CN110808578B - 一种混合型电网消弧装置的容量配置方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合型电网消弧装置的容量配置方法及装置，所述混合型电网消弧装置包括调匝式消弧线圈装置、电压型有源逆变器消弧装置，所述容量配置方法包括如下步骤：步骤1：计算配电网对地容抗X_C；确定调匝式消弧线圈装置的工作的挡位L_P并获取挡位L_P对应的感抗值X_LP；步骤2：根据配电网对地容抗X_C以及挡位L_P对应的感抗值X_LP计算电压型有源逆变器消弧装置的容量S_N。在调匝式消弧线圈装置与电压型有源逆变器新型消弧装置一体化运行下，实现容量的计算配置，以方便通过混合使消弧装置来达到零残留全补偿故障消弧。

Description

一种混合型电网消弧装置的容量配置方法及装置

技术领域

本发明涉及电网消弧领域，特别涉及一种电压型有源逆变器新型消弧装置和调匝式消弧线圈装置混合一体化进行消弧的容量优化配置方法，实现非有效接地配电网单相接地故障的零残流全补偿消弧。

背景技术

我国电网10kV、35kV系统在中性点接地方式上广泛采取的是中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种方式。其中，消弧线圈装置的可靠运行及其消弧性能的优越性是保障经消弧线圈接地方式配电网中人身和设备的安全、系统可靠及稳定运行的重要条件。

目前，应用于我国10kV配电网消弧的主要装置为调匝式消弧线圈装置。为避免正常运行情况下的谐振现象，调匝式消弧线圈的工作位置一般设定为过补偿10％。即若配电网对地电容电流为150A，一旦发生单相接地故障，则调匝式消弧线圈补偿电流约为165A，残余故障电流为15A，该电流将大于10A，接地点的电弧将无法自行熄灭，可能产生弧光接地过电压，对系统绝缘有很大的危害。

为解决以上问题，有学者提出了电压型有源逆变器新型消弧装置，其通过电力电子装置，形成单相逆变器，并通过配电网中性点注入指定的电流，达到零残流全补偿故障消弧。

实际上，从经济性和可靠性方面考虑，电压型有源逆变器新型消弧装置短期内难以替代传统调匝式消弧线圈装置。在现有调匝式消弧线圈装置的基础上，配置一定容量的电压型有源逆变器新型消弧装置，最终达到零残流全补偿故障消弧，具有更强的工程可实施性。调匝式消弧线圈装置与电压型有源逆变器新型消弧装置一体化运行情况下，如何优化配置新型消弧装置的容量，达到经济最优，是配电网单相接地故障零残流全补偿故障消弧亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混合型电网消弧装置的容量配置方法及装置，用于对调匝式消弧线圈装置与电压型有源逆变器消弧装置混合应用中确定电压型有源逆变器消弧装置的容量，达到零残流全补偿故障消弧。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种混合型电网消弧装置的容量配置方法，所述混合型电网消弧装置包括调匝式消弧线圈装置、电压型有源逆变器消弧装置，所述容量配置方法包括如下步骤：

步骤1：计算配电网对地容抗X_C；确定调匝式消弧线圈装置的工作的挡位L_P并获取挡位L_P对应的感抗值X_LP；

步骤2：根据配电网对地容抗X_C以及挡位L_P对应的感抗值X_LP计算电压型有源逆变器消弧装置的容量S_N。

电压型有源逆变器消弧装置的容量计算公式如下：

其中，ρ为裕度系数，E₀为电压型有源逆变器消弧装置接入中性点的电压。

在步骤1中，对地容抗X_C的计算包括如下步骤：

1)、获取调匝式消弧线圈装置的每一个挡位对应的流过消弧线圈的电流值；

2)、根据流过消弧线圈的电流值确定电流值最大对应的挡位L1以及该挡位相邻的两个挡位L2、L3；

3)根据挡位L1、L2、L3及其对应的流过消弧线圈的电流计算出配电网的对地容抗。

配电网的对地容抗计算公式如下：

其中

为调档前档位1对应的流过消弧线圈的电流；

和

分别为调档后档位2和档位3对应的流过消弧线圈的电流；X_L1、X_L2和X_L3分别为档位1、档位2和档位3对应的消弧线圈感抗；R为调匝式消弧线圈的阻尼电阻。

步骤1中，调匝式消弧线圈装置的工作的挡位L_P的确定包括：获取调匝式消弧线圈装置的每一个挡位对应的感抗值X_L；将每一个挡位对应的X_L带入公式X_c/X_L-1.1中，取值最小且非负值对应的挡位作为工作挡位L_p。

