CN109765418B - 一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法及装置 - Google Patents

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CN109765418B CN201910050938.7A CN201910050938A CN109765418B CN 109765418 B CN109765418 B CN 109765418B CN 201910050938 A CN201910050938 A CN 201910050938A CN 109765418 B CN109765418 B CN 109765418B
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Abstract

本申请提供了一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法及装置，其中，所述计算方法包括：在电网系统正常运行时，可控电压源输出异频电压信号；测量可控电压源的输出电压在异频频率上的电压分量和输出电流在异频频率上的电流分量；根据电压分量、电流分量和消弧线圈回路阻抗值，计算电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，分布参数包括：对地泄漏电阻和分布电容；根据可控电压源到系统中性点处的输出阻抗、单相接地时接地相在接地前的相电压、消弧线圈回路阻抗和电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，计算可控电压源输出的补偿电压值。本申请所提供的可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法及装置，能够有效解决现有供电可靠性差的问题。

Description

一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法及装置
技术领域
本申请涉及电网电力技术领域，尤其涉及一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法及装置。
背景技术
电网系统中，尤其是中低压配电网系统中，单相接地故障占故障总数的绝对多数。中低压配电网的中性点接地方式主要有中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地方式或中性点经低值电阻接地方式。中性点不接地方式下，接地电流没有得到补偿并带故障运行，存在人身触电风险。中性点经消弧线圈接地方式下，消弧线圈在单相接地后补偿接地容流，能够熄灭接地电弧，系统可带故障运行，但接地点仍存在一定接地残流，仍存在人身触电风险。中性点经低值电阻接地方式下，通过继电保护装置的线路零序保护跳开接地线路，供电可靠性不能保障。
发明内容
本申请提供了一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法及装置，以解决现有供电可靠性差的问题。
本申请第一方面提供了一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法，所述计算方法包括：
在电网系统正常运行时，可控电压源输出异频电压信号；
测量所述可控电压源的输出电压在异频频率上的电压分量和输出电流在异频频率上的电流分量；
根据所述电压分量、所述电流分量和消弧线圈回路阻抗值，计算电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，所述分布参数包括：对地泄漏电阻和分布电容；
根据可控电压源到系统中性点处的输出阻抗、单相接地时接地相在接地前的相电压、所述消弧线圈回路阻抗和所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，计算可控电压源输出的补偿电压值。
可选地，所述可控电压源输出异频电压信号的频率为10Hz-45Hz，以及55Hz-200Hz；所述频率对应至电网系统中性点的电压幅值为100V-1000V。
可选地，如果为所述电网系统不含并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure BDA0001950141290000021
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure BDA0001950141290000022
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure BDA0001950141290000023
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，
Figure BDA0001950141290000024
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
可选地，如果为所述电网系统含有并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure BDA0001950141290000025
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure BDA0001950141290000026
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure BDA0001950141290000027
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure BDA0001950141290000028
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
可选地，根据下式计算可控电压源输出的补偿电压值，
Figure BDA0001950141290000031
其中，Zout代表可控电压源到系统中性点处的输出阻抗，
Figure BDA0001950141290000032
代表可控电压源输出的补偿电压值，
Figure BDA0001950141290000033
代表单相接地时接地相在接地前的相电压，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure BDA0001950141290000034
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
本申请第二方面提供了一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：
异频信号输出单元，用于在电网系统正常运行时，可控电压源输出异频电压信号；
测量单元，用于测量所述可控电压源的输出电压在异频频率上的电压分量和输出电流在异频频率上的电流分量；
第一计算单元，用于根据所述电压分量、所述电流分量和消弧线圈回路阻抗值，计算电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，所述分布参数包括：对地泄漏电阻和分布电容；
第二计算单元，用于根据可控电压源到系统中性点处的输出阻抗、单相接地时接地相在接地前的相电压、所述消弧线圈回路阻抗和所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，计算可控电压源输出的补偿电压值。
可选地，所述可控电压源输出异频电压信号的频率为10Hz-45Hz，以及55Hz-200Hz；所述频率对应至电网系统中性点的电压幅值为100V-1000V。
可选地，如果为所述电网系统不含并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure BDA0001950141290000035
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure BDA0001950141290000041
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure BDA0001950141290000042
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，
Figure BDA0001950141290000043
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
可选地，如果为所述电网系统含有并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure BDA0001950141290000044
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure BDA0001950141290000045
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure BDA0001950141290000046
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure BDA0001950141290000047
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
可选地，根据下式计算可控电压源输出的补偿电压值，
Figure BDA0001950141290000048
其中，Zout代表可控电压源到系统中性点处的输出阻抗，
Figure BDA0001950141290000049
