CN110718920B - 一种基于自产供电电源相电压的电压跌落调整系统及方法 - Google Patents

一种基于自产供电电源相电压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自产供电电源相电压的电压跌落调整系统及方法，包括相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、投切开关、控制器、调压器、母线相电压采集器和接地相补偿电压采集器，所述相供电电源产生器连接在母线上，所述相供电电源产生器的输出端与相供电电源相位补偿器的输入端相连，所述相供电电源相位补偿器的输出端与投切开关的输入端相连，所述接地相补偿电压采集器串接在调压器与中性点之间，所述接地相补偿电压采集器和母线供电电源相电压采集器还均与控制器连接。本发明实现了配电网接地故障无功电流、谐波电流及有功电流的完全补偿，克服了传统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问题。

Description

一种基于自产供电电源相电压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，尤其涉及一种基于自产供电电源相电压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。一种自产供电电源的接地故障电流补偿系统利用配电网供电相电源及谐波相电源，并将反方向供电相电源及谐波相电源按照故障逻辑投入系统，实现配电网接地故障无功电流、谐波电流及有功电流的完全补偿。但是此种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零件的阻值差异和安装的环境而不同。因此，对补偿电压进行自动调整以满足接地相电压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自产供电电源相电压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电压变换器变换为相电压，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自产供电电源相电压的电压跌落调整系统及方法，包括相供电电源产生器、相供电电源相位补偿器、投切开关、控制器、调压器、母线相电压采集器和接地相补偿电压采集器，所述相供电电源产生器连接在母线上，所述相供电电源产生器的输出端与相供电电源相位补偿器的输入端相连，所述相供电电源相位补偿器的输出端与投切开关的输入端相连，所述投切开关的输出端与调压器的输入端相连，所述接地相补偿电压采集器串接在调压器与中性点之间，所述接地相补偿电压采集器的和母线供电电源相电压采集器的输出端还均与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端分别与调压器和投切开关的输入端连接，所述控制器的输入端还与电压互感器连接。本系统可以使系统接地相相电压为零，接地点电流亦为零，达到完全补偿接地电流的目的。
进一步，所述相供电电源产生器连接在母线上，将母线线电压转换为相电压；所述相供电电源相位补偿器连接在相供电电源产生器上，用于补偿相位；所述调压器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；所述供电电源相电压采集器用于采集系统母线侧供电电源相电压信号；所述接地相补偿电压采集器用于采集中性点处的补偿电压信号。
进一步，所述控制器，包括开关控制模块、故障相判断模块、母线三相电压接收模块、母线故障相电压输出模块、接地相补偿电压接收模块、电压分析计算模块和调压器控制模块，一方面，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，补偿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，其跌落值与系统组成有关，具有差异性，需要控制器对采集的电压值进行分析计算，从而控制调压器的输出，调压器能够根据系统需要，调整注入到中性点的电压值，使之与接地相的母线供电电源电压相位相反、幅值相同，从而实现接地故障完全补偿。
进一步，一种基于自产供电电源相电压的电压跌落调整方法，包括以下步骤：
S1:系统发生单相接地故障，控制器判断接地相，控制投切开关闭合相应的接地相开关；
S2:相供电电源产生器将母线线电压转换为相电压，相供电电源相位补偿器对相电压进行相位补偿；
S3:母线相电压采集器采集母线三相电压信号，分别为UA1、UB1、UC1；
S4:接地相补偿电压采集器采集中性点处的补偿相电压U1；
S5:母线相电压采集器和接地相补偿电压采集器将采集到的信号传输给控制器；
S6:制器分析计算所述母线故障相电压UA1或UB1或UC1与接地相补偿电压U1，若两者不等，则控制器控制调压器输出电压U0，U0幅值与UA1或UB1或UC1相等，但相位相反，从而实现全补偿。
本发明的有益效果在于：适用于将系统中单相接地前后不变的线电压通过电压变换器变换为相电压，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自产供电电源相电压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自产供电电源相电压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自产供电电源相电压的电压跌落调整方法的流程图；
其中：相供电电源产生器1、相供电电源相位补偿器2、投切开关3、控制器4、调压器5、母线相电压采集器6和接地相补偿电压采集器7。
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，本发明的一种基于自产供电电源相电压的电压跌落调整系统：
本实施例中，所述相供电电源产生器1连接在母线上，将母线线电压转换为相电压。所述相供电电源相位补偿器2连接在相供电电源产生器1上，用于补偿相位；所述调压器5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；所述供电电源相电压采集器6用于采集系统母线侧供电电源相电压信号；所述接地相补偿电压采集器7用于采集中性点处的补偿电压信号。
本实施例中，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
本实施例中，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，所述控制器4包括开关控制模块、故障相判断模块、母线三相电压接收模块、母线故障相电压输出模块、接地相补偿电压接收模块、电压分析计算模块和调压器控制模块；所述开关控制模块控制接地相的投切开关3开断；所述相电压接收计算模块接收供电电源相电压采集器6和接地相补偿电压采集器7的相电压信号并进行分析计算，确定调压器需要输出的电压幅值；所述调压器控制模块控制控制调压器5的输出。
本实施例中，若系统发生A相单相接地，将投切开关3的A相开关闭合，相供电电源产生器1将母线线电压转换为相电压，相供电电源相位补偿器2对A相电压进行相位补偿,同时母线相电压采集器6采集母线三相电压信号，分别为UA1、UB1、UC1，接地相补偿电压采集器7采集中性点处的补偿相电压U1，母线相电压采集器6和接地相补偿电压采集器7将采集到的信号传输给控制器4；控制器4分析计算所述母线故障相电压UA1与接地相补偿电压U1，若两者不等，则控制器4控制调压器5输出电压U0，使U0幅值与UA1相等，但相位相反，从而实现全补偿。
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 (6)

