CN109900989A - 一种应用于三相svg的启机相序检测及保护方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于三相SVG的启机相序检测及保护方法，综合利用三种判据判断相序是否正常，若其中任何一种判据判断相序异常，则给出SVG装置相序异常告警，判据一：利用锁相环功能，判断SVG侧电网电压锁相环的输出电压D轴分量的滤波值和输出电压Q轴分量的滤波值是否满足要求；判据二：对SVG换流链电流进行旋转坐标变换，将三相电流值转换到DQ坐标系，并对DQ轴值分别进行滤波，滤除其中的谐波分量，得到D轴和Q轴分量的滤波值，判断SVG换流链电流的D轴和Q轴分量的滤波值是否满足要求；判据三：分别对SVG三相的输入电压和链电流的乘积进行累加和判断；可以通过预充电阶段的电流与电压识别相序是否正常，判断是否达到预充电完成，准备启机的状态。

Description

一种应用于三相SVG的启机相序检测及保护方法

技术领域

本发明专利涉及一种用于三相SVG(大容量静止无功发生器)的启机相序检测及保护方法，具体涉及输入端电压、电流反接下的相序检测、识别及故障告警方法。

背景技术

高压大容量SVG装置供电系统一般由主变变压器及信号采集回路、上级断路器组件、隔离刀断路器组件、电抗器组件、预充电旁路接触器组件、本地断路器组件、降压变压器组件、级联多电平结构的功率单元及信号采集系统等组成，三相SVG装置直接接入35kV供电网或通过降压变压器接入35kV供电网。

高压供电回路中的各组件现场安装与连接，不可避免的存在高压电缆的异常连接，特别是对于110kV或220kV侧的电压电流采集信号、35kV侧的电压电流采集信号、SVG换流链电流等信号采集线的连接很容易出现误接，错误的接线直接导致SVG启机过电流，严重情况下直接损坏级联的功率单元，提高了现场一次投运的风险和压力，通过软件检测与自动闭锁告警，在辅助工组人员确认是否异常接线，降低因接线错误导致的模块风险，进一步提高装置的可靠性和应对风险的能力。

同样的情况SVG在厂内进行出厂调试试验和形式试验认证时，也可能存在110kV或220kV高压侧、35kV高压侧信号采集装置、SVG内部链电流采样信号系统接线、甚至高压接线出现错误等的情况，也可能出现降压型SVG降压变压器选择错误的情况，现在的试验全靠操作人员通过上位机观察电压、电流波形的相位，判断输入端接线是否异常，不能在异常状态下主动提醒操作人员以引起警示和重视，所以需要提供一种可以综合现场可能存在的多种错误发生引起的启机失败检测方法，通过软件算法综合判断不同的异常情况，自动检测装置输入端接线是否异常，并主动闭锁装置等待工作人员确认的方法。

本方法也可用于类似供电系统中，特别是装置接线、连线多且复杂的装置设备，降低不必要的风险，甚至输入端异常接线引起的功率单元损坏。

目前论文、专利并没有相关的关于输入端反接的公开信息。

发明内容

高压大容量SVG装置因应用于高压场合，所需的高压断路器组件、输入电抗组件、预充电旁路接触器组件、降压变压器组件等输入接线引流装置通常都不在SVG功率单元柜体内放置，而是根据现场的施工安装情况分别置于户外或者单独的集装箱内放置，SVG装置中高压受流部分的组件分散放置，现场施工组件单元安装完成后进行各组件之间的高压电气线缆连接和信号线缆的连接。现场接线可能出现高压电缆连接错误，特别是现场对于测量用信号线的连接更易出现问题，而实际控制中需要对输入端的接线方式有严格的要求，避免因输入端接线异常引起的启机过流故障，甚至级联功率模块单元的损害，因此必须有一种可以检测输入端防反接保护的方法，可以在预充电阶段发现接线是否异常，并给出告警信息，提示操作人员进行复查，这样可以降低因人为因素引起的启机故障，提高设备的智能化和可靠运行水平，降低设备因人为疏忽或接线错误引起的启机投运风险；本发明的目的在于提供一种应用于三相SVG的启机相序检测及保护方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于三相SVG的启机相序检测及保护方法，综合利用三种判据判断相序是否正常，若三种判据都判断输入端相序正常，则不输出预充电阶段的相序异常告警，若其中任何一种判据判断相序异常，则给出SVG装置相序异常告警，并将SVG装置长期闭锁，但不报故障、不分断上级断路器，等待工作人员的进一步确认；