代表可控电压源输出的补偿电压值，
Figure BDA00019501412900000410
代表单相接地时接地相在接地前的相电压，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure BDA00019501412900000411
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
由以上技术可知，本申请提供了一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法及装置，其中，所述计算方法包括：在电网系统正常运行时，可控电压源输出异频电压信号；测量所述可控电压源的输出电压在异频频率上的电压分量和输出电流在异频频率上的电流分量；根据所述电压分量、所述电流分量和消弧线圈回路阻抗值，计算电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，所述分布参数包括：对地泄漏电阻和分布电容；根据可控电压源到系统中性点处的输出阻抗、单相接地时接地相在接地前的相电压、所述消弧线圈回路阻抗和所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，计算可控电压源输出的补偿电压值。本申请所提供的可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法及装置，能够有效解决现有供电可靠性差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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。
图1为本申请实施例提供的一种可控电压源单元实现接地电流全补偿的电气回路的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种可控电压源并联消弧线圈实现接地电流全补偿的电气回路的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算装置的结构示意图。
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、完整的描述，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。
请参阅图1-3。
本申请实施提供的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法，所述计算方法包括：
步骤101、在电网系统正常运行时，可控电压源输出异频电压信号；
步骤102、测量所述可控电压源的输出电压在异频频率上的电压分量和输出电流在异频频率上的电流分量；
步骤103、根据所述电压分量、所述电流分量和消弧线圈回路阻抗值，计算电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，所述分布参数包括：对地泄漏电阻和分布电容；
步骤104、根据可控电压源到系统中性点处的输出阻抗、单相接地时接地相在接地前的相电压、所述消弧线圈回路阻抗和所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，计算可控电压源输出的补偿电压值。
电网系统的接地电流全补偿，能够在单相接地时，将接地点电流补偿到极小值，系统仍可带故障运行，消除了接地点的人身触电危险，是一种先进的接地电流补偿方式。
其中，可控电压源的输出电压和输出电流均可在连接变压器任意一侧测得，并通过滤波、傅里叶分析计算，将上述输出电压和输出电流折算至电网系统中性点位置，测得输出电压和输出电流在异频频率上的分量。
可控电压源到系统中性点处的输出阻抗指可控逆变电压源和连接阻抗组成的可控电压源整体的输出阻抗。
消弧线圈回路阻抗值指消弧线圈本体的电感值及直阻值，还包括与消弧线圈串联或并联的阻尼电阻。
基于可控电压源的接地电流全补偿，通过可控电压源输出相位、幅值可调的补偿电压，产生补偿电流，实现接地电流全补偿。可控电压源全补偿可能单独补偿，也可能与消弧线圈并联使用。可控电压源输出值(包括幅值与相位)直接影响全补偿效果，本申请实施例提供的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法，在可控电压源接地电流全补偿的各种拓扑结构下均能够快速准确的计算单相接地时可控电压源补偿输出值，为可控电压源接地电流全补偿的实现提供了一种快速、有效、简便的计算方法。
本申请所提供的可控电压源单独全补偿结构或可控电压源变脸消弧线圈全补偿结构均能够使用，降低了可控电压源全补偿实现的难度。
可选地，所述可控电压源输出异频电压信号的频率为10Hz-45Hz，以及55Hz-200Hz；所述频率对应至电网系统中性点的电压幅值为100V-1000V。
计算得到电网系统对地分布参数的计算方法分为两种情况，一种为不含并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，另一种为含有并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式。
可选地，如果为所述电网系统不含并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure BDA0001950141290000071
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure BDA0001950141290000072
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure BDA0001950141290000073
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，
Figure BDA0001950141290000074
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
可选地，如果为所述电网系统含有并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure BDA0001950141290000075
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure BDA0001950141290000076
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure BDA0001950141290000077
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure BDA0001950141290000078
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
可选地，根据下式计算可控电压源输出的补偿电压值，
Figure BDA0001950141290000079
其中，Zout代表可控电压源到系统中性点处的输出阻抗，
Figure BDA0001950141290000081
代表可控电压源输出的补偿电压值，
Figure BDA0001950141290000082
代表单相接地时接地相在接地前的相电压，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure BDA0001950141290000083
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
请参阅图4，为本申请实施例提供的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算装置的结构示意图，所述计算装置包括：
异频信号输出单元1，用于在电网系统正常运行时，可控电压源输出异频电压信号；
测量单元2，用于测量所述可控电压源的输出电压在异频频率上的电压分量和输出电流在异频频率上的电流分量；
第一计算单元3，用于根据所述电压分量、所述电流分量和消弧线圈回路阻抗值，计算电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，所述分布参数包括：对地泄漏电阻和分布电容；
第二计算单元4，用于根据可控电压源到系统中性点处的输出阻抗、单相接地时接地相在接地前的相电压、所述消弧线圈回路阻抗和所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，计算可控电压源输出的补偿电压值。
可选地，所述可控电压源输出异频电压信号的频率为10Hz-45Hz，以及55Hz-200Hz；所述频率对应至电网系统中性点的电压幅值为100V-1000V。
可选地，如果为所述电网系统不含并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure BDA0001950141290000084
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure BDA0001950141290000085
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure BDA0001950141290000086
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，
Figure BDA0001950141290000087
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
