CN111463770A - 基于消弧线圈的不平衡电压调节系统及调节方法 - Google Patents

基于消弧线圈的不平衡电压调节系统及调节方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供基于消弧线圈的不平衡电压调节系统及调节方法，用于小电流接地系统中。所述不平衡电压调节系统包括调节装置和柔性电流源，调节装置的输入端连接小电流接地系统的母线电压互感器和消弧线圈，从母线电压互感器获得母线零序电压，从消弧线圈获得消弧线圈电流和系统电容电流信息，调节装置根据母线零序电压判断小电流接地系统存在三相电压不平衡时，根据消弧线圈电流和系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量，向柔性电流源发出控制信号；柔性电流源的第一端连接小电流接地系统的接地变压器的副边，第二端接地，柔性电流源接收控制信号输出电流向量，降低小电流接地系统中性点的不平衡电压。

Description

基于消弧线圈的不平衡电压调节系统及调节方法
技术领域
本申请涉及电力系统的继电保护技术领域，具体涉及基于消弧线圈的不平衡电压调节系统及调节方法。
背景技术
在3kV-66kV小电流接地系统中，存在部分线路因为在建设初期没有合理换相，导致三相对地电容值不一致，进而产生三相不平衡电压。三相不平衡电压要求消弧线圈具有较高的补偿度，但是这会导致发生单相接地故障时调节电流过大，危害电网安全。如果采用装置进行调节，消除正常运行时的三相不平衡电压，中性点消弧线圈可以采用较小补偿度，进而提高电网稳定度。
中国发明专利106887856A公开三相不平衡调节控制方法、装置及三相不平衡调节系统。该方案通过计算三相电流不平衡度，并将其送入电压外环，与三相电流不平衡度给定值作差，经过电压、电流闭环控制生成总调制波，调制后生成调整有功功率的控制信号。该方法采用闭环控制来寻找三相补偿值的准确值，控制效果受到控制参数影响较大，控制过程负责且控制时间也较长。中国发明专利104092228A公开中性点非有效接地系统的不对称电压两点有源控制。该专利通过从中性点两次注入电流的方法，计算出最终控制目标值，然后下发控制指令给变换器完成补偿。该方法采用试注入的方法，对电网运行会产生一定影响，较大的注入电流会造成电网不平衡度增加甚至危害运行安全，较小的注入电流引起的电网电压变化较小影响控制精度。
2014年第4期《中国电机工程学报》文章《基于柔性接地技术的配电网三相不平衡过电压抑制方法》利用小电流接地系统导纳参数计算注入调节电流值，控制单相变流器从中性点注入调节电流,控制不平衡电压为零，实现三相电压平衡运行。注入电流大小需要根据网络参数计算得到，实际运行中运行方式是随着线路投切实时改变，控制器无法准确取得电网参数变化，因此该方法计算复杂，且不能适应运行方式变化达到完全补偿效果。
发明内容
本申请实施例提供一种基于消弧线圈的不平衡电压调节系统，用于小电流接地系统中，所述不平衡电压调节系统包括调节装置和柔性电流源，所述调节装置的输入端连接小电流接地系统的母线电压互感器和消弧线圈，从所述母线电压互感器获得母线零序电压，从所述消弧线圈获得消弧线圈电流和系统电容电流信息，所述调节装置根据所述母线零序电压判断小电流接地系统存在三相电压不平衡时，根据所述消弧线圈电流和所述系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量，并向柔性电流源发出控制信号；所述柔性电流源的第一端连接小电流接地系统的接地变压器的副边，所述柔性电流源的第二端接地，所述柔性电流源接收所述控制信号，输出所述电流向量，降低小电流接地系统中性点的不平衡电压。
根据一些实施例，所述调节装置还从所述母线电压互感器获得母线三相电压，并根据所述母线三相电压获取调节结果。
根据一些实施例，所述柔性电流源包括单相变换器。
根据一些实施例，所述调节系统还包括消弧线圈控制器，所述消弧线圈控制器将所述消弧线圈电流和所述系统电容电流信息传输到所述调节装置。
根据一些实施例，所述调节装置通过有线或无线的方式向所述柔性电流源发出所述控制信号。
根据一些实施例，所述根据所述消弧线圈电流和所述系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量，公式如下：
Figure BDA0002434229660000031
式中，
Figure BDA0002434229660000032
为柔性电流源应注入小电流接地系统中性点的电流向量，
Figure BDA0002434229660000033
为系统电容电流，
Figure BDA0002434229660000034
为消弧线圈电流。
本申请实施例还提供一种基于消弧线圈的不平衡电压调节系统的调节方法，包括：实时采集小电流接地系统的母线电压互感器的母线零序电压；基于所述母线零序电压，判断所述小电流接地系统是否存在三相电压不平衡；响应于存在三相电压不平衡，检测消弧线圈电流和系统电容电流；根据所述消弧线圈电流和所述系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量；利用所述柔性电流源向小电流接地系统中性点注入所述电流向量，降低小电流接地系统中性点的不平衡电压。
根据一些实施例，所述调节方法还包括：实时采集所述小电流接地系统的所述母线电压互感器的母线三相电压，以评价调节效果。
根据一些实施例，所述检测所述消弧线圈电流和所述系统电容电流，包括：从消弧线圈控制器获取所述消弧线圈电流和所述系统电容电流信息。
根据一些实施例，所述根据所述消弧线圈电流和所述系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量，公式如下：