三种判据如下：

判据一：依靠电网电压锁相环的输出结果，利用锁相环功能，判断SVG侧电网电压锁相环的输出电压D轴分量的滤波值和输出电压Q轴分量的滤波值是否满足要求；

判据二：对SVG换流链电流进行旋转坐标变换，将三相电流值转换到DQ坐标系，并对DQ轴值分别进行带通滤波，滤除其中的谐波分量，得到D轴和Q轴分量的滤波值，判断SVG换流链电流的D轴和Q轴分量的滤波值是否满足要求；

判据三：分别对SVG三相的输入电压和链电流的乘积进行累加和判断；

1)本判据仅在预充电开始的前三个电网周期中选取两个周期的数据进行计算，并对电网电压和SVG链电流进行50HZ的自适应滤波器滤波；

2)将滤波后的电网电压滤波值和链电流滤波值进行相乘并按采样点数进行求和计算，对选中的两个电网周期的数据分别求取平均值；

3)若前三个电网周期内，选取的两个电网周期的平均值均大于设定值则判定输入端相序正常，否则则报预充电相序异常闭锁；预充电相序异常闭锁为长期挂网闭锁，并不报故障，不直接导致上级断路器跳闸，等待工作人员复检，进一步确认预充电相序异常闭锁功能是否可靠。

所述判据一的具体判断方法为：

1)输出电压D轴分量的滤波值需要大于设定值，设定值为0.65；

2)输出电压Q轴分量的滤波值的绝对值需要小于设定值，设定值为0.1；

3)若输出电压D、Q轴分量的滤波值同时满足要求，则判据一判断相序没有异常，若输出电压D、Q轴分量的滤波值有不满足要求的，则判据一判断相序有异常。

所述判据二的具体判断方法为：

1)采集SVG换流链A、C两相的电流波形数据，对采样值进行坐标变换，得到对应的静止坐标系下的D轴值和Q轴值；

2)对得到的D轴和Q轴值进行100HZ带通滤波，滤除其中的脉动成份，得到电流D轴分量的滤波值和电流Q轴分量的滤波值；

3)电流D轴分量的滤波值需要大于设定值，设定值为0.03；

4)电流Q轴分量的滤波值的绝对值需要小于相应的设定值，设定值置为0.03；

5)在SVG上级高压断路器闭合以后，预充电开始的第二个电网周期，开始进行判据二的判断，控制周期为6400HZ，一个电网周期中有128个计算点；

6)在预充电开始的第二个电网周期，若电流D轴分量的滤波值和电流Q轴分量的滤波值同时满足设定值,且同时满足设定值的计算点数超过64个点，则判据二判断相序没有异常，若电流D轴分量的滤波值和电流Q轴分量的滤波值不能同时满足设定值的计算点数超过32个点，则判据二判断相序有异常。

所述判据三的具体判断方法为：

判据三：分别对SVG三相的输入电压和链电流进行单个电网周期的乘积累加，在预充电开始的前三个电网周期中选取两个周期的累加和，判断是否满足要求；

1)用折算后的SVG侧三相电压和换流链三相电流进行计算，分别对三相电压电流数据进行自适应滤波器滤波，滤除其中的高频谐波分量，并对三相电压电流数据进行独立的乘积累加和计算，选取A相数据进行操作说明；

2)A相滤波后的值分别为Va_Grid_Flt和Ia_Svg_Flt，因自适应滤波引起的滤波延迟约为半个电网周期，考虑6400HZ的中断频率，即一个电网周期的计算点数为128，在检测计数Precharge_cnt＝64时，开始进行电网电压滤波值和链电流滤波值的乘积累加Psuma＝Psuma+Va_Grid_Flt*Ia_Svg_Flt；

