CN109100600A - 一种磁控式并联电抗器故障确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁控式并联电抗器故障确定方法及系统。该方法包括：根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型；将等效漏感参数识别模型离散化，得到等效漏电感参数识别离散模型；采集磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压；根据等效漏电感参数识别离散模型和磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法确定等效漏电感参数；确定等效漏电感参数的三相差异度；根据等效漏电感参数的三相差异度，确定磁控式并联电抗器的故障绕组。本发明提供的磁控式并联电抗器故障确定方法及系统具有对控制绕组匝间故障灵敏度高、能对故障进行定位的特点，而且，不受预励磁合闸和容量调节影响。

Description

一种磁控式并联电抗器故障确定方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别是涉及一种磁控式并联电抗器故障确定方法及系统。

背景技术

随着风力发电和太阳能发电的大规模快速发展，我国电网越来越呈现出高比例可再生能源电力系统的特征，新能源发电的大规模接入，使得潮流变化频繁，进一步加剧了无功和电压控制的难度，以及开发兼具过电压抑制和动态无功平衡能力的可并联电抗器的难度。超/特高压磁控式并联电抗器(Magnetically Controlled Shunt Reactor，MCSR)作为可控高压并联电抗器的一员，能随着线路传输功率的变化而自动平滑地调节本身的容量，具有抑制超/特高压输电线路的容升效应、操作过电压、潜供电流等现象，降低线路损耗，提高系统稳定性，增大输电能力等优点，在超/特高压电网中的应用前景和潜力是十分广阔和巨大的。

作为超/特高压输电系统重要的无功补偿元件，磁控式并联电抗器的安全稳定运行关系到其接入的整个系统的无功潮流平衡和电压稳定，因此，对MCSR配置的保护要求甚高。磁控式并联电抗器保护配置的难点主要源于其结构的复杂性和特殊性，三相MCSR本体结构如图1所示，其结构类似于三绕组变压器，网侧绕组连接高压输电系统，三相接成星形结构，中性点直接接地(用作母线高抗)；每相两分支控制绕组反极性串联构成控制支路，三相控制支路并联于直流母线间，由外接励磁电源通过整流变给整流桥供电；补偿绕组三相接成角形，连接有5、7次滤波支路，用以减小正常运行时注入网侧的谐波。与普通变压器不同的是磁控式并联电抗器正常运行时铁芯处于饱和状态，且通过控制绕组流过的直流电流的大小改变铁芯的饱和度从而实现容量调节，具体是通过调节直流励磁系统中整流桥的晶闸管触发角，改变一个周期内控制绕组电流的平均值，从而平滑地调节电抗器的工作容量。

与固定式并联电抗器相比，磁控式并联电抗器电抗器结构更加复杂，在运行过程中需要根据系统需要调节工作容量，结构和工作原理上的特殊性使得磁控式并联电抗器在保护配置上面临诸多难题，尤其针对绕组匝间故障的灵敏度低。目前，已有研究成果中大多采用带补偿的零序功率方向保护作为MCSR匝间故障的主保护方案，但是由于补偿绕组的三相联结方式为角接，控制绕组发生匝间故障时，零序故障电流在补偿绕组支路的分流较大，因此零序功率方向保护对控制绕组匝间故障灵敏度低，应采用负序功率方向保护，但是，对控制绕组匝间故障的灵敏度仍然有限。为提高控制绕组匝间故障时保护的灵敏度，研究得到了以控制绕组总电流(简称总控电流)的基频分量为判据的控制绕组匝间故障保护，但是该保护方案会在MCSR预励磁合闸以及容量调节时发生误动。因此，零负序功率方向保护以及以总控电流基频分量为判据的保护方案，均不能对匝间故障发生于哪个绕组进行定位。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁控式并联电抗器故障确定方法及系统，具有对控制绕组匝间故障灵敏度高、能对故障进行定位的特点，而且，不受预励磁合闸和容量调节影响。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种磁控式并联电抗器故障确定方法，所述方法包括：

