢量的初始夹角θ，求解对应相阻性电流基波的增量。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明达到了克服相间耦合电容的效果；2)本发明不需要借助电网电压相位来判断，避免了因为电网电压相位的不稳定带来的误判；3)本发明从合成矢量相角的角度判断阻性电流的增长率，提高了测量的绝对精度和相对精度。

附图说明

图1是按“一”字排列的三相避雷器模型示意图。

图2是本发明构建的三相MOA泄露电流基波矢量图。

图3是本发明构建的三相泄露电流基波合成矢量图。

图4是本发明基于合成矢量的阻性电流增长率计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明的原理和方案。

电力系统中三相避雷器通常按“一”字排列安装，本发明对一字排列的三相 MOA模型进行讨论。由于A、C两相相隔较远，可以忽略他们之间的相间电容耦合电流，只考虑A、B和B、C之间的相间电容耦合电流，得到三相MOA工作状态下的等效电路如图1所示。图中：为电网三相电压矢量；为实际阀片电流矢量，但又无法直接测量到；为掺杂耦合电容电流的泄露电流矢量，是可以直接测量到的，但受耦合电容影响；为相间耦合电容电流矢量；R_a、R_b、R_c为三相MOA非线性电阻；C_a,C_b,C_c为三相MOA自身电容；C₀为相间耦合电容。

电流关系满足如下等式：

根据以上电流矢量得到三相MOA泄露电流基波矢量图如图2所示。显然，B 相电流相位基本不变，A、C相电流受耦合电容影响，相位变化较大，甚至会导致C相阻性基波电流测量值为负值。

采用合成矢量消除耦合电容电流的基本原理，定义合成矢量，可得：

式中：为A、C相电流合成矢量；为A、B相电流合成矢量；为B、C 相电流合成矢量。

从上式电流合成矢量中，不难看出，合成矢量是可直接测量的，且不受耦合电容电流的影响。根据上式合成矢量表达式得到三相泄露基波合成矢量图3所示，α为之间的夹角，β为之间的夹角，γ为之间的夹角，表达式如下所示：

从以上分析可得，α、β、γ的角度变化仅受的变化影响。

合成矢量的角度定义式如下：

式中分别为与x轴正方向之间的夹角，θ为阻性电流基波与电压基波夹角，是未知量，可由初始合成矢量相角计算，A相阻性电流增长率为k_a％，B相阻性电流增长率为k_b％，C相阻性电流增长率为k_c％。

通过上述分析，本发明基于一字排列的三相MOA模型，提出一种基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率计算方法，包括如下步骤：

步骤1、测量三相掺杂耦合电容电流的泄露电流合成矢量

步骤2、求解基波电流与电压矢量的初始夹角θ，基波电流与电压矢量的初始夹角θ和泄露电流合成矢量相关，具体关系为：

步骤3、确定合成矢量与与与的夹角α、β、γ，合成矢量间夹角的计算公式为:

步骤4、根据夹角α、β、γ的变化趋势，判断避雷器阻性电流增大的相别，当α、β和γ都变小时，A相避雷器阻性电流增大，当α和γ变大，β变小时，B 相避雷器阻性电流增大，当α变小，β和γ变大时，C相避雷器阻性电流增大。

步骤5、根据避雷器阻性电流增大的相别和电流矢量与电压矢量的初始夹角θ，求解对应相阻性电流基波的增量，具体为：根据步骤4判断的相别，令其余两相相别阻性电流基波的增量为0，根据下式计算该相阻性电流基波的增量：

为了验证本发明方法的有效性，采用MATLAB进行仿真，具体参数如下：泄露电流基波有效值为0.4mA，阻性电流基波与电压基波夹角为85°，得到各相阻性电流分别增加100％对α、β、γ的角度影响如下：A相阻性电流的增加会使α、β、γ角度分别变小0.339°，1.955°和2.294°；B相阻性电流的增加会使α、γ分别变大3.008°和1.992°，β变小1.016°；C相阻性电流的增加会使α变小2.669°，β、γ分别变大3.087°和0.419°。通过上述仿真分析可得，该方法能够消除相间耦合电容对阻性电流测量时的影响而且不受电压相位的影响，并且合成矢量相位的变化无论在绝对精度和相对精度上都优于幅值。由基波阻性电流幅值变化转化为基波电流矢量的角度变化来诊断MOA的损坏程度，诊断结果更准确。

Claims (5)

1.基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率计算方法，适用于一字排列的三相MOA模型，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、测量三相掺杂耦合电容电流的泄露电流合成矢量

步骤2、求解基波电流与电压矢量的初始夹角θ；

步骤3、确定合成矢量与与与的夹角α、β、γ；

步骤4、根据夹角α、β、γ的变化趋势，判断避雷器阻性电流增大的相别；

步骤5、根据避雷器阻性电流增大的相别和电流矢量与电压矢量的初始夹角θ，求解对应相阻性电流基波的增量。

2.根据权利要求1所述的基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率计算方法，其特征在于，步骤2中基波电流与电压矢量的初始夹角θ和泄露电流合成矢量相关，具体关系为：

式中，分别为与x轴正方向之间的夹角。

3.根据权利要求1所述的基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率计算方法，其特征在于，步骤3中合成矢量间夹角的计算公式为:

式中，α、β、γ分别为与之间的夹角、与之间的夹角、与之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率计算方法，其特征在于，步骤4具体为：当α、β和γ都变小时，A相避雷器阻性电流增大，当α和γ变大，β变小时，B相避雷器阻性电流增大，当α变小，β和γ变大时，C相避雷器阻性电流增大。

5.根据权利要求1所述的基于合成矢量的MOA阻性基波电流增长率计算方法，其特征在于，步骤5根据步骤4判断的相别，令其余两相相别阻性电流基波的增量为0，根据下式计算该相阻性电流基波的增量：

式中，分别为与x轴正方向之间的夹角，θ为基波电流与电压的夹角，A相阻性电流增长率为k_a％，B相阻性电流增长率为k_b％，C相阻性电流增长率为k_c％。