一种混合型电网消弧装置的容量配置装置，包括

对地容抗计算单元，用于计算配电网对地容抗X_C；

调匝式消弧线圈装置工作状态确定单元，用于确定调匝式消弧线圈装置的工作的挡位L_P并获取挡位L_P对应的感抗值X_LP；

电压型有源逆变器消弧装置容量计算单元，用于根据配电网对地容抗X_C以及挡位L_P对应的感抗值X_LP计算电压型有源逆变器消弧装置的容量S_N。

所述对地容抗计算单元包括：

电流值获取模块，用于获取调匝式消弧线圈装置的每一个挡位对应的流过消弧线圈的电流值；

挡位确定模块，用于根据流过消弧线圈的电流值确定电流值最大对应的挡位L1以及该挡位相邻的两个挡位L2、L3；

数据计算模块，用于根据挡位L1、L2、L3及其对应的流过消弧线圈的电流计算出配电网的对地容抗。

本发明的优点在于：在调匝式消弧线圈装置与电压型有源逆变器新型消弧装置一体化运行下，实现容量的计算配置，以方便通过混合使消弧装置来达到零残留全补偿故障消弧，同时实现电压型有源逆变器消弧装置的最优容量配置，使其运行经济最优且能够满足消弧的要求。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明混合型电网消弧装置的原理图；

图2为本发明容量配置方法的流程图；

图3为本发明调匝式消弧线圈档位—流过消弧线圈(含阻尼电阻)的电流大小关系曲线。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本申请是一种提出一种调匝式消弧线圈装置与电压型有源逆变器消弧装置一体化运行下的容量配置方法，可用于确定电压型有源逆变器消弧装置的容量，达到零残流全补偿故障消弧。如图1所示，为其中一种混合式的消弧装置，其包括单相全桥逆变器201、低通滤波回路202、电压电流采样点203、单相升压变压器204、调匝式消弧线圈205、阻尼电阻206、接地变压器207、电压电流互感器208、微机控制器209。在配电网线路中接入接地变压器207创造出中性点后，接地变压器207的接入，可以创造出配电网中性点，来接入消弧装置。消弧线圈205通过串接阻尼电阻206连接中性点接地，消弧线圈205通过接地变压器207接入配电网；单相全桥逆变器201连接低通滤波回路202，低通滤波回路202连接单相升压变压器204的低压侧，单相升压变压器204的高压侧连接中性点(接地变压器的低压侧)；电压电流互感器208将采样点处的电压电流信号采样出来，其输出模拟信号送往微机控制器209，微机控制器209控制单相全桥逆变器201。单相全桥逆变器的输入端连接有供电电源，单相全桥逆变器的输出端连接低通滤波电路。通过单项逆变器电路的输出电流经过滤波电路、升压变压器后注入到配电网的中性点，达到零残留全补偿故障消弧，注入的电流由微机控制器的控制单相全桥逆变器的输出来设定。

图1给出了混合式电网消弧装置的原理图，其为调匝式消弧线圈与电压型有源逆变器消弧装置一体化后的消弧装置，为了实现确定电压型有源逆变器消弧装置的容量，本申请提出的容量配置方法主要包括四部分内容：一是确定调匝式消弧线圈装置在测量配电网对地电容电流时的最优档位，二是计算配电网对地容抗，三是确定配电网单相接地故障零残流全补偿故障消弧时的调匝式消弧线圈装置的合适档位，四是确定电压型有源逆变器消弧装置的最优容量。

如图2所示，本发明以确定电压型有源逆变器新型消弧装置最优配置容量为目标，提出一种调匝式消弧线圈装置与电压型有源逆变器消弧装置一体化运行下的容量配置方法，可用于确定电压型有源逆变器消弧装置的容量，达到零残流全补偿故障消弧。具体包括如下步骤：

第1步，确定调匝式消弧线圈测量配电网对地电容电流的最优档位。在消弧线圈调档过程中，流过消弧线圈(含阻尼电阻)的电流大小会在谐振点附近达到最大。首先绘制调匝式消弧线圈档位—流过消弧线圈(含阻尼电阻)的电流大小关系曲线，然后取电流最大值对应的档位L1，以及该档位前后相邻的两个档位L2、L3共计三个档位进行配电网对地电容电流测量。

第2步，基于上述调匝式消弧线圈装置的三个档位，可计算配电网对地容抗X_c

其中，

为调档前档位L1对应的流过消弧线圈的电流；

和

分别为调档后档位L2和档位L3对应的流过消弧线圈的电流；X_L1、X_L2和X_L3分别为档位L1、档位L2和档位L3对应的消弧线圈感抗；R为调匝式消弧线圈的阻尼电阻。

第3步，根据所测配电网对地容抗，为实现配电网单相接地故障零残流全补偿故障消弧，调整调匝式消弧线圈装置至合适档位L_p，L_p应由下式确定：

Minf(L_P)＝Xc/XL-1.1 (2)