根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型；

将所述等效漏感参数识别模型离散化，得到等效漏电感参数识别离散模型；

采集所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，所述绕组包括网侧绕组、控制绕组和补偿绕组；

根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法确定等效漏电感参数；

确定所述等效漏电感参数的三相差异度；

根据所述等效漏电感参数的三相差异度，确定所述磁控式并联电抗器的故障绕组。

可选的，所述根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型，具体包括：

根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定各绕组的电压回路方程；

根据各绕组的电压回路方程，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型：其中，代表A、B、C三相，u₁，i₁分别为网侧绕组电压和电流，u_p2、u_q2分别为左右芯柱上控制绕组电压，u₃、u₃分别为补偿绕组电压和电流， 为根据网控回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，为根据网补回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，R_k13为网侧绕组的电压回路中的短路电抗，X_k13为补偿绕组的电压回路中的短路电抗，i_d13为网侧绕组与补偿绕组的电流之和，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组。

可选的，所述根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法确定等效漏电感参数，具体包括：

根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法计算得到等效漏电感参数：

其中，

n代表第n次采样，代表A、B、C三相，为网侧绕组的自感，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组，和为等效漏电感参数。

可选的，所述确定所述等效漏电感参数的三相差异度，具体包括：

根据计算等效漏电感参数的三相差异度，其中，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，σ₁ ²为第一差异度，σ₂ ²为第一差异度，σ₃ ²为第三差异度。

可选的，所述根据所述等效漏电感参数的三相差异度，确定所述磁控式并联电抗器的故障绕组，具体包括：

判断和是否均大于设定阈值；

如果和均大于所述设定阈值，则判断是否大于所述设定阈值；

如果大于所述设定阈值，则所述磁控式并联电抗器的故障绕组为网侧绕组；

如果不大于所述设定阈值，则所述磁控式并联电抗器的故障绕组为补偿绕组；

判断和是否均小于所述设定阈值；

如果和均小于所述设定阈值，则判断是否大于所述设定阈值；

如果在和均小于所述设定阈值的情况下，大于所述设定阈值，则所述磁控式并联电抗器的故障绕组为控制绕组。

本发明还提供了一种磁控式并联电抗器故障确定系统，所述系统包括：

参数识别模型确定模块，用于根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型；

参数识别离散模型确定模块，用于将所述等效漏感参数识别模型离散化，得到等效漏电感参数识别离散模型；

在线采集模块，用于采集所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，所述绕组包括网侧绕组、控制绕组和补偿绕组；

等效漏电感参数确定模块，用于根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法确定等效漏电感参数；

差异度确定模块，用于确定所述等效漏电感参数的三相差异度；

故障确定模块，用于根据所述等效漏电感参数的三相差异度，确定所述磁控式并联电抗器的故障绕组。

可选的，所述参数识别模型模块，具体包括：

电压回路方程确定单元，用于根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定各绕组的电压回路方程；

参数识别模型确定单元，用于根据各绕组的电压回路方程，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型：

其中，代表A、B、C三相，u₁，i₁分别为网侧绕组电压和电流，u_p2、u_q2分别为左右芯柱上控制绕组电压，u₃、u₃分别为补偿绕组电压和电流， 为根据网控回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，为根据网补回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，R_k13为网侧绕组的电压回路中的短路电抗，X_k13为补偿绕组的电压回路中的短路电抗，i_d13为网侧绕组与补偿绕组的电流之和，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组。

可选的，所述等效漏电感参数确定模块，具体包括：

等效漏电感参数确定单元，用于根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法计算得到等效漏电感参数：其中，

n代表第n次采样，代表A、B、C三相，为网侧绕组的自感，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组， 和为等效漏电感参数。

可选的，所述差异度确定模块，具体包括：

差异度确定单元，用于根据计算等效漏电感参数的三相差异度，其中，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，σ₁ ²为第一差异度，σ₂ ²为第一差异度，σ₃ ²为第三差异度。

