CN110544930A - 一种基于电容电流的电压跌落调整系统及方法 - Google Patents

一种基于电容电流的电压跌落调整系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电容电流的电压跌落调整系统及方法，包括补偿电源产生器、投切开关、变压装置、控制器和补偿电流采集装置，所述补偿电源产生器连接在母线上，所述投切开关与补偿电源产生器的输出端相连，所述投切开关通过控制器控制投切，所述变压装置的输入端与所述投切开关的输出端连接，所述补偿电流采集装置串接于变压装置与中性点之间，所述补偿电流采集装置的输出端与控制器连接，所述控制器的输出端分别与变压装置和投切开关的输入端连接，本发明实现了接地故障无功电流、谐波电流及有功电流的完全补偿，克服了从母线系统取电后采用电力电子器件逆变注入方法补偿不完全的弊端，解决了传统消弧线圈对接地电流不能实现全补偿的问题。

Description

一种基于电容电流的电压跌落调整系统及方法
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种基于电容电流的电压跌落调整系统及方法。
背景技术
国内外配电网单相接地故障占80％以上，严重影响电网及设备的安全运行，安全处理接地故障对社会及经济发展有重要作用。当系统的电容电流大于10A以上时，采用消弧线圈接地方式。消弧线圈能够在一定程度上减少故障电流，系统可带故障运行2小时，但消弧线圈不能实现全补偿，故障点依然存在小于10A的残流，残流的存在可引起人身触电、火灾事故，以及严重威胁电网和设备的安全稳定运行。当系统的电容电流较大时，多采用小电阻接地方式，当发生单相接地故障时，放大故障线路零序电流，继电保护装置快速切除故障线路，但此种接地方式供电可靠性难以保障，且存在高阻接地时，继电保护拒动的风险。
当前，为能够彻底消除单相接地故障危害，同时保证供电可靠性。国内外提出了诸多完全补偿单相接地故障点电流的方法。但是传统的方法提供的补偿电压，会由于系统中电力设备、供电线路以及对地电容存在而产生的损耗使得补偿电压幅值跌落，不能实现接地电压和电流的完全补偿。综上，系统自身配置产生的损耗会使补偿电压幅值跌落，且跌落值因系统自身差异而不同。因此，对补偿电流进行实时调整以满足接地相电流为零的需求是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于电容电流的电压跌落调整系统及方法，通过将系统中单相接地前后不变的线电压通过补偿电源产生器变换为相电压，用于补偿系统单相接地时的不平衡电压的自产电源的接地故障补偿系统，能够在系统用电设备、线路以及对地电容等产生损耗使补偿电压跌落的情况下进行及时调整，从而将单相接地故障点电压和电流均抑制为零，实现单相接地故障全补偿。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
本发明提供一种基于电容电流的电压跌落调整系统及方法，系统母线侧相供电电源电压通过补偿电源产生器传递后得到与自身相位相反的相电压。若系统某相发生单相接地故障，将投切开关接地相开关闭合，变压装置输出系统接地后的补偿电流注入到中性点。因此，可以使系统接地点电流为零，接地相电压亦为零，达到完全补偿接地电流的目的。
进一步，本发明提供一种基于电容电流的电压跌落调整系统，包括补偿电源产生器，投切开关，变压装置，控制器和补偿电流采集装置。所述补偿电源产生器连接在母线上，所述投切开关与补偿电源产生器的输出端相连，所述投切开关通过控制器控制投切，所述变压装置的输入端与所述投切开关的输出端连接，所述补偿电流采集装置串接于变压装置与中性点之间，所述补偿电流采集装置的输出端与控制器连接，所述控制器的输出端分别于变压装置和投切开关的输入端连接。
进一步，所述补偿电流采集装置用于采集中性点的电流信号，所述补偿电流采集装置为市场上已有的电流采集装置。
