CN111262250A - 一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供的一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，在系统正常运行时，获取相供电电源变换器的等效漏抗、获取调压器的等效漏抗；获取所述相供电电源变换器变比；获取系统负载阻抗；根据调压器的基准变比计算公式计算调压器基准变比；根据调压器档位计算方法，将调压器调节至补偿档位。在系统发生单相接地故障时，通过闭合接地相对应的投切开关，达到接地补偿；为自产供电电源型接地补偿系统的工程应用提供了一种简便、准确的补偿调节方法。

Description

一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法

技术领域

本申请涉及电力系统中中性点不接地系统单相接地补偿技术领域，尤其涉及一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法。

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，且发生高阻接地时，存在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。瑞典Swedish Neutral发表《接地故障中和器全补偿技术应用》公开了一种通过有源补偿器向系统中性点注入电流补偿接地故障点电流的方法。但该方法中的接地故障残流无法直接获得，采用系统对地分布参数计算残流数值，偏差较大；同时该补偿器采用电力电子装置实现电流相位及幅值的控制，其电流相位、幅值精度无法同时保证，且补偿电流谐波含量大，控制复杂，稳定性差；因此瑞典Swedish Neutral制造的GFN(接地故障中和器)的补偿效果与理想值偏差极大，该装置在浙江某地进行模拟试验的结果显示，对于金属性接地故障，经GFN装置补偿后的接地残流仍在5A以上，与理想值即零电流有差距较大，仅与消弧线圈补偿效果相当。国内来说，专利CN102074950A公开了一种配电网接地故障消弧和保护方法，该方法与瑞典Swedish Neutral的消弧方法类似。通过向配网系统中性点注入电流将故障相电压电压抑制为零，该方法存在金属性接地时，其故障相电压为0，怎么控制故障电压为0的问题，该方法只对高阻接地故障有作用，且控制故障相电压，需要准确控制注入电流的幅值及相位，实现难度大。

申请号为201710550400.3的专利公开了非有效接地系统接地故障主动降压安全处理方法，该方法在变压器系统侧绕组设置分接接头，通过将故障相绕组分接头对地短路或经阻抗短路，降低故障相电压，以达到限制接地故障点电流的目的。本质上该方法是在电网线路发生单相接地时，在系统母线侧制造另一个的接地点，对原单相接地电流进行分流，显然该方法对于金属性单相接地故障的补偿效果较差，甚至无效，且装置误动作将引起相间短路。申请号为201710544978.8和申请号201710544976.9的专利公开了非有效接地系统接地故障相降压消弧方法，两种方法均为在发生单相接地故障时，在非有效接地系统侧的母线与地、或线路与地、或中性点与地，或中性点非有效接地系统侧绕组的分接抽头与地之间外加电源，以期降低故障电压。两种方法的区别仅在于，外加电源其一为电压源，其二为电流源，无本质区别。同样存在电压源和电流源的控制系统相电压精度问题，及金属性短路时，相对地电压为零，无法控制的问题。两种方法实施中，如外加电源直接施加在母线或线路与地之间时，会改变系统线电压，造成该系统负载(如配电变压器)无法正常运行。

现有技术中尚无控制简便，精准、高效的单相接地故障电流完全补偿的方法，兼顾配电系统供电可靠性和安全性的技术。为此，以申请人提出一种自产供电相电源的接地故障电流补偿系统及方法(申请号CN201910992389.5及申请号CN201910992110.3)给出的补偿系统为基础，即利用相供电电源变换器及电压调节器实现单相接地故障电流全补偿为基础。

发明内容

本申请提供了一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，通过采用调压器作为电压调节器时，调压器的变比计算方法及调节方法，解决了调压器调节目标的计算和调节方法问题，为自产供电相电源的接地故障电流补偿系统的实施提供了有力补充和支持，解决自产供电相电源的接地故障电流补偿系统调压器调节目标的计算和调节方法缺失的问题。