可选的，所述故障确定模块，具体包括：

第一判断模块，用于判断和是否均大于设定阈值；

第二判断模块，用于当和均大于所述设定阈值时，判断是否大于所述设定阈值；

第一故障确定单元，用于当大于所述设定阈值时，确定磁控式并联电抗器的故障绕组为网侧绕组；

第二故障确定单元，用于当不大于所述设定阈值时，确定磁控式并联电抗器的故障绕组为补偿绕组；

第三判断模块，用于判断和是否均小于所述设定阈值；

第四判断模块，用于当和均小于所述设定阈值时，判断是否大于所述设定阈值；

第三故障确定单元，用于当在和均小于所述设定阈值的情况下，大于所述设定阈值时，确定磁控式并联电抗器的故障绕组为控制绕组。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的磁控式并联电抗器故障确定方法及系统根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型；将等效漏感参数识别模型离散化，得到等效漏电感参数识别离散模型；采集磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压；根据等效漏电感参数识别离散模型和磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法确定等效漏电感参数；确定等效漏电感参数的三相差异度；根据等效漏电感参数的三相差异度，确定磁控式并联电抗器的故障绕组。本发明利用等效漏电感参数确定磁控式并联电抗器绕组故障，不仅灵敏度高，而且，能够对故障绕组进行简单定位，同时，在正常运行条件下(包括预励磁以及容量调节)，漏感参数几乎不变，有效解决了零负序功率方向对控制绕组匝间故障保护灵敏度低，以及基于总控电流基频分量的控制绕组匝间故障保护在预励磁、区外三相不对称故障下易误动的问题。

附图说明

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为超高压磁控式并联电抗器三相本体结构示意图；

图2为本发明实施例磁控式并联电抗器故障确定方法的流程示意图；

图3为单相磁控式并联电抗器的等效电路模型图；

图4为待辨识参数矩阵的实时计算结果图；

图5为参数矩阵中等效漏电感参数平均值示意图；

图6为等效漏电感参数三相差异度的结果图；

图7为本发明实施例磁控式并联电抗器故障确定系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种磁控式并联电抗器故障确定方法及系统，具有对控制绕组匝间故障灵敏度高、能对故障进行定位的特点，而且，不受预励磁合闸和容量调节影响。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图2为本发明实施例磁控式并联电抗器故障确定方法的流程示意图，如图2所示，本发明提供的磁控式并联电抗器故障确定方法步骤如下：

步骤201：根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型；

步骤202：将所述等效漏感参数识别模型离散化，得到等效漏电感参数识别离散模型；

步骤203：采集所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，所述绕组包括网侧绕组、控制绕组和补偿绕组；

步骤204：根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法确定等效漏电感参数；

步骤205：确定所述等效漏电感参数的三相差异度；

步骤206：根据所述等效漏电感参数的三相差异度，确定所述磁控式并联电抗器的故障绕组。

其中，步骤201具体包括：

根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定各绕组的电压回路方程；

以单相磁控式并联电抗器为例，单相磁控式并联电抗器的等效电路如图3所示，图1中的所有电气量折算至网侧，则对应的原理图如图3，其中①-⑥为各分支绕组的编号，①②为网侧绕组在左(p)右(q)芯柱上的分支绕组，③④为控制绕组在p、q芯柱上的分支绕组，⑤⑥为补偿或绕组在p、q芯柱上的分支绕组，r_φk、L_φk(φ＝p,q；k＝1,2,3)分别为网侧(k＝1)、控制侧(k＝2)、补偿侧(k＝3)在φ芯柱上的绕组电阻及漏电感。各绕组的电压回路方程为：

式中，r_k＝r_pk+r_qk(k＝1,2,3)为各绕组的绕组电阻，各磁链的计算方式如下：

式中，ψ_i(i＝1,2,...,6)为绕组i的总磁链，编号与附图3中的绕组编号一一对应；ψ_pm为绕组1、3、5的公共磁链；ψ_qm为绕组2、4、6的公共磁链；ψ_iL(i＝1,2,...,6)为只交链绕组i的漏磁链，即自漏磁链，对应于p,q芯柱上绕组的自感为L_pi、L_qi；ψ_ij(i＝1,2,...,6；j＝1,2,...,6；i≠j)为绕组i与绕组j交链的漏磁链，即互漏磁链，对应的电感为m_ij。由于自漏磁通和互漏磁通主要是通过空气或者变压器油闭合，因此对应的互漏阻抗均为常数，则有：m_ij＝m_ji(i≠j)；考虑到MCSR结构的对称性，有m₁₄＝m₂₃，m₁₆＝m₂₅，m₃₆＝m₄₅，m₁₃＝m₂₄，m₁₅＝m₂₆，m₃₅＝m₄₆，L_p1＝L_q1，L_p2＝L_q2，L_p3＝L_q3。将磁链计算式(2)代入电压回路方程(1)中，并化为自感、互感形式，则有：