进一步，所述控制器包括故障相判断模块、开关控制模块、系统电容电流接收模块、补偿电流接收模块、分析计算模块和变压装置控制模块。一方面，控制器用于检测系统是否发生接地故障，判断接地故障相、控制接地相的投切开关；另一方面，控制器接收分析所述补偿电流采集装置的补偿电流和系统电容电流信号，并控制变压装置的输出。
进一步，补偿过程中电压的跌落主要是系统用电设备、线路以及对地电容等产生的损耗导致的，所以其跌落值与系统零件组成有关，具有差异性，本发明通过对中性点处系统的电流和输出的补偿电流进行检测分析，实时根据系统需要调整变压装置的输出，调整注入到中性点的电流值使之与补偿电流相同，从而实现接地电流完全补偿。
进一步，一种基于电容电流的电压跌落调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:系统正常工作时，依次闭合A、B、C任意一相投切开关(2)，调整变压装置(3)的输出，使得开关闭合相的电压Ua或Ub或Uc变为0，记录补偿电流采集装置此时测得注入到中性点的第一电流值Ia1、Ib1、Ic1及中性点电压U0a、U0b、U0c；
S2:控制器的分析计算模块计算得到，采用控制投切开关不同相注入补偿电流时的系统对地电容
S3:实时测量系统三相电压Ua、Ub、Uc，并通过控制器的分析计算模块，计算系统的补偿电流值Ia2＝C0a×ωUa；Ib2＝C0b×ωUb；Ic2＝C0c×ωUc；
S4:当系统发生单相接地故障，控制器判断接地相，控制投切开关闭合接地相对应的开关；
S5:实时监测系统中性点补偿电流I0，调整变压装置的输出，使得补偿电流采集装置采集到的注入到中性点的补偿电流I0为实时计算的相应故障相电流Ia2或Ib2或Ic2，实现全补偿。
本发明的有益效果在于：通过适用于将系统中单相接地前后不变的线电压通过补偿电源产生器变换为相电压，用于补偿系统单相接地时的不平衡电压的自产电源的接地故障补偿系统，能够在系统用电设备、线路以及对地电容等产生损耗使补偿电压跌落的情况下进行及时调整，从而将单相接地故障点电压和电流均抑制为零，实现单相接地故障全补偿。
附图说明
图1为本发明的一种基于电容电流的电压跌落调整系统的结构示意图；
图2为本发明的一种基于电容电流的电压跌落调整系统的控制器的结构示意图；
图3为本发明的一种基于电容电流的电压跌落调整方法的流程图；
图4为本发明的中性点经消弧线圈接地的系统结构示意图；
其中：补偿电源产生器1、投切开关2、变压装置3、控制器4、故障相判断模块41、开关控制模块42、补偿电流接收模块43、分析计算模块44和变压装置控制模块45、补偿电流采集装置5。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，显然，所描述的实施例仅仅只是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本发明的一种基于电容电流的电压跌落调整系统：
本实施例中，本发明的一种基于电容电流的电压跌落调整系统包括补偿电源产生器1，投切开关2，变压装置3，控制器4和补偿电流采集装置5。补偿电源产生器1连接在母线上，将母线线电压转换为与自身相位相反的相电压；投切开关2与补偿电源产生器1相连，投切开关2通过控制器4控制投切。
本实施例中，补偿电源产生器包括相供电电源产生器和供电电源相位补偿器,所述相供电电源产生器的联结形式为Dy或Zy或Yd或Yy的形式，所述相供电电源相位补偿器联结形式为Dyn或Zyn或Yyn。
根据变压器原理，相供电电源产生器产生的供电相电源与电网系统供电电源相电压存在相位差且
其中为相供电电源产生器线电压与电网系统对应的线电压之间的相位差，n为[0,11]范围内的整数。
相供电电源产生器的额定电压对本发明的实现没有原理上的冲突或影响，但考虑现有成熟技术和更方便的实现本技术，推荐的相供电电源产生器二次绕组的额定线电压为0.4kV或以上，且在电网系统额定电压内。但相供电电源产生器一次绕组和二次绕组的电压比为k。
