CN112542823A - 一种重合闸控制方法、系统及一种重合闸控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种重合闸控制方法、系统及一种重合闸控制设备，所述的控制方法包括在短路发生之后的故障相试合时，通过过零算法控制分相开关在线电压过零前2ms合闸；当重合于永久故障时，控制快速开关在合闸后6ms切断故障相；当重合于瞬时故障时，恢复系统的供电；基于本发明提供的技术方案，在系统发生短路故障时，装置快速可靠的分合闸，实现快速的短路故障切除；在进行重合闸时，根据不同的故障种类，利用过零预测技术对故障线电压进行过零的预测，精确控制合闸角度，从而有效的降低装置重合于永久故障的冲击电流，进而有效的防止了短路故障因重合闸而引起故障进一步扩大的风险。

Description

一种重合闸控制方法、系统及一种重合闸控制设备
技术领域
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种重合闸控制方法、系统及一种重合闸控制设备。
背景技术
中压配电网的输电线路主要分为架空线路和电缆线路，根据国家电网现行规程要求，对于架空线路为主的配电网络，要求投入重合闸功能，而对于纯电缆线路则要求不允许投入重合闸，主要是为了防止重合于永久故障增加了故障事故扩大的风险。
瞬时性短路故障在架空线路为主的中压配电网络中约占有70-80％，在纯电缆线路的占比约30％，虽然现有的重合闸技术能够减少由于瞬时短路造成的停电事故，但问题未得到全面的解决。在架空线路中，虽然投入了重合闸功能，但重合于永久故障而造成事故扩大的风险得不到有效地解决；在架空和电缆混合线路中，由于重合闸而造成的系统冲击的可能性进一步增加；在纯电缆线路中，由于不能投入重合闸，系统的瞬时短路故障会增加系统的停电概率。
现阶段的配电网智能重合闸设备尚处于研究阶段，由于配电网的线路长度短，线路参数较小，对于瞬时性短路还是永久性短路故障的识别难度较大，还无法做到完全准确的判断。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种重合闸控制方法，系统及一种重合闸控制设备和一种计算机可读存储介质，有效的防止短路故障因重合闸而引起故障进一步扩大的风险。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种重合闸控制方法，所述的方法包括：
在短路发生之后的故障相试合时，通过过零算法控制分相开关在线电压过零前2ms合闸；
当重合于永久故障时，控制快速开关在合闸后6ms切断故障相；
当重合于瞬时故障时，恢复系统的供电。
优选地，所述的过零算法包括：提取线路中电压或电流表达式中的幅值、初相；
采用最小二乘法来预测电压或电流的过零时刻，具体的，采样值为Y，维数为n，幅值、初相的矩阵X，转化矩阵为A；
Y＝AX，X＝A-1Y，其中，
Figure BDA0002762763100000021
式中，Z1、Z2为转化因子。
本发明第二方面提供了一种重合闸控制系统，包括：
断路器，用于分断故障电路，重合故障电路，正常工作状态下完成负荷的投切及控制，所述的断路器由三个独立的分相控制机构、触发回路、电容充放电回路、反馈回路所组成；
电流互感器，用于测量系统的电流，供保护装置及测量装置选用；
过电压保护器，用于保护负载及线路免受过电压侵袭；
带电传感器及显示装置，用于显示线路是否带电；
控制器，用于实时监测系统的三相电压、三相电流，并在短路时控制断路器过零分开故障相，控制重合闸角度以及永久/临时故障的判断；
其中，在系统发生短路故障时，控制器判断并记录短路类型，控制断路器过零电流分闸，并在300ms后控制所述断路器合两个故障相，合闸角度控制在该线电压过零前2ms；
当系统发生临时故障时，重合闸之后，系统只有负荷电流，短路故障恢复，系统恢复正常；当系统发生永久故障时，重合闸之后，断路器采用短路快速算法在2ms之内判定系统为短路故障，并控制断路器立即分闸。
本发明第三方面提供了一种重合闸控制设备，包括：
存储器，用于存储重合闸控制程序；
处理器，用于执行所述重合闸控制程序时实现上述的重合闸控制方法。
本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质上存储有重合闸控制程序，所述的重合闸控制程序被处理器执行时实现上述的重合闸控制方法。