将方程组(3)中的各绕组电压回路联立，消去左右芯柱的主磁链，在MCSR未发生内部故障时，m₁₄＝m₂₃，m₁₆＝m₂₅，m₃₆＝m₄₅，m₁₃＝m₂₄，m₁₅＝m₂₆，m₃₅＝m₄₆，并且由于左右芯柱之间的互感较小，可以将其忽略。假设网侧绕组与补偿侧绕组的电流之和为i_d13，则i₁＝i_d13-i₃，且电抗器出厂时提供网侧与补偿侧的短路阻抗Z_k13＝R_k13+jX_k13，其中，R_k13＝r₁+r₃，

将这些条件代入式(3)，得到磁控式并联电抗器三相通用的最小二乘法形式Y＝Φθ的参数辨识模型如下：

其中，代表A、B、C三相，u₁，i₁分别为网侧绕组电压和电流，u_p2、u_q2分别为左右芯柱上控制绕组电压，u₃、u₃分别为补偿绕组电压和电流，R_k13为网侧绕组的电压回路中的短路电抗，X_k13为补偿绕组的电压回路中的短路电抗，i_d13为网侧绕组与补偿绕组的电流之和，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组。

步骤203具体包括：

采样频率f_s＝40×f₀，f₀为50Hz。

采集得到的当前电压、电流值为网侧绕组电压、电流：补偿绕组电压、电流：控制绕组左右芯柱电压

步骤204具体包括：

采用递推最小二乘法计算得到等效漏电感参数矩阵：

其中， n代表第n次采样，为根据网控回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，为根据网补回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，和为等效漏电感参数。

步骤205具体包括：

采用5ms滑窗实时计算的等效漏电感平均值为：

等效漏电感的三相差异度定义为：

其中，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，σ₁ ²为第一差异度，σ₂ ²为第一差异度，σ₃ ²为第三差异度。

步骤206具体包括：

设定三相差异度门槛值(设定阈值)为：σ_set ²。

的内部故障判断模块的具体实施为：若则进一步判断是否若是，则网侧绕组发生内部故障，保护动作，若否，则补偿绕组发生内部故障，保护动作；若进一步判断是否σ₃ ²>σ_set ²，若是，则控制绕组发生内部故障，保护动作，若否，则MCSR没有内部故障发生。

故障判断原理为：当MCSR三相均未发生内部故障时，网侧和控制侧绕组端部测得的电压、电流量满足式(4)，据此可以得到MCSR网侧绕组电阻和网控回路的等效漏电感；同样，根据网侧和补偿侧端部测得的电压、电流以及式(5)可以得到的网侧绕组电阻及网补回路的等效漏电感，辨识得到的等效漏电感等效漏电感参数三相均一致，即但是当MCSR发生内部故障时，故障相不满足式(4)和式(5)，此时利用参数辨识方程得到的参数，故障相与非故障相有很大的区别:当故障发生在网侧绕组时，故障相的电压、电流同时不满足式(4)和式(5)，得到的σ₃ ²均大于门槛值；当故障发生在控制绕组时，故障相的电压、电流满足式(5)而不满足不满足式(4)，得到的大于门槛值，几乎为0；同理，当故障发生在补偿绕组时，MCSR满足式(4)而不满足式(5)，得到的大于门槛值，几乎为0。据此特征，可准确区分MCSR的正常运行和内部故障，防止合闸涌流时保护可能出现的误动，并且对故障发生绕组进行判断。