1.一种基于自产供电电源相电压的电压跌落调整系统，其特征在于，包括相供电电源产生器(1)、相供电电源相位补偿器(2)、投切开关(3)、控制器(4)、调压器(5)、母线相电压采集器(6)和接地相补偿电压采集器(7)，所述相供电电源产生器(1)连接在母线上，所述相供电电源产生器(1)的输出端与相供电电源相位补偿器(2)的输入端相连，所述相供电电源相位补偿器(2)的输出端与投切开关(3)的输入端相连，所述投切开关(3)的输出端与调压器(5)的输入端相连，所述接地相补偿电压采集器(7)串接在调压器(5)与中性点之间，所述接地相补偿电压采集器(7)和母线供电电源相电压采集器(6)还均与控制器(4)的输入端连接，所述控制器(4)的输出端分别与调压器(5)和投切开关(3)的输入端连接，所述控制器(4)的输入端还与电压互感器连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于自产供电电源相电压的电压跌落调整系统，其特征在于：所述控制器(4)包括开关控制模块、故障相判断模块、母线三相电压接收模块、母线故障相电压输出模块、接地相补偿电压接收模块、电压分析计算模块和调压器控制模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于自产供电电源相电压的电压跌落调整系统，其特征在于：所述相供电电源产生器(1)连接在母线上，用于将母线线电压转换为相电压。
4.根据权利要求1所述的一种基于自产供电电源相电压的电压跌落调整系统，其特征在于：所述相供电电源相位补偿器(2)对所述相电压进行相位补偿。
5.根据权利要求1所述的一种基于自产供电电源相电压的电压跌落调整系统，其特征在于：所述控制器(4)用于检测系统是否发生接地故障，判断接地故障相、控制接地相相应的投切开关(3)，另一方面，接受所述供电电源相电压采集器(6)和接地相补偿电压采集器(7)的相电压信号并进行分析计算，控制调压器(5)的输出。
6.根据权利要求1所述的一种基于自产供电电源相电压的电压跌落系统的调整方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1: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(3)闭合相应的接地相开关；
S2:相供电电源产生器(1)将母线线电压转换为相电压，相供电电源相位补偿器(2)对相电压进行相位补偿；
S3:母线相电压采集器(6)采集母线三相电压信号，分别为UA1、UB1、UC1；
S4:接地相补偿电压采集器(7)采集中性点处的补偿相电压U1；
S5:母线相电压采集器(6)和接地相补偿电压采集器(7)将采集到的信号传输给控制器(4)；
S6:控制器(4)分析计算所述母线故障相电压UA1或UB1或UC1与接地相补偿电压U1，若两者不等，则控制器(4)控制调压器(5)输出电压U0，U0幅值与UA1或UB1或UC1相等，但相位相反，从而实现全补偿。
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