与现有技术相比，基于本发明提供的技术方案，在系统发生短路故障时，装置快速可靠的分合闸，实现快速的短路故障切除；在进行重合闸时，根据不同的故障种类，利用过零预测技术对故障线电压进行过零的预测，精确控制合闸角度，从而有效的降低装置重合于永久故障的冲击电流，进而有效的防止了短路故障因重合闸而引起故障进一步扩大的风险。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
附图说明
图1示出为根据本发明具体实施方式提供的一种重合闸控制设备的示意图；
图2示出为根据本发明具体实施方式提供的一种分相开关的控制机构的示意图；
图3示出为本发明提供的一种过零预测算法的仿真图；
图4示出为本发明中重合闸控制设备重合于永久故障的二次冲击电流的波形图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本发明。
本发明提供了一种重合闸控制方法，所述的方法包括在短路发生之后的故障相试合时，通过过零算法控制分相开关在线电压过零前2ms合闸；当重合于永久故障时，控制快速开关在合闸后6ms切断故障相；当重合于瞬时故障时，恢复系统的供电。
所述的过零算法包括：提取线路中电压或电流表达式中的幅值、初相；
采用最小二乘法来预测电压或电流的过零时刻，具体的，采样值为Y，维数为n，幅值、初相的矩阵X，转化矩阵为A；
Y＝AX，X＝A-1Y，其中，
Figure BDA0002762763100000041
式中，Z1、Z2为转化因子。
为了保证算法的收敛性，转化矩阵A的转化因子必须要满足对称性。
本发明中所述的最小二乘法，利用配电网短路边界条件，算法概要如下：
以装置运算必需的最短运算时间t0与最大方式下最大短路电流ik(t)曲线交点处的纵坐标iLi作为电流瞬时值整定值，再以iLi与izd曲线交点处(即横坐标为tdz)的曲线斜率作为电流变化率整定值，并与电流瞬时值一起构成快速判据。
Figure BDA0002762763100000042
通过采用最小二乘法模拟与预测正弦波走向的算法，实现了配电网电压、电流过零的预测，保证了短路故障的过零开断，避免短路电流的截流过电压对系统产生高压冲击；在短路发生之后的故障相试合时，通过过零算法控制分相开关在线电压过零前2ms合闸，当重合于永久故障时，控制快速开关在合闸后约6ms切断故障相，减小二次短路电流对于系统的冲击；当重合于瞬时故障时，能快速的恢复系统的供电。
结合图3所示为本发明提供的一种过零预测算法的仿真图；该图中示出的是10倍过流衰减的情况下2个周期内的该算法的MATLAB仿真结果，为验证算法的鲁棒性，采样波形中叠加了2％的白噪声，其误差基本可以忽略。从图2中可以看出，在电压信号随时间的变化曲线中，位于下方的曲线是真实波形，位于上方的曲线是快速算法跟踪识别的波形，在故障发生的5ms内，两个波形基本重合，即实现了过零预测。
如图2所示为本发明提供的一种分相开关的控制机构的示意图。该开关技术是基于快速涡流驱动技术，通过三相分控的涡流驱动机构，实现相控式的快速开关，相较于其他类型的真空断路器，分合闸速度更快，稳定性更高，可以做到10ms以内合闸，3ms以内分闸，合闸弹跳2ms以内，分闸分散度小于0.1ms，合闸分散度小于0.2ms。
具体如图2所示，分闸线圈、合闸线圈、涡流盘、连杆和真空灭弧室共同构成了控制机构的机械部分；充电电源、分闸储能电容、合闸储能电容、放电控制开关(可控硅)构成了控制部分。在正常工作时，通过充电电源完成对储能电容的充电。需要分闸时控制分闸放电回路的可控硅导通，储能电容向分闸线圈放电，产生强度很高的脉冲电流，并产生脉冲磁场。脉冲磁场的磁力线穿过涡流盘，在涡流盘中感应出涡流，并产生涡流磁场。脉冲磁场对涡流磁场的排斥力推动涡流盘向下运动，同时带动动触头完成分闸动作。合闸过程恰好相反，合闸线圈的脉冲磁场推动涡流盘向上运动，同时带动动触头完成合闸。
结合图1所示，本发明还提供了一种重合闸控制系统，包括断路器1、电流互感器2、过电压保护器3、带电传感器及显示装置4和控制器，其中，
所述的断路器1是三相分体式快速重合闸专用断路器DL，其是本发明中重合闸控制系统的主要部件，主要用于分断故障电路，重合故障电路，正常工作状态下完成负荷的投切及控制，所述的断路器由三个独立的分相控制机构、触发回路、电容充放电回路、反馈回路所组成；