本发明利用了磁控式并联电抗器发生匝间故障时，漏电感参数变化明显；而正常运行条件下(包括预励磁以及容量调节)，漏感参数几乎不变的故障特性，有效解决了零负序功率方向对控制绕组匝间故障保护灵敏度低，基于总控电流基频分量的控制绕组匝间故障保护在预励磁、区外三相不对称故障下易误动的问题。通过内部故障判断模块，不仅可以正确反映出绕组的内部故障，还可以区分出内部故障发生的绕组。

下面举例进行说明：

针对电压等级为750kV的磁控式并联电抗器在70％工作容量下50ms时A相控制绕组发生20％匝间故障的工况，采用新的保护方案对故障进行判别：

步骤1：基于单相磁控式并联电抗器的等效电路，列写各绕组的电压回路方程，得出最小二乘法形式的参数辨识数学模型：

步骤2：设定采样频率为f_s＝2000Hz，将参数辨识数学模型离散化，得到MCSR三相通用参数辨识离散模型为：

在采样频率fs下，实时采集磁控式并联电抗器的网侧、控制、补偿绕组的电压与电流；

步骤3：运用递推最小二乘算法对磁控式并联电抗器参数辨识模型进行参数在线辨识，得到的实时参数辨识结果如图4所示，图4(a)为待辨识参数矩阵θ₁的辨识结果图，图4(b)为待辨识参数矩阵θ₂的辨识结果图，由图4可知，50ms控制绕组故障发生后，从待辨识参数矩阵θ₁的辨识结果可以看出A相发生明显变化，而BC相不变，而辨识参数矩阵θ₂的三相均未变化。

步骤4：采用长度为5ms的滑窗，实时计算滑窗内等效漏电感参数的平均值，如图5所示，图5(a)为待辨识参数矩阵θ₁中等效漏感参数的辨识结果平均值示意图，图5(b)为待辨识参数矩阵θ₂中等效漏感参数的辨识结果平均值示意图，计算各等效漏电感参数的三相差异度，计算结果如图6所示，图6(a)为差异度σ₁ ²，σ₂ ²结果图，图6(b)为差异度σ₃ ²结果图，如图6所示，故障发生后σ₁ ²，σ₂ ²立即增大。一般设置为0.1，σ₁ ²和σ₂ ²均大于进一步判断得到那么得出结论控制绕组发生内部故障，保护动作。

本发明提供的磁控式并联电抗器故障确定方法利用等效漏电感参数确定磁控式并联电抗器绕组故障，不仅灵敏度高，而且，能够对故障绕组进行简单定位，同时，在正常运行条件下(包括预励磁以及容量调节)，漏感参数几乎不变，有效解决了零负序功率方向对控制绕组匝间故障保护灵敏度低，以及基于总控电流基频分量的控制绕组匝间故障保护在预励磁、区外三相不对称故障下易误动的问题。

本发明还提供了一种磁控式并联电抗器故障确定系统，如图7所示，该系统包括：

参数识别模型确定模块701，用于根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型；

参数识别离散模型确定模块702，用于将等效漏感参数识别模型离散化，得到等效漏电感参数识别离散模型；

在线采集模块703，用于采集磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，绕组包括网侧绕组、控制绕组和补偿绕组；

等效漏电感参数确定模块704，用于根据等效漏电感参数识别离散模型和磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法确定等效漏电感参数；

差异度确定模块705，用于确定等效漏电感参数的三相差异度；

故障确定模块706，用于根据等效漏电感参数的三相差异度，确定磁控式并联电抗器的故障绕组。

其中，参数识别模型模块701，具体包括：

电压回路方程确定单元，用于根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定各绕组的电压回路方程；

参数识别模型确定单元，用于根据各绕组的电压回路方程，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型：

其中，代表A、B、C三相，u₁，i₁分别为网侧绕组电压和电流，u_p2、u_q2分别为左右芯柱上控制绕组电压，u₃、u₃分别为补偿绕组电压和电流，， 为根据网控回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，为根据网补回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，R_k13为网侧绕组的电压回路中的短路电抗，X_k13为补偿绕组的电压回路中的短路电抗，i_d13为网侧绕组与补偿绕组的电流之和，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组。