为了达到上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：

提供一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，所述方法包括：

在系统正常运行时，

获取相供电电源变换器的等效漏抗、获取调压器的等效漏抗；

获取所述相供电电源变换器变比；

获取系统负载阻抗；

根据调压器的基准变比计算公式计算调压器基准变比；

根据调压器档位计算方法，将调压器调节至补偿档位。

可选的，所述方法还包括：在系统发生单相接地故障时，通过闭合接地相对应的投切开关，达到接地补偿。

可选的，所述调压器的基准变比计算公式为：

式中，n为调压器基准变比，m为相供电电源变换器的变比，X_T11为相供电电源变换器的等效漏抗，X_T21为调压器的等效漏抗，Z_L为系统负载阻抗。

可选的，所述调压器档位计算方法包括：

计算所述调压器各档位变比与基准档位的差值的绝对值，所述绝对值的集为变比差值集合；

所述变比差值集合中最小值对应的调压器档位为调压器补偿档位。

可选的，所述系统负载阻抗：

在所述系统不含补偿电感时，所述系统负载阻抗为所述系统的对地分布电容容抗；

在所述系统含有补偿电感时，所述系统负载阻抗为所述系统的对地分布电容容抗和补偿电感感抗的并联阻抗。

可选的，所述基准变比计算公式通过单相接地时自产供电电源接地补偿等效电路简化后求解得到。

可选的，所述等效漏抗是等效内阻抗的组成部分。

可选的，所述等效内阻抗包括变压器的直流电阻、励磁电抗、等效漏抗。

本申请实施例提供的一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，在系统正常运行时，获取相供电电源变换器的等效漏抗、获取调压器的等效漏抗；获取所述相供电电源变换器变比；获取系统负载阻抗；根据调压器的基准变比计算公式计算调压器基准变比；根据调压器档位计算方法，将调压器调节至补偿档位。在系统发生单相接地故障时，通过闭合接地相对应的投切开关，达到接地补偿；为自产供电电源型接地补偿系统的工程应用提供了一种简便、准确的补偿调节方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的自产供电电源接地故障补偿系统正常运行时的补偿调节方法流程图；

图2为本申请实施例的自产供电电源接地故障电流补偿器示意图；

图3为本申请实施例的单相接地时自产供电电源接地补偿等效电路图；

图4为本申请实施例的单相接地时自产供电电源接地补偿简化等效电路图；

图5为本申请实施例的单相接地时自产供电电源接地补偿复合序网图；

图6为本申请实施例的自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本申请做进一步详细描述：

实施例一

本申请实施例提供一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，用于电力系统中中性点不接地系统单相接地补偿技术领域，参照图1所示，所述自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法包括如下步骤：

在系统正常运行时，

101、获取相供电电源变换器的等效漏抗、获取调压器的等效漏抗。

102、获取所述相供电电源变换器变比。

103、获取系统负载阻抗。

具体的，所述系统负载阻抗：

在所述系统不含补偿电感时，所述系统负载阻抗为所述系统的对地分布电容容抗；

在所述系统含有补偿电感时，所述系统负载阻抗为所述系统的对地分布电容容抗和补偿电感感抗的并联阻抗。

104、根据调压器的基准变比计算公式计算调压器基准变比。

具体的，所述调压器的基准变比计算公式为：

式中，n为调压器基准变比，m为相供电电源变换器的变比，X_T11为相供电电源变换器的等效漏抗，X_T21为调压器的等效漏抗，Z_L为系统负载阻抗。

所述调压器的基准变比计算公式的推到过程如下：

参照图2所示，为自产供电电源接地故障电流补偿器示意图；根据电力系统原理，得到如图3所示的单相接地时自产供电电源接地补偿等效电路图。

为线相变换器和调压器空载时的开路电压，Z_eq为线相变换器和调压器的等效内阻抗，

为接地故障点电流，R_jd为接地电阻，

为系统某相发生单相接地产生的不平衡电源，Z_Load为补偿系统负载阻抗。如要完全补偿接地电流，需要

因此图3中的

R_jd支路可认为不存在，等效电路可进一步简化为如图4所示。

相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器及调压器的等效内阻抗Z_eq由相供电电源变换器的直流电阻、励磁电抗、漏抗等构成。忽略变压器直流电阻和励磁电抗，设X_T11、X_T21分别为相供电电源变换器、调压器的等效漏抗，m为相供电电源变换器的变比，n为调压器基准变比。U₀为调压器二次侧电压，也是系统中性点电压。

在所述系统进行接地补偿时，相供电电源相位补偿器二次侧相当于两相断线运行。设A相发生单相接地，补偿系统要实现全补偿，则应使得

设此时调压器二次侧输出电流为

则应有

根据变压器原理，调压变压器一次侧电流即为：

其中，

分别为调压变压器一次侧三相电流。

以对称分量法对调压器变压器一次侧电流进行分解可知：

其中

分别为调压器一次侧A相电流的正序电流、负序电流和零序电流。

根据以上条件，从调压器一次侧做系统复合序网图为图4。其中，

为相供电电源相位补偿器开路电压即为：

Z_1∑、Z_2∑、Z_0∑为从相供电电源相位补偿器二次侧看去的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗的总和，且