3)在检测计数值Precharge_cnt＝191时求取第一个电网周期内的累加平均值Psuma_ave1＝Psuma*0.0078125，并将累加和Psuma置为0重新开始累加；

4)在检测计数Precharge_cnt处于大于191和小于319的范围时，重现开始进行电压和电流的乘积累加计算Psuma＝Psuma+V_Grid_Flt*I_Svg_Flt；

5)在检测计数值Precharge_cnt＝319时求取第二个电网周期内的累加平均值，Psuma_ave2＝Psuma*0.0078125，并将累加和Psuma归零，检测计数值置位Precharge_cnt＝330；

6)当输入端高压接线正确、信号采集接线也正确时，两个电网周期内的累加平均值Psuma_ave1和Psuma_ave2都大于设定值Psum_ave_set，令设定值Psum_ave_set等于300，此时置A相相序检测标志位PolarChkA＝1，否则置位PolarChkA＝0；

7)同理得到B、C相相序检测标志位PolarChkB和PolarChkC，若PolarChkA、PolarChkB和PolarChkC同时为1，则判据三判断相序没有异常，置位标志位PrechargeCheckFlag.VI为2，否则若PolarChkA、PolarChkB和PolarChkC有一个不为1，则置位标志位PrechargeCheckFlag.VI为1。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1)本发明中的第三种判据，不依赖于锁相环PLL是否成功建立，也能对三相系统的多种相序异常情况进行判断，降低启机相序检测对锁相环正确建立的依赖，提高预警准确性；

2)本发明中的第一种判据和第二种判据，需依赖于锁相环PLL的正确建立，但易于获得、便于处理和改进，特别是第二种判据创新性的将电流DQ轴数据引入进行相序异常判断，可以针对特定的异常情况进行故障预警；

3)通过综合三种判据信息是否同时满足要求，可以对绝大多数异常情况进行判断，提高异常判断的准确性和自动判断异常状态的实用性；

4)通过本发明中的相序故障处理方法，在预充电阶段发现相序异常后，给出告警闭锁信息，提示操作人员进行复查，这样可以降低因人为因素引起的启机故障，提高设备的智能化程度和可靠运行水平，降低现场维护人员的操作难度。

附图说明

图1一种直挂型SVG装置的高压电气原理图。

图2一种降压型SVG装置的高压电气原理图。

具体实施方式

SVG装置实现对电网侧的无功支撑、电网稳定及谐波补偿等功能，需要对110kV或220kV侧、35kV侧电网电压和电流信号进行实时采样，通过高压隔离降压将35kV、110kV或220kV电压信号送入PT采样板，网侧电流信号被送入CT采样板，PT和CT采样板经过处理后将信号送入AD模拟采样板。

SVG链电流采样传感器位于级联功率模块单元柜体内，电流传感器的采样输出信号直接送到AD模拟采样板，AD模拟采样板对输入信号进行采样、滤波处理后，将不同的电压、电流信号送到主控板FPGA，主控板FPGA将实时值经过滤波处理后通过双口RAM单元将各控制信号送入主控DSP芯片，供DSP芯片完成控制算法实现、逻辑处理、通讯数据交换等功能。

如图1和图2所示，整个SVG系统包括位于一体化集装箱内的级联结构的功率模块组件、软启预充电组件和核心控制装置，还包括高压受流部分的高压断路器、隔离刀接地刀组件、电抗器组件、PCC侧和系统侧信号采集组件等，高压受流部分的组件一般独立安装，或采用户外直接基建安装、或采用置于另一独立的集装箱内，现场施工时再将整个系统各组件连接后调试，现场施工接线增加了高压连接和电压电流采集信号线接错的风险。

PCC侧和系统侧的电压信号通过高压互感器GTV1-2和GTV3-4将高压电压信号变为100V信号送入PT采样板，PCC侧和系统侧的电流信号通过电流互感器GTA1-2和GTA3-4转变为1A信号送入CT采样板，PT和CT采样板经过模拟转换后将输入信号转变为5V信号送入AD模拟采样板；SVG换流链链电流直接通过霍尔传感器TA5-6进行采样，将电流传感器的采样输出信号送到AD模拟采样板，经过一系列处理转换后送入主控芯片DSP。

