CN112595896B - 一种对地电容参数检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对地电容参数检测方法,属于电网检测技术领域,其包括以下步骤:S1:利用多个广义积分器组成选频器,用于提取注入的频率信号;S2:利用选频器从含有多种谐波成分的零序电压的信号中提取特定的频率信号;S3:采用信号注入法测量对地电容的大小:利用频率发生电路在对地电容上注入不同频率信号,信号注入的步长为0.1Hz,持续时间为0.2s,通过振荡频率检测电路检测零序电压的最大值,得到谐振频率值;S4:根据LC并联谐振的原理,计算对地电容的大小。本发明能够有效激发消弧线圈与对地电容的并联谐振并实现谐振频率的有效检测,实现对地电容的精确检测。
Description
技术领域
本发明涉及电网检测技术领域,具体是一种对地电容参数检测方法。
背景技术
随着城市配电网容量的日益增大和非线性负荷及电缆线路的大量增加,在接地故障电流幅值日益增高的同时,它所包含的残余电流成分也随之大幅提高,而传统消弧线圈无法对接地故障电流中的有功分量与谐波分量进行补偿,导致接地残流难以控制在规定范围内。较大的残流将导致电弧无法及时熄灭,严重威胁电网的安全运行也对人身安全带来巨大的威胁,因此基于接地残流全补偿的有源消弧成为当前学者关注和研究的焦点。
电网电压存在固有的不平衡,会造成零序电压和零序电流,对接地电容检测带来困难;此外,非理想电网电压含有的谐波成分、电网接入大量非线性负荷等因素,又会造成零序电压和零序电流中含有谐波成分;此外,接地残流全补偿的有源消弧过程中,通过单相逆变器向中性点注入的零序电流中也不可避免的含有谐波分量,零序电流中的谐波成分会造成零序电压中含有谐波分量,因此如何从含有丰富谐波成分的零序电压的信号中提取特定的频率信号是关键。
公布号为CN 107870265 A的专利文献公开了一种基于高精度DFT的电网对地电容检测方法,涉及电网对地电容测量领域。该发明首先向电网中性点处注入特定频率的电流信号,并对信号进行前置滤波,滤掉部分背景噪声;然后DSP采集母线电压和电流并进行加窗处理和DFT分析,从频谱中获取特定频率的电压和电流的幅值与相位,基于集总参数模型对系统建模计算得到电容值;最后利用复最小二乘法对测量值进行工程校正。本发明极大程度的避免了因白噪音产生的系统误差,在算法层面极大提高了检测精度,解决了信号噪音影响对地电容测试精度的技术难题。但是,该发明不能去除由于配电网补偿残流,单相逆变器向中性点注入的零序电流中的谐波成分,而且也不能对向电网中性点处注入特定频率的电流信号进行检测和处理。
公告号为CN 103954876 B的专利公开了一种基于参数识别法的配电网单相接地故障检测方法,包括配电终端对采集的故障发生初始时刻的暂态过程中的零序电压信号和零序电流信号分别进行带通滤波处理;并根据滤波后的零序电压信号和零序电流信号,计算配电线路的对地电容参数;原理新颖、计算量小、适用面广、易于实现、建设成本低;通过零序电压启动,利用故障发生之初的暂态零序电压、暂态零序电流,经过带通滤波后,计算出线路5次谐波分量以及对地电容参数,根据5次谐波分量大小和电容参数的正负特性,识别被保护线路是否发生单相接地故障;该方法可以不受接地方式和线路网架结构的制约,可适用于架空线路、电缆线路或者混合线路,性能优越,灵敏度高,可检测的接地电阻达到1K欧姆,而且在实际工程应用中,定值设定工作量比较小。但是,该发明同样未能解决上述消谐问题。
发明内容
有鉴于此,本发明针对现有技术的不足,提供一种能够激发消弧线圈与对地电容并联谐振并实现谐振频率有效检测进而实现对地电容参数精确检测的方法。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种对地电容参数检测方法,包括以下步骤:
S1:利用多个广义积分器组成选频器,用于提取注入的频率信号;
S2:利用选频器从含有多种谐波成分的零序电压的信号中提取特定的频率信号;
S3:采用信号注入法测量对地电容的大小:利用频率发生电路在对地电容上注入不同频率信号,信号注入的步长为0.1Hz,持续时间为0.2s,通过振荡频率检测电路检测零序电压的最大值,得到谐振频率值;
S4:根据LC并联谐振的原理,计算对地电容的大小。
进一步的,S1中,多个广义积分器组成交叉解耦结构,第1至第n-1个广义积分器的输出反向后接入第n个广义积分器的输入,形成信号正反馈,用于增强滤波性能。
进一步的,基于电网基波以及电网中的5、7、11次明显谐波,广义积分器的数量设为五个。
进一步的,S4中,接地电容的计算公式:
进一步的,S4中,得到对地电容值后对零序电压进行移相处理。
