CN109787233B - 一种滤波器高压电容h型桥臂调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤波器高压电容H型桥臂调平方法，所述方法包括：获取一维数组，所述一维数组指的是每个桥臂中的电容器单元按照安装位置自下而上顺序编号；获取实测的各电容单元容值，分别计算出调整前的各桥臂电容值高压塔桥臂不平衡度、低压塔桥臂不平衡度、H型桥臂不平衡度f_b；以H型桥臂电容不平衡度f_b为目标函数，以实测各桥臂电容值为变量，设定约束条件，来建立数学模型；根据数学模型来获得需要调整的电容位置信息和桥臂不平衡度最小值。通过利用本方法，可实现不更换电容器备品，仅调整1对或2对现有电容单元，将电容器组桥臂不平衡度减小95％以上，有效抑制投运后初始不平衡电流偏大的问题。

Description

一种滤波器高压电容H型桥臂调平方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种滤波器高压电容H型桥臂调平方法。

背景技术

高压直流输电在远距离、大容量输电方面存在明显优势。电容器组在高压直流输电中主要作用为补偿无功功率和滤除谐波，其安全运行直接影响到直流功率的可靠传输。随着直流输电不断向特高压、大容量方向发展，工程中应用的电容器组容量也不断增大。电容器在换流站的交、直流滤波器中得到广泛应用，结构上以对称的H型桥接为主。800kV换流站一般配有A、B、C三种类型交流滤波器，其中A、B型交流滤波器主要滤除12k±1次谐波，C型滤波器主要补偿无功。

换流站一般会设置有多组交流滤波器，可分为三种类型，每种滤波器中高压电容都采用H型桥接方式。H型桥接方式四个桥臂分别为高压塔A柱、B柱和低压塔A柱、B柱，每个桥臂中串并联电容的数量不一定相同。当一个桥臂中的电容发生损坏时，损坏电容元件所在的桥臂电容值发生变化，导致4个桥臂电容平衡状态被破坏，桥臂之间的电流互感器上将测量到不平衡电流。

根据多年运行经验，交流滤波器设备中因电容不平衡电流保护动作跳闸占该类设备故障总数的90％以上。同时电容器不平衡电流保护动作告警的次数也会随着设备运行年限的增加而逐渐增多，滤波器故障停运后检查处理周期较长，特别是在直流满负荷运行的情况下，可能导致直流限功率甚至紧急停运。

滤波器发生故障后，检修工作中要对桥臂电容更换调整，减小桥臂不平衡度。例如：穗东站500kV 564交流滤波器C1电容器C相不平衡I段告警后，对单只容值进行测量未发现明显异常，现场对高压塔桥臂进行重新配平，使用备品更换了2只电容器。500kV 584交流滤波器C1电容器B相不平衡I段告警后，单只容值测量未发现明显异常，现场对调了两对电容器，使用备品更换了1只电容器。

传统的不平衡电流调整方法采用在excel表中计算各桥臂电容值和不平衡度，根据经验选择电容进行调整，并验算调整后不平衡度是否满足规程要求。这种存在问题：1、通常需要多次调整，甚至使用新备品更换，工作效率低，备品消耗大；2、调平的标准不统一，调整结果不确定性大；3、调整后桥臂不平衡度大，不能抑制初始不平衡电流

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种滤波器高压电容H型桥臂调平方法，以提高滤波器检修工作质量和效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种滤波器高压电容H型桥臂调平方法，所述滤波器高压电容采用H型接线，电容单元通过串并联接在H型桥臂的四个臂上，分别为高压塔A柱、B柱，低压塔A柱、B柱；所述方法包括：