等效漏电感参数确定模块704，具体包括：

等效漏电感参数确定单元，用于根据等效漏电感参数识别离散模型和磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法计算得到等效漏电感参数：其中，

n代表第n次采样，代表A、B、C三相，为网侧绕组的自感，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组，和为等效漏电感参数。

差异度确定模块705，具体包括：

差异度确定单元，用于根据计算等效漏电感参数的三相差异度，其中，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，σ₁ ²为第一差异度，σ₂ ²为第一差异度，σ₃ ²为第三差异度。

故障确定模块706，具体包括：

第一判断模块，用于判断和是否均大于设定阈值；

第二判断模块，用于当和均大于设定阈值时，判断是否大于设定阈值；

第一故障确定单元，用于当大于设定阈值时，确定磁控式并联电抗器的故障绕组为网侧绕组；

第二故障确定单元，用于当不大于设定阈值时，确定磁控式并联电抗器的故障绕组为补偿绕组；

第三判断模块，用于判断和是否均小于设定阈值；

第四判断模块，用于当和均小于设定阈值时，判断是否大于设定阈值；

第三故障确定单元，用于当在和均小于设定阈值的情况下，大于设定阈值时，确定磁控式并联电抗器的故障绕组为控制绕组。

本发明提供的磁控式并联电抗器故障确定系统利用等效漏电感参数确定磁控式并联电抗器绕组故障，不仅灵敏度高，而且，能够对故障绕组进行简单定位，同时，在正常运行条件下(包括预励磁以及容量调节)，漏感参数几乎不变，有效解决了零负序功率方向对控制绕组匝间故障保护灵敏度低，以及基于总控电流基频分量的控制绕组匝间故障保护在预励磁、区外三相不对称故障下易误动的问题。

综上所述，本发明提出的基于等效漏电感参数辨识的磁控式并联电抗器匝间故障保护方案稳定可靠，有效解决了已有的匝间故障保护方案灵敏度低且在预励磁合闸、区外不对称故障下易误动的问题，并且可以辨识出内部故障发生的绕组，为进一步的故障分析工作提供了依据，在可靠性和安全性方面优势显著，具有工程应用意义。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种磁控式并联电抗器故障确定方法，其特征在于，所述方法包括：

根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型；

将所述等效漏感参数识别模型离散化，得到等效漏电感参数识别离散模型；

采集所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，所述绕组包括网侧绕组、控制绕组和补偿绕组；

根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法确定等效漏电感参数；

确定所述等效漏电感参数的三相差异度；

根据所述等效漏电感参数的三相差异度，确定所述磁控式并联电抗器的故障绕组。

2.根据权利要求1所述的磁控式并联电抗器故障确定方法，其特征在于，所述根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型，具体包括：

根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定各绕组的电压回路方程；

根据各绕组的电压回路方程，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型：其中，代表A、B、C三相，u₁，i₁分别为网侧绕组电压和电流，u_p2、u_q2分别为左右芯柱上控制绕组电压，u₃、u₃分别为补偿绕组电压和电流， 为根据网控回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，为根据网补回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，R_k13为网侧绕组的电压回路中的短路电抗，X_k13为补偿绕组的电压回路中的短路电抗，i_d13为网侧绕组与补偿绕组的电流之和，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组。

3.根据权利要求1所述的磁控式并联电抗器故障确定方法，其特征在于，所述根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法确定等效漏电感参数，具体包括：

根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法计算得到等效漏电感参数：

其中，

n代表第n次采样，代表A、B、C三相，为网侧绕组的自感，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组，和为等效漏电感参数。

4.根据权利要求1所述的磁控式并联电抗器故障确定方法，其特征在于，所述确定所述等效漏电感参数的三相差异度，具体包括：

根据计算等效漏电感参数的三相差异度，其中，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，σ₁ ²为第一差异度，σ₂ ²为第一差异度，σ₃ ²为第三差异度。