SVG装置分直挂和降压机型两种，采集的电压信号分别是主变压器原边的PCC侧电压和主变压器副边系统侧电压，在控制程序中实际使用的是SVG侧电压，对于直挂机型SVG侧电压就是系统侧电压，但是对于降压机型需要将系统侧电压折算到SVG侧，降压机型一般通过Dyn01或Dyn11变压器并接到35kV电压系统，变压器类型的选择错误也会增加并机失败的风险。

预充电阶段的相序异常检测，需要综合应用三种判据才能将可能的异常情况都包括，三种判据有任何一种判据判断出现相序异常，则认为异常。

在SVG上级高压断路器闭合即DIStatus.HVBreakerFeedback＝1以后，预充电旁路接触器断开即DIStatus.SoftStartBreakerFeedback＝0，开始进行相序异常判断；

判据一：利用已有的锁相环功能，判断SVG侧电网电压锁相环输出的电压D轴分量的滤波值Usys.DuadAxisFilt和输出电压Q轴分量的滤波值Usys.QuadAxisFilt是否满足要求。

1)输出电压D轴分量的滤波值Usys.DuadAxisFilt需要大于设定值，设定值为0.65；

2)输出电压Q轴分量的滤波值Usys.QuadAxisFilt的绝对值需要小于设定值，设定值为0.1；

3)若输出电压D、Q轴分量的滤波值同时满足要求，则判据一判断相序没有异常，置位标志位PrechargeCheckFlag.PLL为2，若D、Q轴分量的滤波值有不满足要求的，则置位标志位PrechargeCheckFlag.PLL为1。

判据二：对SVG换流链电流进行坐标变换计算，将三相电流值转换到DQ坐标系，并对DQ轴值分别进行带通滤波，滤除其中的谐波分量，得到D轴和Q轴分量的滤波值ChainCurr.DirectFilt和ChainCurr.QuadFilt，判断SVG换流链电流的D轴和Q轴分量滤波值是否满足要求。

1)采集SVG换流链A、C两相的电流波形数据，对采样值进行坐标变换，得到对应的静止坐标系下的D轴值ChainCurr.DirectAxis和Q轴值ChainCurr.QuadAxis；

2)对得到的D轴和Q轴值进行100HZ带通滤波，滤除其中的脉动成份，得到电流D轴分量的滤波值ChainCurr.DirectFilt和电流Q轴分量的滤波值ChainCurr.QuadFilt；

3)电流D轴分量的滤波值ChainCurr.DirectFilt需要大于设定值，设定值为0.03；

4)电流Q轴分量的滤波值ChainCurr.QuadFilt的绝对值需要小于相应的设定值，设定值置为0.03；

5)在SVG上级高压断路器闭合即DIStatus.HVBreakerFeedback＝1以后，预充电开始的第二个电网周期，开始进行判据二的判断，控制周期为6400HZ，一个电网周期中有128个计算点；

6)在预充电开始的第二个电网周期，若电流D轴分量的滤波值和电流Q轴分量的滤波值同时满足设定值,且同时满足设定值的计算点数超过64个点，则判据二判断相序没有异常，置位标志位PrechargeCheckFlag.DQ为2，若电流D轴分量的滤波值和电流Q轴分量的滤波值不能同时满足设定值的计算点数超过32个点，则置位标志位PrechargeCheckFlag.DQ为1。

判据三：分别对SVG三相的输入电压和链电流进行单个电网周期的乘积累加，在预充电开始的三个电网周期中选取两个周期的累加和，判断是否满足要求。

1)用折算后的SVG侧三相电压和换流链三相电流进行计算，分别对三相电压电流数据进行自适应滤波器滤波，滤除其中的高频谐波分量，并对三相电压电流数据进行独立的乘积累加和计算，选取A相数据进行操作说明；