上式中的X_Lp为调匝式消弧线圈位于档位L_p时的感抗值。Minf(L_P)是指数值最小且非负值的f(L_P)＝X_c/X_L-1.1,当将每一个挡位对应的感抗值带入后以f(L_P)值最小且非负值的挡位为最合适挡位L_p。由于调匝式消弧线圈装置每一个挡位对应的感抗值已知，可以通过第4步求取电压型有源逆变器消弧装置的容量。

第4步，根据第3步确定的调匝式消弧线圈装置档位L_p，确定电压型有源逆变器消弧装置的容量：

上式中，E₀为电压型有源逆变器消弧装置接入中性点的电压，10kV配电网中一般取5.77kV；ρ为裕度系数，一般可取为1.1。

通过以上四步，可确定电压型有源逆变器新型消弧装置的最优配置容量，实现调匝式消弧线圈装置与电压型有源逆变器新型消弧装置一体化运行，最终达到配电网单相接地故障的零残流全补偿故障消弧。

下面为说明所提电压型有源逆变器新型消弧装置的容量优化配置方法的有效性，结合一典型10kV配电网进行说明，其典型参数具体如下：

A相线路对地电容：c₀＝3.8μF；

B相线路对地电容：c₀＝3.8μF；

C相线路对地电容：c₀＝3.91515μF；

标准频率：50Hz；

相电压E大小：5773V

阻尼电阻R大小：26.5Ω

对应的调匝式消弧线圈装置参数包括：调匝式消弧线圈装置共25档，每档位对应的电感值如下：1)第1档位，L₁＝0.483H，可补偿电流40A；2)第2档位，L₂＝0.4182H，可补偿电流43.96A；3)第3档位，L₃＝0.3837H，可补偿电流47.92A；4)第4档位，L₄＝0.3544H，可补偿电流51.88A；5)第5档位，L₅＝0.3292H，可补偿电流55.84A；6)第6档位，L₆＝0.3074H，可补偿电流59.80A；7)第7档位，L₇＝0.2883H，可补偿电流63.76A；8)第8档位，L₈＝0.2714H，可补偿电流67.72A；9)第9档位，L₉＝0.2565H，可补偿电流71.68A；10)第10档位，L₁₀＝0.2431H，可补偿电流75.64A；11)第11档位，L₁₁＝0.2310H，可补偿电流79.6A；12)第12档位，L₁₂＝0.2200H，可补偿电流83.56A；；13)第13档位，L₁₃＝0.2101H，可补偿电流87.52A；；14)第14档位，L₁₄＝0.2001H，可补偿电流91.48A；15)第15档位，L₁₅＝0.1926H，可补偿电流95.44A；；16)第16档位，L₁₆＝0.1850H，可补偿电流99.40A；；17)第17档位，L₁₇＝0.1779H，可补偿电流103.36A；18)第18档位，L₁₈＝0.1713H，可补偿电流107.32A；19)第19档位，L₁₉＝0.1652H，可补偿电流111.28A；20)第20档位，L₂₀＝0.1595H，可补偿电流115.24A；21)第21档位，L₂₁＝0.1542H，可补偿电流119.2A；22)第22档位，L₂₂＝0.1493H，可补偿电流123.16A；23)第23档位，L₂₃＝0.1446H，可补偿电流127.12A；；24)第24档位，L₂₄＝0.1403H，可补偿电流131.08A；25)第25档位，L₂₅＝0.1361H，可补偿电流135.04A。

按照本方法，不同档位对应流过调匝式消弧线圈电流大小曲线如图3所示，根据第1步，可得应利用第11、12、13档作为测量配电网对地电容的合适档位；

第11档对应的电流值如图3所示，读数为：2.095∠0°，同理可得第12档对应的电流值为2.156∠7.8°，第13档对应的电流值为2.177∠15.2°。

根据公式(1)，可计算出配电网对地容抗大小为68.89Ω。

根据公式(2)，可计算出零残流全补偿故障消弧时，调匝式消弧线圈装置的合适档位为15档。

根据公式(3)，其中15档对应的感抗值60.48Ω，容抗大小为68.89Ω，E₀为取5.77kV；ρ为裕度系数，取为1.1，可计算出电压型有源逆变器新型消弧装置的优化配置容量为74.0kVA。故而给出的配置容量方便在采用混合型消弧装置时对对电网进行消弧实现零残流全补偿故障消弧。