获取一维数组，所述一维数组指的是每个桥臂中的电容器单元按照安装位置自下而上顺序编号；

获取实测的各电容单元容值，分别计算出调整前的各桥臂电容值高压塔桥臂不平衡度、低压塔桥臂不平衡度、H型桥臂不平衡度f_b；

以H型桥臂电容不平衡度f_b为目标函数，以实测各桥臂电容值为变量，来建立数学模型；

根据数学模型来获得需要调整的电容位置信息和桥臂不平衡度最小值。

所述分别计算出调整前的各桥臂电容值高压塔桥臂不平衡度、低压塔桥臂不平衡度、H型桥臂不平衡度f_b，对应的计算公式如下；

高、低压塔桥臂不平衡度：

其中，c₁、c₂、c₃、c₄为四个桥臂容值，q₁、q₂为高、低压塔桥臂不平衡度

H型桥臂间不平衡度：

具体地，所述数学模型为：

St.0≤q₁＜q_zd且0≤q₂＜q_zd且0＜k＜k_zd

C＝[c₁,c₂,c₃,c₄]^T

其中，q_zd为高、低压塔桥臂不平衡度最大限值，k_zd为调整的电容层数限值。

所述根据数学模型来获得需要调整的电容位置信息和桥臂不平衡度最小值包括：

求解获得桥臂间不平衡度f的初始值

设定约束条件如下：

设定高、低压塔桥臂不平衡度q1、q2小于预设限定值；

调整设定仅在高压塔A柱和B柱之间调换电容，低压塔A柱和B柱之间调换电容，高、低压塔同步调换电容三种不同策略调整方法；

根据三种不同策略调整方法的到对应的电容位置信息和桥臂不平衡度最小值。

具体地，高压塔A柱与B柱单独调整方法包括：

将高压塔A柱的所有n支电容器和高压塔B柱的所有n支电容器依次循环对调1组；

每次对调后计算出高、低压塔桥臂不平衡度q1、q2，桥臂间不平衡度f，并检验是否满足约束条件，将满足约束条件的可行解保留；

完成全部循环后，将所有可行解按照桥臂不平衡度f进行排序，比较大小，选出桥臂不平衡度f最小值,输出对应的电容器调整位置信息和桥臂不平衡度f_min；

若调整一组电容器单元后，不平衡度仍然大于限定值，则在第一次调整的基础上，再重复进行一次循环计算，求得对调第二组电容器的位置信息和桥臂不平衡度f_min。

具体地，所述低压塔A柱与B柱单独调整方法包括：

将低压塔A柱的所有n支电容器和低压塔B柱的所有n支电容器依次循环对调1组；

每次对调后计算出高、低压塔桥臂不平衡度q1、q2，桥臂间不平衡度f，并检验是否满足约束条件，将满足约束条件的可行解保留；

完成全部循环后，将所有可行解按照桥臂不平衡度f进行排序，比较大小，选出桥臂不平衡度f最小值,输出对应的电容器调整位置信息和桥臂不平衡度f_min。

若调整一组电容器单元后，不平衡度仍然大于限定值，则在第一次调整的基础上，再重复进行一次循环计算，求得对调第二组电容器的位置信息和桥臂不平衡度f_min。

具体地，所述高、低压塔同步调整方法包括：

将低压塔A柱的所有n支电容器和低压塔B柱的所有n支电容器依次循环对调1组；

每次对调后计算出高、低压塔桥臂不平衡度q1、q2，桥臂间不平衡度f，并检验是否满足约束条件，将满足约束条件的可行解保留；

完成全部循环后，将所有可行解按照桥臂不平衡度f进行排序，比较大小，选出桥臂不平衡度f最小值,输出对应的电容器调整位置信息和桥臂不平衡度f_min。

在低压塔调整的基础上，再对高压塔重复进行一次循环计算，求得高压塔对调1组电容器的位置信息和桥臂不平衡度f_min。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

通过利用本方法，可实现不更换电容器备品，仅调整1对或2对现有电容单元，将电容器组桥臂不平衡度减小95％以上，有效抑制投运后初始不平衡电流偏大的问题。

附图说明

图1为滤波器高压电容H型桥臂装置接线示意图；

图2为滤波器高压电容H型桥臂等效接线示意图；

图3为滤波器高压电容H型桥臂A臂具体接线示意图；

图4为滤波器高压电容H型桥臂调平方法优化流程。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

一种滤波器高压电容H型桥臂调平方法，如图1-2所示，该滤波器高压电容采用H型接线，电容单元通过串并联接在H型桥臂的四个臂上，分别为高压塔A柱、B柱，低压塔A柱、B柱，每个桥臂由m*n个电容单元串并联构成，先由m个并联，再由n个串联，高压塔和低压塔电容单元总数不同。具体地，该方法包括：

构建数组

对每个桥臂中的电容器单元按照现场实际安装位置自下而上顺序编号，构成一维数组。数组的值为通过电容电桥测试仪实测的电容容值。高压塔A柱的电容器单元顺序编号后构成数组A。高压塔B柱、低压塔A柱、B柱电容器单元顺序编号后构成数组B、C、D。