Figure BDA0002434229660000035
式中，
Figure BDA0002434229660000036
为柔性电流源应注入小电流接地系统中性点的电流向量，
Figure BDA0002434229660000037
为系统电容电流，
Figure BDA0002434229660000038
为消弧线圈电流。
本申请实施例提供的技术方案，无需测量小电流接地系统无功及电容电流，仅以中心点对地不平衡电压为调节目标，快速将三相不平衡电压降低到合理数值，可减少因为三相电压不平衡带来的消弧线圈补偿度高，因而带来的接地短路电流过大问题，大幅提高电网的可靠性和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本申请实施例提供的一种典型配电网示意图。
图2是本申请实施例提供的一种基于消弧线圈的不平衡电压调节系统接线示意图。
图3是本申请实施例提供的一种基于消弧线圈的不平衡电压调节系统的调节方法流程示意图。
图4是本申请实施例提供的一种经消弧线圈接地的配电网在1.5s进行不平衡电压调节后母线三相电压幅值的变化波形示意图。
图5是本申请实施例提供的一种经消弧线圈接地的配电网在1.5s进行不平衡电压调节后母线零序电压幅值的变化波形示意图。
具体实施方式
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。
图1是本申请实施例提供的一种典型配电网示意图。
如图1所示的典型配电网中，rA、rB、rC分别为线路三相对地泄漏电阻，CA、CB、CC为线路三相对地电容，由于系统存在不平衡，以上参数具有不对称性。
Figure BDA0002434229660000051
为各条线路上三相对地电压，
Figure BDA0002434229660000052
为变压器三相对称电动势。
对于图1中典型配电网，线路上零序电流可以表示如下。
Figure BDA0002434229660000053
线路电压和变压器电动势存在如下关系。
Figure BDA0002434229660000054
上式中，
Figure BDA0002434229660000055
为中性点对地电压，也就是不平衡电压。根据以上两式可以得到下式。
Figure BDA0002434229660000056
从上式可以得到，线路电容电流由不平衡电容电流
Figure BDA0002434229660000057
(中括号中三项)和中性点偏离电压产生的电容电流
Figure BDA0002434229660000058
(等号右边最后一项)构成。即在不平衡系统中，线路电容电流
Figure BDA0002434229660000059
等于不平衡电容电流
Figure BDA00024342296600000510
与中性点偏离电压产生的电容电流
Figure BDA00024342296600000511
之和。其中，
Figure BDA00024342296600000512
为当前消弧线圈上电流，可以通过从消弧线圈控制器上获取，或者加装CT测量；
Figure BDA00024342296600000513
为系统电容电流，消弧线圈都具备测量这个电流的功能，这个数据可以通过消弧线圈控制器获取。当电流源注入电流与
Figure BDA00024342296600000514
等大反向时即可将消弧线圈处电压降到零，进而消除系统不平衡电压。
图2是本申请实施例提供的一种基于消弧线圈的不平衡电压调节系统接线示意图。
不平衡电压调节系统用于小电流接地系统中，不平衡电压调节系统包括调节装置1和柔性电流源2。
调节装置1的输入端连接小电流接地系统的母线电压互感器4和消弧线圈L，从母线电压互感器4获得母线零序电压，从消弧线圈L获得消弧线圈电流和系统电容电流信息。消弧线圈控制器将消弧线圈电流和系统电容电流信息通过直流模拟量传输到调节装置1。调节装置1根据母线零序电压判断小电流接地系统存在三相电压不平衡时，根据消弧线圈电流和系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量，并向柔性电流源2发出控制信号。
可选地，调节装置1还从母线电压互感器4获得母线三相电压，并根据母线三相电压获取调节结果。
根据消弧线圈电流和系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量，公式如下：
Figure BDA0002434229660000064
式中，
Figure BDA0002434229660000061
为柔性电流源应注入小电流接地系统中性点的电流向量，
Figure BDA0002434229660000062
为系统电容电流，
Figure BDA0002434229660000063
为消弧线圈电流。
柔性电流源2的第一端连接小电流接地系统的接地变压器3的副边，柔性电流源2的第二端接地，柔性电流源2接收来自控制信号，输出电流向量，降低小电流接地系统中性点的不平衡电压。
可选地，柔性电流源2包括单相变换器。
可选地，调节装置1通过有线或无线的方式向柔性电流源2发出控制信号。
可选地，不平衡电压调节系统还包括消弧线圈控制器，消弧线圈控制器用于采集消弧线圈电流和系统电容电流信息，并传输给三相不平衡电压调节系统。
本申请实施例提供的技术方案，无需测量小电流接地系统无功及电容电流，仅以中心点对地不平衡电压为调节目标，快速将三相不平衡电压降低到合理数值，可减少因为三相电压不平衡带来的消弧线圈补偿度高，因而带来的接地短路电流过大问题，大幅提高电网的可靠性和安全性。
图3是本申请实施例提供的一种基于消弧线圈的不平衡电压调节系统的调节方法流程示意图。