一种混合型电网消弧装置的容量配置装置，包括

对地容抗计算单元，用于计算配电网对地容抗X_C；

调匝式消弧线圈装置工作状态确定单元，用于确定调匝式消弧线圈装置的工作的挡位L_P并获取挡位L_P对应的感抗值X_LP；

电压型有源逆变器消弧装置容量计算单元，用于根据配电网对地容抗X_C以及挡位L_P对应的感抗值X_LP计算电压型有源逆变器消弧装置的容量S_N。计算单元根据计算公司计算出容量S_N，其中电压型有源逆变器消弧装置的容量计算公式为：

对地容抗计算单元包括：

电流值获取模块，用于获取调匝式消弧线圈装置的每一个挡位对应的流过消弧线圈的电流值；

挡位确定模块，用于根据流过消弧线圈的电流值确定电流值最大对应的挡位L1以及该挡位相邻的两个挡位L2、L3；

数据计算模块，用于根据挡位L1、L2、L3及其对应的流过消弧线圈的电流计算出配电网的对地容抗。数据计算模块根据计算公司计算出对地容抗，对地容抗的计算公式为：配电网的对地容抗计算公式如下：

其中

为调档前档位1对应的流过消弧线圈的电流；

和

分别为调档后档位2和档位3对应的流过消弧线圈的电流；X_L1、X_L2和X_L3分别为档位1、档位2和档位3对应的消弧线圈感抗；R为调匝式消弧线圈的阻尼电阻。

调匝式消弧线圈装置工作状态确定单元通过获取调匝式消弧线圈装置的每一个挡位对应的感抗值X_L；将每一个挡位对应的X_L带入公式X_c/X_L-1.1中，取值最小且非负值对应的挡位作为工作挡位L_p。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、

或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种混合型电网消弧装置的容量配置方法，所述混合型电网消弧装置包括调匝式消弧线圈装置、电压型有源逆变器消弧装置，其特征在于：所述容量配置方法包括如下步骤：

步骤1：计算配电网对地容抗X_C；确定调匝式消弧线圈装置的工作的档位L_P并获取档位L_P对应的感抗值X_LP；

步骤2：根据配电网对地容抗X_C以及档位L_P对应的感抗值X_LP计算电压型有源逆变器消弧装置的容量S_N；

电压型有源逆变器消弧装置的容量计算公式如下：

其中，ρ为裕度系数，E₀为电压型有源逆变器消弧装置接入中性点的电压；

在步骤1中，对地容抗X_C的计算包括如下步骤：

1)、获取调匝式消弧线圈装置的每一个档位对应的流过消弧线圈的电流值；

2)、根据流过消弧线圈的电流值确定电流值最大对应的档位L1以及该档位相邻的两个档位L2、L3；

3)根据档位L1、L2、L3及其对应的流过消弧线圈的电流计算出配电网的对地容抗；

步骤1中，调匝式消弧线圈装置的工作的档位L_P的确定包括：获取调匝式消弧线圈装置的每一个档位对应的感抗值X_L；将每一个档位对应的X_L带入公式X_c/X_L-1.1中，取值最小且非负值对应的档位作为工作档位L_p。

2.如权利要求1所述的一种混合型电网消弧装置的容量配置方法，其特征在于：配电网的对地容抗计算公式如下：

其中

为调档前档位1对应的流过消弧线圈的电流；

和

分别为调档后档位2和档位3对应的流过消弧线圈的电流；X_L1、X_L2和X_L3分别为档位1、档位2和档位3对应的消弧线圈感抗；R为调匝式消弧线圈的阻尼电阻。

3.一种混合型电网消弧装置的容量配置装置，其特征在于：包括

对地容抗计算单元，用于计算配电网对地容抗X_C；

调匝式消弧线圈装置工作状态确定单元，用于确定调匝式消弧线圈装置的工作的档位L_P并获取档位L_P对应的感抗值X_LP；

电压型有源逆变器消弧装置容量计算单元，用于根据配电网对地容抗X_C以及档位L_P对应的感抗值X_LP计算电压型有源逆变器消弧装置的容量S_N；电压型有源逆变器消弧装置的容量计算公式如下：

其中，ρ为裕度系数，E₀为电压型有源逆变器消弧装置接入中性点的电压；

所述对地容抗计算单元包括：

电流值获取模块，用于获取调匝式消弧线圈装置的每一个档位对应的流过消弧线圈的电流值；

档位确定模块，用于根据流过消弧线圈的电流值确定电流值最大对应的档位L1以及该档位相邻的两个档位L2、L3；

数据计算模块，用于根据档位L1、L2、L3及其对应的流过消弧线圈的电流计算出配电网的对地容抗；

所述调匝式消弧线圈装置工作状态确定单元，通过获取调匝式消弧线圈装置的每一个档位对应的感抗值X_L；将每一个档位对应的X_L带入公式X_c/X_L-1.1中，取值最小且非负值对应的档位作为工作档位L_p。

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