计算桥臂不平衡度

根据实测的各电容单元容值，分别计算出调整前的各桥臂电容值高压塔桥臂不平衡度、低压塔桥臂不平衡度、H型桥臂不平衡度。对应计算公式如下：

高、低压塔桥臂不平衡度：

其中，C1、C2、C3、C4为四个桥臂容值，q1、q2为高、低压塔桥臂不平衡度。

H型桥臂间不平衡度：

建立数学模型

以H型桥臂电容不平衡度f_b为目标函数，以实测各桥臂电容值为变量，建立数学模型如下：

St.0≤q₁＜q_zd且0≤q₂＜q_zd且0＜k＜k_zd

C＝[c₁,c₂,c₃,c₄]^T

其中，q_zd为高、低压塔桥臂不平衡度最大限值，k_zd为调整的电容层数限值。

设定桥臂调平策略

桥臂调平的策略主要有以下几点：

1、可采用将高压塔A柱与B柱单独调整，低压塔A柱与B柱单独调整，或高、低压塔同步调整三种不同策略。

2、为了检修工作方便，调整电容单元时低层数优先，一般层数选择为下3层。

3、调整后高、低压塔桥臂不平衡度应小于规程要求的最大限值。

4、为了防止高压塔和低压塔电容承受电压存在压差，高、低压塔桥臂不平衡度增大，该方法限定仅在高压塔A柱与B柱之间，低压塔A柱与B柱之间进行电容器调换，不能在高压塔和低压塔之间相互调换电容器。

5、根据数学模型，如图4所示，利用单纯形算法原理，先找到一个基本可行解，检验是否满足约束条件。若满足约束条件则保留，若不满足条件则更换其它值。找到基本可行解后，再转换到另一个使目标函数值更小的解，不断循环上述过程，最终求得问题的最优解。输出需要调整的电容位置信息和桥臂不平衡度最小值。

6、若一次调整无法使桥臂不平衡度达到要求，可在第一次调整的基础上再进行一次调整，但是调整次数不能超过两次。

由此可知，通过利用本方法，可实现不更换电容器备品，仅调整1对或2对现有电容单元，将电容器组桥臂不平衡度减小95％以上，有效抑制投运后初始不平衡电流偏大的问题。

下面结合一个具体应用实例来对本方法进行进一步的说明

1、利用电容电桥测试仪实际测量交流滤波器某相高压电容器单元电容值如表1所示：

表:1交流滤波器电容单元实测容值

2、设定4个一维数组A、B、C、D。A为高压塔A柱单只电容值，B为高压塔B柱单只电容值，C为低压塔A柱单只电容值，D为低压塔B柱单只电容值。A、B有40个数据，C、D有36个数据。

3、根据以下公式，计算各桥臂电容值和桥臂不平衡度：

(C1、C2、C3、C4为四个桥臂容值)

(q1、q2为高、低压塔桥臂不平衡度)

H型桥臂间不平衡度：

根据表1中实测电容数据，计算出桥臂不平衡度结果如下：

高压塔桥臂不平衡度	低压塔桥臂不平衡度	H型桥臂不平衡度
			0.0006467529	0.0009623433	0.0000788342

计算出桥臂间不平衡度f的初始值后，设定约束条件如下：

1、设定高、低压塔桥臂不平衡度q1、q2小于限定值0.005；

2、桥臂调平调换电容器组最多为两组；

3、调整层数范围优先选择最低的三层；

4、设定仅在高压塔A柱和B柱、低压塔A柱和B柱之间调换电容；

高压塔A柱与B柱单独调整，低压塔A柱与B柱单独调整，高、低压塔同步调整三种不同策略调整方法如下：

策略一：高压塔A柱与B柱单独调整

将高压塔A柱的40支电容器和高压塔B柱的40支电容器依次循环对调1组，共产生40*40＝1600种结果。例如：A1与B1、B2、B3.....B40分别对调共有40种结果，依次再将A2、A3......A40分别于B1、B2、B3.....B40进行对调。

每次对调后计算出高、低压塔桥臂不平衡度q1、q2，桥臂间不平衡度f，并检验是否满足约束条件。将满足约束条件的可行解保留。

完成全部循环后，将所有可行解按照桥臂不平衡度f进行排序，比较大小，选出桥臂不平衡度f最小值。输出对应的电容器调整位置信息和桥臂不平衡度f_min。

若调整1组电容器单元后，不平衡度f仍然偏大(限定值f<0.000001)，则在第一次调整的基础上，再重复进行一次循环计算，求得对调第二组电容器的位置信息和桥臂不平衡度f_min。

根据表1中实测电容数据，高压塔单独调整策略结果如下：

策略二：低压塔A柱与B柱单独调整

针对低压塔单独调整，同上述过程，将低压塔A柱的36支电容器和低压塔B柱的36支电容器依次循环对调，全部循环完成后，输出对应的电容器调整位置信息和桥臂不平衡度f_min。若调整1对电容器单元后，不平衡度f仍然偏大，可在此基础上再调整1对电容器，过程与上述相同。