所述的电流互感器2用于测量系统的电流，供保护装置及测量装置选用；
所述的过电压保护器3用于保护负载及线路免受过电压侵袭；所述的带电传感器及显示装置4用于显示线路是否带电；所述的控制器用于实时监测系统的三相电压、三相电流，并在短路时控制断路器过零分开故障相，控制重合闸角度以及永久/临时故障的判断；
其中，在系统发生短路故障时，控制器判断并记录短路类型，控制断路器过零电流分闸，并在300ms后控制所述断路器合两个故障相，合闸角度控制在该线电压过零前2ms(即144°)；
当系统发生临时故障时，重合闸之后，系统只有负荷电流，短路故障恢复，系统恢复正常；当系统发生永久故障时，重合闸之后，断路器采用短路快速算法在2ms之内判定系统为短路故障，并控制断路器立即分闸。
基于本发明提供的技术方案，由于合、分闸角度和分相开关的快速分合的控制，断路器重合于永久故障的电流远小于短路电流，大大缓解了普通重合闸的二次短路电流冲击。具体如图4所示的一种重合闸控制设备重合于永久故障的二次冲击电流的波形图。
本发明提供的重合闸控制方法及系统，主要应用于中压配电网络瞬时短路的故障自恢复技术，依托快速相控开关技术，实现快速的故障判断和故障恢复，解决了普通重合闸技术可能带来的故障扩大的风险。
本发明还提供了一种重合闸控制设备，包括存储器和处理器，所述的存储器用于存储重合闸控制程序；所述的处理器用于执行所述重合闸控制程序时实现上述重合闸的控制方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有重合闸控制程序，所述的重合闸控制程序被处理器执行时实现上述重合闸的控制方法。
需要指出的是，本发明中，所述的计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种重合闸控制方法，其特征在于，包括：在短路发生之后的故障相试合时，通过过零算法控制分相开关在线电压过零前2ms合闸；
当重合于永久故障时，控制快速开关在合闸后6ms切断故障相；
当重合于瞬时故障时，恢复系统的供电。
2.根据权利要求1所述的重合闸控制方法，其特征在于，所述的过零算法包括：提取线路中电压或电流表达式中的幅值、初相；
采用最小二乘法来预测电压或电流的过零时刻，具体的，采样值为Y，维数为n，幅值、初相的矩阵X，转化矩阵为A；
Y＝AX，X＝A-1Y，其中，
Figure FDA0002762763090000011
式中，Z1、Z2为转化因子。
3.一种重合闸控制系统，其特征在于，包括：
断路器，用于分断故障电路，重合故障电路，正常工作状态下完成负荷的投切及控制，所述的断路器由三个独立的分相控制机构、触发回路、电容充放电回路、反馈回路所组成；
电流互感器，用于测量系统的电流，供保护装置及测量装置选用；
过电压保护器，用于保护负载及线路免受过电压侵袭；
带电传感器及显示装置，用于显示线路是否带电；
控制器，用于实时监测系统的三相电压、三相电流，并在短路时控制断路器过零分开故障相，控制重合闸角度以及永久/临时故障的判断；
其中，在系统发生短路故障时，控制器判断并记录短路类型，控制断路器过零电流分闸，并在300ms后控制所述断路器合两个故障相，合闸角度控制在该线电压过零前2ms；
当系统发生临时故障时，重合闸之后，系统只有负荷电流，短路故障恢复，系统恢复正常；当系统发生永久故障时，重合闸之后，断路器采用短路快速算法在2ms之内判定系统为短路故障，并控制断路器立即分闸。
4.一种重合闸控制设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储重合闸控制程序；
处理器，用于执行所述重合闸控制程序时实现如权利要求1或2所述的重合闸控制方法。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述的计算机可读存储介质上存储有重合闸控制程序，所述的重合闸控制程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的重合闸控制方法。
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