相供电电源相位补偿器补偿相供电电源产生器产生的相电压相位差；其输出线电压与输入线电压存在相位差
相供电电源相位补偿器的一次绕组额定电压为相供电电源产生二次次绕组额定电压，相供电电源相位补偿器二次绕组额定线电压为电网系统额定电压，其一次绕组和二次绕组的电压比为1/k。
为更方便的实施本技术，表1给出了部分相供电电源产生器可采用的联结组别以及相应的相供电电源相位补偿器应采用的联结组别。
表1部分相供电电源产生器可采用和相供电电源相位补偿器采用的联结组别
记母线供电电源线电压分别为UAB、UBC、UCA，母线供电电源相电压分别为UA、UB、UC；记相供电电源产生器输出的线电压分别为Uab1、Ubc1、Uca1，相电压分别为Ua1、Ub1、Uc1，根据变压器原理,Dy11联结组别的变压器，二次侧线电压超前于一次侧电压30°，即母线线电压经相供电电源产生器1传递后，将母线线电压UAB、UBC、UCA转换为相电压Ua1、Ub1、Uc1，并且Uab1、Ubc1、Uca1相角分别超前UAB、UBC、UCA角度30°如式1：
相供电电源产生器一次绕组与二次绕组的电压比为k；因此，有式2：
记相供电电源相位补偿器输出的线电压为Uab2、Ubc2、Uca2，相电压分别为Ua2、Ub2、Uc2，根据变压器原理,Dyn7联结组别的变压器，二次侧线电压滞后于一次侧线电压210°，即Uab2、Ubc2、Uca2相角分别滞后于Uab1、Ubc1、Uca1 210°，可用公式表示为式3：
相供电电源相位补偿器一次绕组与二次绕组的电压比为1/k,因此如式4：
根据式1和式3，可得式5：
根据式2和式4，可得式6：
进一步的，由公式7可知:
本实施例中，母线线电压UAB、UBC、UCA经过相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器传递后的Uab2、Ubc2、Uca2相位相反，因此系统母线侧相供电电源电压UA、UB、UC、与经过相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器传递后的Ua2、Ub2、Uc2相位相反,幅值相等。
本实施例中，变压装置3的输入端连接投切开关2的公共连接点，变压装置3的输出端与系统中性点连接，变压装置3用于当自产电源的接地故障补偿系统的补偿电压跌落时进行实时调整。
本实施例中，所述补偿电流采集装置5用于采集系统中性点的电流信号。
本实施例中，所述控制器4包括故障相判断模块41、开关控制模块42、补偿电流接收模块43、分析计算模块44和变压装置控制模块45。
本实施例中，故障相判断模块41用于通过电压互感器检测系统是否发生接地故障，判断接地故障相；开关控制模块42控制接地相的投切开关2的开断；补偿电流接收模块43接收母线故障相的电流信号；所述补偿电流接收模块接收所述补偿电流采集装置5采集的注入到中性点的补偿电流信号，变压装置控制模块45控制变压装置3的输出。
本实施例中，所述分析计算模块对上述系统补偿电流进行分析计算，确定变压装置需要输出的电流大小；变压装置控制模块控制变压装置3的输出，使得补偿电流采集装置5采集到的注入到中性点的补偿电流I0为实时计算的相应故障相电流Ia2或Ib2或Ic2，实现全补偿。
S1:系统正常工作时，依次闭合A、B、C任意一相投切开关2，调整变压装置3的输出，使得开关闭合相的电压Ua或Ub或Uc变为0，记录补偿电流采集装置5此时测得注入到中性点的第一电流值Ia1、Ib1、Ic1及中性点电压U0a、U0b、U0c；
S2:控制器的分析计算模块计算得到，采用控制投切开关2不同相注入补偿电流时的系统对地电容
S3:实时测量系统三相电压Ua、Ub、Uc，并通过控制器的分析计算模块，计算系统的补偿电流值Ia2＝C0a×ωUa；Ib2＝C0b×ωUb；Ic2＝C0c×ωUc；