根据表1中实测电容数据，低压塔单独调整策略结果如下：

策略三：高压塔和低压塔同步调整

先按照策略一调整高压塔1对电容器，在此基础上，再按照策略二调整低压塔1组电容器，最后输出对应的高、低压塔电容器调整位置信息和桥臂不平衡度f_min。

根据表1中实测电容数据，高压塔和低压塔同步调整策略结果如下：

综上所述，通过运用本方法，可以获得需要对调电容单元的位置信息，调平后H型桥臂的不平衡度。通过该调平方法，仅调整1或2对电容单元，可将电容器组桥臂不平衡度降低到百万分之一。该方法可有效抑制投运后初始不平衡电流偏大，且适用于换流站内滤波器检修后桥臂调平工作。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种滤波器高压电容H型桥臂调平方法，所述滤波器高压电容采用H型接线，电容单元通过串并联接在H型桥臂的四个臂上，分别为高压塔A柱、B柱，低压塔A柱、B柱；其特征在于，所述方法包括：

获取一维数组，所述一维数组指的是每个桥臂中的电容器单元按照安装位置自下而上顺序编号；

获取实测的各电容单元容值，分别计算出调整前的各桥臂电容值高压塔桥臂不平衡度、低压塔桥臂不平衡度、H型桥臂不平衡度f_b；

以H型桥臂电容不平衡度f_b为目标函数，以实测各桥臂电容值为变量，来建立数学模型；

根据数学模型来获得需要调整的电容位置信息和桥臂不平衡度最小值；

所述分别计算出调整前的各桥臂电容值高压塔桥臂不平衡度、低压塔桥臂不平衡度、H型桥臂不平衡度f_b，对应的计算公式如下；

高、低压塔桥臂不平衡度：

其中，c₁、c₂、c₃、c₄为四个桥臂容值，q₁、q₂为高、低压塔桥臂不平衡度

H型桥臂间不平衡度：

所述数学模型为：

St.0≤q₁＜q_zd且0≤q₂＜q_zd且0＜k＜k_zd

C＝[c₁,c₂,c₃,c₄]^T

其中，q_zd为高、低压塔桥臂不平衡度最大限值，k_zd为调整的电容层数限值。

2.如权利要求1所述的滤波器高压电容H型桥臂调平方法，其特征在于，所述根据数学模型来获得需要调整的电容位置信息和桥臂不平衡度最小值包括：

求解获得桥臂间不平衡度f的初始值

设定约束条件如下：

设定高、低压塔桥臂不平衡度q1、q2小于预设限定值；

调整设定仅在高压塔A柱和B柱之间调换电容，低压塔A柱和B柱之间调换电容，高、低压塔同步调换电容三种不同策略调整方法；

根据三种不同策略调整方法得到对应的电容调整位置信息和桥臂不平衡度最小值。

3.如权利要求2所述的滤波器高压电容H型桥臂调平方法，其特征在于，高压塔A柱与B柱单独调整方法包括：

将高压塔A柱的所有n支电容器和高压塔B柱的所有n支电容器依次循环对调1组；

每次对调后计算出高、低压塔桥臂不平衡度q1、q2，桥臂间不平衡度f，并检验是否满足约束条件，将满足约束条件的可行解保留；

完成全部循环后，将所有可行解按照桥臂不平衡度f进行排序，比较大小，选出桥臂不平衡度f最小值,输出对应的电容器调整位置信息和桥臂不平衡度f_min；

若调整一组电容器单元后，不平衡度仍然大于限定值，则在第一次调整的基础上，再重复进行一次循环计算，求得对调第二组电容器的位置信息和桥臂不平衡度f_min。

4.如权利要求2所述的滤波器高压电容H型桥臂调平方法，其特征在于，低压塔A柱与B柱单独调整方法包括：

将低压塔A柱的所有n支电容器和低压塔B柱的所有n支电容器依次循环对调1组；

每次对调后计算出高、低压塔桥臂不平衡度q1、q2，桥臂间不平衡度f，并检验是否满足约束条件，将满足约束条件的可行解保留；

完成全部循环后，将所有可行解按照桥臂不平衡度f进行排序，比较大小，选出桥臂不平衡度f最小值，输出对应的电容器调整位置信息和桥臂不平衡度f_min；

若调整一组电容器单元后，不平衡度仍然大于限定值，则在第一次调整的基础上，再重复进行一次循环计算，求得对调第二组电容器的位置信息和桥臂不平衡度f_min。

5.如权利要求2所述的滤波器高压电容H型桥臂调平方法，其特征在于，高、低压塔同步调整方法包括：

将低压塔A柱的所有n支电容器和低压塔B柱的所有n支电容器依次循环对调1组；

每次对调后计算出高、低压塔桥臂不平衡度q1、q2，桥臂间不平衡度f，并检验是否满足约束条件，将满足约束条件的可行解保留；

完成全部循环后，将所有可行解按照桥臂不平衡度f进行排序，比较大小，选出桥臂不平衡度f最小值，输出对应的电容器调整位置信息和桥臂不平衡度f_min；

在低压塔调整的基础上，再对高压塔重复进行一次循环计算，求得高压塔对调1组电容器的位置信息和桥臂不平衡度f_min。

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