在S110中，调节装置1实时采集小电流接地系统的母线电压互感器4的母线零序电压。
在S120中，调节装置1基于母线零序电压，判断小电流接地系统是否存在三相电压不平衡。
检测到的母线零序电压如果超过定值，则认为小电流接地系统存在三相电压不平衡。
在S130中，调节装置1响应于存在三相电压不平衡，检测消弧线圈电流和系统电容电流。
在S140中，调节装置1根据消弧线圈电流和系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量。
根据消弧线圈电流和系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量，公式如下：
Figure BDA0002434229660000071
式中，
Figure BDA0002434229660000072
为柔性电流源应注入小电流接地系统中性点的电流向量，
Figure BDA0002434229660000073
为系统电容电流，
Figure BDA0002434229660000074
为消弧线圈电流。
在S150中，调节装置1向柔性电流源2发出控制信号，使得柔性电流源2输出电流向量，降低小电流接地系统中性点的不平衡电压。
正常运行时柔性电流源作为静止无功发生器，实现快速动态调节无功。
可选地，实时采集小电流接地系统的母线电压互感器的母线三相电压，并根据母线三相电压和母线零序电压，获取调节结果。
图4是本申请实施例提供的一种经消弧线圈接地的配电网在1.5s进行不平衡电压调节后母线三相电压幅值的变化波形示意图。图5是本申请实施例提供的一种经消弧线圈接地的配电网在1.5s进行不平衡电压调节后母线零序电压幅值的变化波形示意图。
在发现小电流接地系统存在三相不平衡电压后，在1.5s，通过消弧线圈电流和系统电容电流信息，调节装置1计算出了最终调节电流，并对柔性电流源2下发了控制信号。柔性电流源2输出信号后，小电流接地系统不平衡电压发生了明显的下跌，达到了控制目的。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种基于消弧线圈的不平衡电压调节系统，用于小电流接地系统中，所述不平衡电压调节系统包括：
调节装置，输入端连接小电流接地系统的母线电压互感器和消弧线圈，从所述母线电压互感器获得母线零序电压，从所述消弧线圈获得消弧线圈电流和系统电容电流信息，所述调节装置根据所述母线零序电压判断小电流接地系统存在三相电压不平衡时，根据所述消弧线圈电流和所述系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量，并向柔性电流源发出控制信号；
柔性电流源，第一端连接小电流接地系统的接地变压器的副边，第二端接地，所述柔性电流源接收所述控制信号，输出所述电流向量，降低小电流接地系统中性点的不平衡电压。
2.如权利要求1所述的基于消弧线圈的不平衡电压调节系统，其中，所述调节装置还从所述母线电压互感器获得母线三相电压，并根据所述母线三相电压获取调节结果。
3.如权利要求1所述的基于消弧线圈的不平衡电压调节系统，其中，所述柔性电流源包括单相变换器。
4.如权利要求1所述的基于消弧线圈的不平衡电压调节系统，还包括：
消弧线圈控制器，将所述消弧线圈电流和所述系统电容电流信息传输到所述调节装置。
5.如权利要求1所述的基于消弧线圈的不平衡电压调节系统，其中，所述调节装置通过有线或无线的方式向所述柔性电流源发出所述控制信号。
6.如权利要求1所述的基于消弧线圈的不平衡电压调节系统，其中，所述根据所述消弧线圈电流和所述系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量，公式如下：
Figure FDA0002434229650000021
式中，
Figure FDA0002434229650000022
为柔性电流源应注入小电流接地系统中性点的电流向量，
Figure FDA0002434229650000023
为系统电容电流，
Figure FDA0002434229650000024
为消弧线圈电流。
7.一种基于消弧线圈的不平衡电压调节系统的调节方法，包括：
实时采集小电流接地系统的母线电压互感器的母线零序电压；
基于所述母线零序电压，判断所述小电流接地系统是否存在三相电压不平衡；
响应于存在三相电压不平衡，检测消弧线圈电流和系统电容电流；
根据所述消弧线圈电流和所述系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量；
利用柔性电流源向小电流接地系统注入所述电流向量，降低小电流接地系统中性点的不平衡电压。
8.如权利要求7所述的调节方法，还包括：
实时采集所述小电流接地系统的所述母线电压互感器的母线三相电压，并根据所述母线三相电压，获取调节结果。
9.如权利要求7所述的调节方法，其中，所述检测所述消弧线圈电流和所述系统电容电流，包括：
从消弧线圈控制器获取所述消弧线圈电流和所述系统电容电流信息。
10.如权利要求7所述的调节方法，其中，所述根据所述消弧线圈电流和所述系统电容电流计算出需注入小电流接地系统中性点的电流向量，公式如下：
Figure FDA0002434229650000031
式中，
Figure FDA0002434229650000032
为柔性电流源应注入小电流接地系统中性点的电流向量，
Figure FDA0002434229650000033
为系统电容电流，
Figure FDA0002434229650000034
为消弧线圈电流。
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