可选地，如果为所述电网系统含有并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure BDA0001950141290000091
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure BDA0001950141290000092
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure BDA0001950141290000093
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure BDA0001950141290000094
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
可选地，根据下式计算可控电压源输出的补偿电压值，
Figure BDA0001950141290000095
其中，Zout代表可控电压源到系统中性点处的输出阻抗，
Figure BDA0001950141290000096
代表可控电压源输出的补偿电压值，
Figure BDA0001950141290000097
代表单相接地时接地相在接地前的相电压，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure BDA0001950141290000098
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
值得注意的是，具体实现中，本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的用户身份的服务提供方法或用户注册方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random accessmemory，简称：RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：
在电网系统正常运行时，可控电压源输出异频电压信号；
测量所述可控电压源的输出电压在异频频率上的电压分量和输出电流在异频频率上的电流分量；
根据所述电压分量、所述电流分量和消弧线圈回路阻抗值，计算电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，所述分布参数包括：对地泄漏电阻和分布电容；
根据可控电压源到系统中性点处的输出阻抗、单相接地时接地相在接地前的相电压、所述消弧线圈回路阻抗和所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，计算可控电压源输出的补偿电压值；
如果为所述电网系统不含并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure FDA0002801006070000011
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure FDA0002801006070000012
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure FDA0002801006070000013
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，
Figure FDA0002801006070000014
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
2.根据权利要求1所述的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法，其特征在于，所述可控电压源输出异频电压信号的频率为10Hz-45Hz，以及55Hz-200Hz；所述频率对应至电网系统中性点的电压幅值为100V-1000V。
3.根据权利要求1所述的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法，其特征在于，如果为所述电网系统含有并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure FDA0002801006070000021
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure FDA0002801006070000022
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure FDA0002801006070000023
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure FDA0002801006070000024
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
4.根据权利要求1所述的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算方法，其特征在于，根据下式计算可控电压源输出的补偿电压值，
Figure FDA0002801006070000025
其中，Zout代表可控电压源到系统中性点处的输出阻抗，
Figure FDA0002801006070000026
代表可控电压源输出的补偿电压值，
Figure FDA0002801006070000027
代表单相接地时接地相在接地前的相电压，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure FDA0002801006070000028
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
5.一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：
异频信号输出单元，用于在电网系统正常运行时，可控电压源输出异频电压信号；
测量单元，用于测量所述可控电压源的输出电压在异频频率上的电压分量和输出电流在异频频率上的电流分量；
第一计算单元，用于根据所述电压分量、所述电流分量和消弧线圈回路阻抗值，计算电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，所述分布参数包括：对地泄漏电阻和分布电容；
第二计算单元，用于根据可控电压源到系统中性点处的输出阻抗、单相接地时接地相在接地前的相电压、所述消弧线圈回路阻抗和所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，计算可控电压源输出的补偿电压值；
如果为所述电网系统不含并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure FDA0002801006070000031
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure FDA0002801006070000032
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure FDA0002801006070000033
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，
Figure FDA0002801006070000034
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
6.根据权利要求5所述的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算装置，其特征在于，所述可控电压源输出异频电压信号的频率为10Hz-45Hz，以及55Hz-200Hz；所述频率对应至电网系统中性点的电压幅值为100V-1000V。
7.根据权利要求5所述的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算装置，其特征在于，如果为所述电网系统含有并联消弧线圈回路的可控电压源全补偿方式，则根据下式计算所述电网系统单相对地分布参数形成的阻抗，
Figure FDA0002801006070000035
其中，C0代表分布电容，R0代表对地泄漏电阻，ω代表可控电压源输出异频电压信号的角频率，
Figure FDA0002801006070000036
代表输出电流在异频频率上的电流分量，
Figure FDA0002801006070000037
代表输出电压在异频频率上的电压分量，Re()代表取实部函数，Im()代表取虚部函数，j代表阻抗计算系数，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure FDA0002801006070000041
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
8.根据权利要求5所述的一种可控电压源接地电流全补偿输出电压计算装置，其特征在于，根据下式计算可控电压源输出的补偿电压值，
Figure FDA0002801006070000042
其中，Zout代表可控电压源到系统中性点处的输出阻抗，
Figure FDA0002801006070000043
代表可控电压源输出的补偿电压值，
Figure FDA0002801006070000044
代表单相接地时接地相在接地前的相电压，ZL代表消弧线圈回路阻抗值，
Figure FDA0002801006070000045
代表电网系统单相对地分布参数形成的阻抗。
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