因此可知

进一步化简得到m²Z_Ln²-mZ_Ln+X_T11+m²X_T21＝0，解此方程即为本发明的调压器基准变比n的计算公式：

式中，n为调压器基准变比，m为相供电电源变换器的变比，X_T11为相供电电源变换器的等效漏抗，X_T21为调压器的等效漏抗，Z_L为系统负载阻抗。

105、根据调压器档位计算方法，将调压器调节至补偿档位。

具体的，参照图6所示，所述调压器档位计算方法包括：

1051、计算所述调压器各档位变比与基准档位的差值的绝对值，所述绝对值的集为变比差值集合；

1052、所述变比差值集合中最小值对应的调压器档位为调压器补偿档位。

在系统发生单相接地故障时

需要通过闭合接地相对应的投切开关，达到接地补偿。

本申请实施例提供的一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，在系统正常运行时，获取相供电电源变换器的等效漏抗、获取调压器的等效漏抗；获取所述相供电电源变换器变比；获取系统负载阻抗；根据调压器的基准变比计算公式计算调压器基准变比；根据调压器档位计算方法，将调压器调节至补偿档位。在系统发生单相接地故障时，通过闭合接地相对应的投切开关，达到接地补偿；为自产供电电源型接地补偿系统的工程应用提供了一种简便、准确的补偿调节方法。

实施例二

以下结合具体实例，说明调压器基准变比的计算过程。

变压器的漏抗参数可根据变压器的短路阻抗电压计算获得，本实施例中相供电电源变换器的其额定容量为5MVA，其一次额定电压等于二次额定电压为10kV，短路阻抗电压百分比为1％，相供电电源产生器和相供电电源相位补偿器的额定变比均为1。忽略变压器直流电阻、激磁电抗、铁损，根据变压器等效电路，相供电电源产生器及相供电电源相位补偿器的一次侧等效漏抗为：

其中U_1E为一次额定电压；I_2k为二次额定电流，γ为阻抗电压百分比。

调压器的额定容量为2MVA，一次额定电压为

阻抗电压百分比为1％，计算得到调压器一次绕组等效漏抗为1.67Ω。

系统单相对地分布电容为30uF，计算系统对地分布容抗为35.4Ω。

根据调压器的基准变比计算公式可得，调压器基准变比为1.09。

通过本实施例，得到的调压器的基准变比，再根据调压器的细调方法确定最优调压器变比，通过调压器的变比计算方法及调节方法，达到调压器调节目标的计算和调节，为自产供电相电源的接地故障电流补偿系统提供了有力补偿调节和支持。

以上内容仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请权利要求书的保护范围之内。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

Claims (6)

1.一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，其特征在于，所述方法包括：

在系统正常运行时，

获取相供电电源变换器的等效漏抗、获取调压器的等效漏抗；

获取所述相供电电源变换器变比；

获取系统负载阻抗；

根据调压器的基准变比计算公式计算调压器基准变比；

根据调压器档位计算方法，将调压器调节至补偿档位。

2.根据权利要求1所述的一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，其特征在于，所述方法还包括：

在系统发生单相接地故障时，通过闭合接地相对应的投切开关，达到接地补偿。

3.根据权利要求1所述的一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，其特征在于，所述基准变比计算公式为：

式中，n为调压器基准变比，m为相供电电源变换器的变比，X_T11为相供电电源变换器的等效漏抗，X_T21为调压器的等效漏抗，Z_L为系统负载阻抗。

4.根据权利要求1所述的一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，其特征在于，所述调压器档位计算方法包括：

计算所述调压器各档位变比与基准档位的差值的绝对值，所述绝对值的集为变比差值集合；

所述变比差值集合中最小值对应的调压器档位为调压器补偿档位。

5.根据权利要求1所述的一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，其特征在于，所述系统负载阻抗：

在所述系统不含补偿电感时，所述系统负载阻抗为所述系统的对地分布电容容抗；

在所述系统含有补偿电感时，所述系统负载阻抗为所述系统的对地分布电容容抗和补偿电感感抗的并联阻抗。

6.根据权利要求3所述的一种自产供电电源接地故障补偿系统补偿调节方法，其特征在于，所述基准变比计算公式通过单相接地时自产供电电源接地补偿等效电路简化后求解得到。

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