2)以A相为例，A相滤波后的值分别为Va_Grid_Flt和Ia_Svg_Flt，因自适应滤波引起的滤波延迟约为半个电网周期，考虑6400HZ的中断频率，即一个电网周期的计算点数为128，在检测计数Precharge_cnt＝64时，开始进行电网电压滤波值和链电流滤波值的乘积累加Psuma＝Psuma+Va_Grid_Flt*Ia_Svg_Flt；

3)在检测计数值Precharge_cnt＝191时求取第一个电网周期内的累加平均值Psuma_ave1＝Psuma*0.0078125，并将累加和Psuma置为0重新开始累加；

4)在检测计数Precharge_cnt处于大于191和小于319的范围时，重现开始进行电压和电流的乘积累加计算Psuma＝Psuma+V_Grid_Flt*I_Svg_Flt；

5)在检测计数值Precharge_cnt＝319时求取第二个电网周期内的累加平均值，Psuma_ave2＝Psuma*0.0078125，并将累加和Psuma归零，检测计数值置位Precharge_cnt＝330；

6)当输入端高压接线正确、信号采集接线也正确时，两个电网周期内的累加平均值Psuma_ave1和Psuma_ave2都大于设定值Psum_ave_set，令设定值Psum_ave_set等于300，此时置A相相序检测标志位PolarChkA＝1，否则置位PolarChkA＝0；

7)同理可以得到B、C相相序检测标志位PolarChkB和PolarChkC，若PolarChkA、PolarChkB和PolarChkC同时为1，则判据三判断相序没有异常，置位标志位PrechargeCheckFlag.VI为2，否则若PolarChkA、PolarChkB和PolarChkC有一个不为1，则置位标志位PrechargeCheckFlag.VI为1。

若三种判据的标志位PrechargeCheckFlag.PLL、PrechargeCheckFlag.DQ和PrechargeCheckFlag.VI同时为2，则认为预充电启机阶段相序检测成功，置位相序检测标志位PhaseDectectFlag为1，否则若有任何一种判据检测不成功，则置位PhaseDectectFlag为0。

相序检测正常时将预充电相序闭锁标志位SVGShutFlag.PhaseCheckShut置位为0，否则则将相序闭锁标志位SVGShutFlag.PhaseCheckShut置位为1。

若仅有预充电相序闭锁标志位置位为1，则禁止长期闭锁超时故障，降低因误判引起的SVG上级断路器跳闸操作。

Claims (4)

1.一种应用于三相SVG的启机相序检测及保护方法，其特征在于：综合利用三种判据判断相序是否正常，若三种判据都判断输入端相序正常，则不输出预充电阶段的相序异常告警，若其中任何一种判据判断相序异常，则给出SVG装置相序异常告警，并将SVG装置长期闭锁，但不报故障、不分断上级断路器，等待工作人员的进一步确认；

三种判据如下：

判据一：依靠电网电压锁相环的输出结果，利用锁相环功能，判断SVG侧电网电压锁相环的输出电压D轴分量的滤波值和输出电压Q轴分量的滤波值是否满足要求；

判据二：对SVG换流链电流进行旋转坐标变换，将三相电流值转换到DQ坐标系，并对DQ轴值分别进行带通滤波，滤除其中的谐波分量，得到D轴和Q轴分量的滤波值，判断SVG换流链电流的D轴和Q轴分量的滤波值是否满足要求；

判据三：分别对SVG三相的输入电压和链电流的乘积进行累加和判断；

1)本判据仅在SVG预充电开始的前三个电网周期中选取两个周期的数据进行计算，并对电网电压和SVG链电流进行滤波；

2)将滤波后的电网电压滤波值和链电流滤波值进行相乘并按采样点数进行求和计算，对选中的两个电网周期的数据分别求取平均值；

3)若前三个电网周期内，选取的两个电网周期的平均值均大于设定值则判定输入端相序正常，否则则报预充电相序异常闭锁；预充电相序异常闭锁为长期挂网闭锁，并不报故障，不直接导致上级断路器跳闸，等待工作人员复检，进一步确认预充电相序异常闭锁功能是否可靠。