5.根据权利要求4所述的磁控式并联电抗器故障确定方法，其特征在于，所述根据所述等效漏电感参数的三相差异度，确定所述磁控式并联电抗器的故障绕组，具体包括：

判断和是否均大于设定阈值；

如果和均大于所述设定阈值，则判断是否大于所述设定阈值；

如果大于所述设定阈值，则所述磁控式并联电抗器的故障绕组为网侧绕组；

如果不大于所述设定阈值，则所述磁控式并联电抗器的故障绕组为补偿绕组；

判断和是否均小于所述设定阈值；

如果和均小于所述设定阈值，则判断是否大于所述设定阈值；

如果在和均小于所述设定阈值的情况下，大于所述设定阈值，则所述磁控式并联电抗器的故障绕组为控制绕组。

6.一种磁控式并联电抗器故障确定系统，其特征在于，所述系统包括：

参数识别模型确定模块，用于根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型；

参数识别离散模型确定模块，用于将所述等效漏感参数识别模型离散化，得到等效漏电感参数识别离散模型；

在线采集模块，用于采集所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，所述绕组包括网侧绕组、控制绕组和补偿绕组；

等效漏电感参数确定模块，用于根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法确定等效漏电感参数；

差异度确定模块，用于确定所述等效漏电感参数的三相差异度；

故障确定模块，用于根据所述等效漏电感参数的三相差异度，确定所述磁控式并联电抗器的故障绕组。

7.根据权利要求6所述的磁控式并联电抗器故障确定系统，其特征在于，所述参数识别模型模块，具体包括：

电压回路方程确定单元，用于根据磁控式并联电抗器的等效电路，确定各绕组的电压回路方程；

参数识别模型确定单元，用于根据各绕组的电压回路方程，确定最小二乘法形式的等效漏电感参数识别模型：

其中，代表A、B、C三相，u₁，i₁分别为网侧绕组电压和电流，u_p2、u_q2分别为左右芯柱上控制绕组电压，u₃、u₃分别为补偿绕组电压和电流， 为根据网控回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，为根据网补回路电压方程计算得到的网侧绕组的电阻，R_k13为网侧绕组的电压回路中的短路电抗，X_k13为补偿绕组的电压回路中的短路电抗，i_d13为网侧绕组与补偿绕组的电流之和，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组。

8.根据权利要求6所述的磁控式并联电抗器故障确定系统，其特征在于，所述等效漏电感参数确定模块，具体包括：

等效漏电感参数确定单元，用于根据所述等效漏电感参数识别离散模型和所述磁控式并联电抗器各绕组的电流和电压，采用递推最小二乘法计算得到等效漏电感参数：其中， n代表第n次采样，代表A、B、C三相，为网侧绕组的自感，m_ij为编号为i的绕组和编号为j绕组的互漏磁链的电感，绕组“1”、“2”分别为网侧绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“3”、“4”分别为控制绕组在左右芯柱上的分支绕组，绕组“5”、“6”分别为补偿绕组在左右芯柱上的分支绕组，和为等效漏电感参数。

9.根据权利要求6所述的磁控式并联电抗器故障确定系统，其特征在于，所述差异度确定模块，具体包括：

差异度确定单元，用于根据计算等效漏电感参数的三相差异度，其中，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，为等效漏电感参数的平均值，σ₁ ²为第一差异度，σ₂ ²为第一差异度，σ₃ ²为第三差异度。

10.根据权利要求9所述的磁控式并联电抗器故障确定系统，其特征在于，所述故障确定模块，具体包括：

第一判断模块，用于判断和是否均大于设定阈值；

第二判断模块，用于当和均大于所述设定阈值时，判断是否大于所述设定阈值；

第一故障确定单元，用于当大于所述设定阈值时，确定磁控式并联电抗器的故障绕组为网侧绕组；

第二故障确定单元，用于当不大于所述设定阈值时，确定磁控式并联电抗器的故障绕组为补偿绕组；

第三判断模块，用于判断和是否均小于所述设定阈值；

第四判断模块，用于当和均小于所述设定阈值时，判断是否大于所述设定阈值；

第三故障确定单元，用于当在和均小于所述设定阈值的情况下，大于所述设定阈值时，确定磁控式并联电抗器的故障绕组为控制绕组。