S4:当系统发生单相接地故障，控制器4判断接地相，控制投切开关2闭合接地相开对应的开关；
S5:实时监测系统中性点补偿电流I0，调整变压装置3的输出，使得补偿电流采集装置5采集到的注入到中性点的补偿电流I0为实时计算的相应故障相电流Ia2或Ib2或Ic2，实现全补偿。
如图4所示，本发明的第二种实施例为中性点经消弧线圈接地的系统结构示意图。
本实施例中，已知消弧线圈电感L，系统正常工作时，
S1:依次闭合A、B、C任意一相投切开关2，调整变压装置3的输出，使得开关闭合相的电压Ua或Ub或Uc变为0，记录补偿电流采集装置5此时测得注入到中性点的第一电流值Ia1、Ib1、Ic1及中性点电压U0a、U0b、U0c；
S2:控制器的分析计算模块计算得到，采用控制投切开关2不同相注入补偿电流时的系统对地电容其中(Z0a＝C0a//L、Z0b＝C0b//L、Z0c＝C0c//L)
S3:实时测量系统三相电压Ua、Ub、Uc，并通过控制器的分析计算模块，计算系统的补偿电流值
S4:当系统发生单相接地故障，控制器4判断接地相，控制投切开关2闭合接地相开对应的开关；
S5:实时监测系统中性点补偿电流I0，调整变压装置3的输出，使得补偿电流采集装置5采集到的注入到中性点的补偿电流I0为实时计算的相应故障相电流Ia2或Ib2或Ic2，实现全补偿。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (5)

1.一种基于电容电流的电压跌落调整系统，其特征在于，包括补偿电源产生器(1)、投切开关(2)、变压装置(3)、控制器(4)和补偿电流采集装置(5)，所述补偿电源产生器(1)连接在母线上，所述投切开关(2)与补偿电源产生器(1)的输出端相连，所述投切开关(2)通过控制器(4)控制投切，所述变压装置(3)的输入端与所述投切开关(2)的输出端连接，所述补偿电流采集装置(5)串接于变压装置与中性点之间，所述补偿电流采集装置(5)的输出端与控制器(4)连接，所述控制器(4)的输出端分别与变压装置(3)和投切开关(2)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电容电流的电压跌落调整系统，其特征在于：所述控制器(4)包括故障相判断模块(41)、开关控制模块(42)、补偿电流接收模块(43)、分析计算模块(44)和变压装置控制模块(45)。
3.根据权利要求1所述的一种基于电容电流的电压跌落调整系统，其特征在于：所述补偿电源产生器(1)用于将母线线电压转换为相位相反的相电压。
4.根据权利要求1所述的一种基于电容电流的电压跌落调整系统，其特征在于：所述补偿电流采集装置(5)用于采集故障前后中性点的电流信号。
5.一种基于电容电流的电压跌落调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:系统正常工作时，依次闭合A、B、C任意一相投切开关(2)，调整变压装置(3)的输出，使得开关闭合相的电压Ua或Ub或Uc变为0，记录补偿电流采集装置(5)此时测得注入到中性点的第一电流值Ia1、Ib1、Ic1及中性点电压U0a、U0b、U0c；
S2:控制器的分析计算模块计算得到，采用控制投切开关(2)不同相注入补偿电流时的系统对地电容
S3:实时测量系统三相电压Ua、Ub、Uc，并通过控制器的分析计算模块，计算系统的补偿电流值Ia2＝C0a×ωUa；Ib2＝C0b×ωUb；Ic2＝C0c×ωUc；
S4:当系统发生单相接地故障，控制器(4)判断接地相，控制投切开关(2)闭合接地相对应的开关；
S5:实时监测系统中性点补偿电流I0，调整变压装置(3)的输出，使得补偿电流采集装置(5)采集到的注入到中性点的补偿电流I0为实时计算的相应故障相电流Ia2或Ib2或Ic2，实现全补偿。
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