2.根据权利要求1所述的应用于三相SVG的启机相序检测及保护方法，其特征在于：所述判据一的具体判断方法为：

1)输出电压D轴分量的滤波值需要大于设定值，设定值为0.65；

2)输出电压Q轴分量的滤波值的绝对值需要小于设定值，设定值为0.1；

3)若输出电压D、Q轴分量的滤波值同时满足要求，则判据一判断相序没有异常，若输出电压D、Q轴分量的滤波值有不满足要求的，则判据一判断相序有异常。

3.根据权利要求1所述的应用于三相SVG的启机相序检测及保护方法，其特征在于：所述判据二的具体判断方法为：

1)采集SVG换流链A、C两相的电流波形数据，对采样值进行坐标变换，得到对应的静止坐标系下的D轴值和Q轴值；

2)对得到的D轴和Q轴值进行100HZ带通滤波，滤除其中的脉动成份，得到电流D轴分量的滤波值和电流Q轴分量的滤波值；

3)电流D轴分量的滤波值需要大于设定值，设定值为0.03；

4)电流Q轴分量的滤波值的绝对值需要小于相应的设定值，设定值置为0.03；

5)在SVG上级高压断路器闭合以后，预充电开始的第二个电网周期，开始进行判据二的判断，控制周期为6400HZ，一个电网周期中有128个计算点；

6)在预充电开始的第二个电网周期，若电流D轴分量的滤波值和电流Q轴分量的滤波值同时满足设定值,且同时满足设定值的计算点数超过64个点，则判据二判断相序没有异常，若电流D轴分量的滤波值和电流Q轴分量的滤波值不能同时满足设定值的计算点数超过32个点，则判据二判断相序有异常。

4.根据权利要求1所述的应用于三相SVG的启机相序检测及保护方法，其特征在于：所述判据三的具体判断方法为：

判据三：分别对SVG三相的输入电压和链电流进行单个电网周期的乘积累加，在预充电开始的前三个电网周期中选取两个周期的累加和，判断是否满足要求；

1)用折算后的SVG侧三相电压和换流链三相电流进行计算，分别对三相电压电流数据进行自适应滤波器滤波，滤除其中的高频谐波分量，并对三相电压电流数据进行独立的乘积累加和计算，选取A相数据进行操作说明；

2)A相滤波后的值分别为Va_Grid_Flt和Ia_Svg_Flt，因自适应滤波引起的滤波延迟约为半个电网周期，考虑6400HZ的中断频率，即一个电网周期的计算点数为128，在检测计数Precharge_cnt＝64时，开始进行电网电压滤波值和链电流滤波值的乘积累加Psuma＝Psuma+Va_Grid_Flt*Ia_Svg_Flt；

3)在检测计数值Precharge_cnt＝191时求取第一个电网周期内的累加平均值Psuma_ave1＝Psuma*0.0078125，并将累加和Psuma置为0重新开始累加；

4)在检测计数Precharge_cnt处于大于191和小于319的范围时，重现开始进行电压和电流的乘积累加计算Psuma＝Psuma+V_Grid_Flt*I_Svg_Flt；

5)在检测计数值Precharge_cnt＝319时求取第二个电网周期内的累加平均值，Psuma_ave2＝Psuma*0.0078125，并将累加和Psuma归零，检测计数值置位Precharge_cnt＝330；

6)当输入端高压接线正确、信号采集接线也正确时，两个电网周期内的累加平均值Psuma_ave1和Psuma_ave2都大于设定值Psum_ave_set，令设定值Psum_ave_set等于300，此时置A相相序检测标志位PolarChkA＝1，否则置位PolarChkA＝0；

7)同理得到B、C相相序检测标志位PolarChkB和PolarChkC，若PolarChkA、PolarChkB和PolarChkC同时为1，则判据三判断相序没有异常，置位标志位PrechargeCheckFlag.VI为2，否则若PolarChkA、PolarChkB和PolarChkC有一个不为1，则置位标志位PrechargeCheckFlag.VI为1。