处理电力系统单相接地故障时,需要对接地故障电流中的有功分量与谐波分量进行补偿,从而需要对对地电容进行准确检测,现有技术人员通常容易想到采集电网电压和电流信号并对信号进行转换,采用数据处理方式进行校正,如公告号CN 105738677 B专利文献公开的一种电力网对地电容电流检测方法,包括如下步骤:在三相电路上安装电流型三相四臂逆变桥;调整工作桥臂分别向A、B、C三相注入检测电流,依次测量中性点偏移电压;利用相电压、注入电流和中性点偏移电压相量计算分相对地电容;按分相对地电容计算分相对地电容电流。又如公告号为CN 103954876 B专利文献公开的一种基于参数识别法的配电网单相接地故障检测方法,包括配电终端对采集的故障发生初始时刻的暂态过程中的零序电压信号和零序电流信号分别进行带通滤波处理;并根据滤波后的零序电压信号和零序电流信号,计算配电线路的对地电容参数。由此可知,在本领域技术人员未能想到采用自动调匝式消弧线圈和单相电压源式逆变器对接地故障电流中的有功分量与谐波分量进行补偿的情况下,从而也不容易想到使用多个广义积分器组成交叉解耦结构的选频器,并且采用非常规的信号注入方式,获得高精确度的对地电容。
另外,即使本领域技术人员想到对中性点注入频率信号,如公告号CN 107870265B专利文献公开的一种基于高精度DFT的电网对地电容检测方法,该发明首先向电网中性点处注入特定频率的电流信号,并对信号进行前置滤波,滤掉部分背景噪声;然后DSP采集母线电压和电流并进行加窗处理和DFT分析,从频谱中获取特定频率的电压和电流的幅值与相位,基于集总参数模型对系统建模计算得到电容值;最后利用复最小二乘法对测量值进行工程校正。但是,该发明利用普通滤波方式处理电力谐波成分,而且采用集总参数模型计算得到电容值,而本申请针对为解决单相接地故障引入单相逆变器向中性点注入的零序电流中含有的谐波分量,提出了多广义积分器组成交叉解耦结构的选频器消谐系统,并根据LC并联谐振的原理计算对地电容的技术方案,对本领域技术人员来说是不容易想到和实现的。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明对地电容参数检测方法,首先,利用多个广义积分器组成选频器,用于提取注入的频率信号;利用选频器从含有多种谐波成分的零序电压的信号中提取特定的频率信号;采用信号注入法测量对地电容的大小:利用频率发生电路在对地电容上注入不同频率信号,信号注入的步长为0.1Hz,持续时间为0.2s,通过振荡频率检测电路检测零序电压的最大值,得到谐振频率值;最后根据LC并联谐振的原理,计算对地电容的大小。从而,本发明能够对配电网电压含有的谐波成分以及由于电网接入的大量非线性负荷造成零序电压和零序电流中含有的谐波成分进行有效过滤,能够对由于配电网补偿残流,单相逆变器向中性点注入的零序电流中的谐波成分进行有效滤除,从而,提高了对地电容的检测精确度。
另外,第1至第n-1个广义积分器的输出反向后接入第n个广义积分器的输入,形成信号正反馈,多个广义积分器组成交叉解耦结构,能够增强滤波性能,提高广义积分器SOGI对频率信号的提取效果,有效实现对接地残流的实时估计;考虑到电网基波以及电网中比较明显的5、7、11次谐波,本发明采用了5个广义积分器SOGI构成本发明的选频器,节省成本且能够实现提取注入的频率信号。
附图说明
图1是本发明实施例一中频率发生电路和振荡频率检测电路图;
图2是本发明实施例一中选频器的结构框图;
图3是本发明实施例一中对地电容移相电路图;
图4是本发明实施例二中注入频率波形图;
图5是本发明实施例二中零序电压波形图;
图6是本发明实施例二中对地电容实时检测数值图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容,但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员来说显而易见的是,本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例一
如图1~3所示,一种对地电容参数检测方法,包括以下步骤:
S1:利用多个广义积分器组成选频器,用于提取注入的频率信号;
S2:利用选频器从含有多种谐波成分的零序电压的信号中提取特定的频率信号;
S3:采用信号注入法测量对地电容的大小:利用频率发生电路在对地电容上注入不同频率信号,信号注入的步长为0.1Hz,持续时间为0.2s,通过振荡频率检测电路检测零序电压的最大值,得到谐振频率值;
S4:根据LC并联谐振的原理,计算对地电容的大小。
S1中,多个广义积分器组成交叉解耦结构,第1至第n-1个广义积分器的输出反向后接入第n个广义积分器的输入,形成信号正反馈,用于增强滤波性能。
基于电网基波以及电网中的5、7、11次明显谐波,广义积分器的数量设为五个。
S4中,接地电容的计算公式:
S4中,得到对地电容值后对零序电压进行移相处理。
实施例二
本发明实施例的对地电容参数检测方法,对实施例一进一步改进:在使用自动调匝式消弧线圈和单相电压源式逆变器对接地故障电流中的有功分量与谐波分量进行补偿时,需要对线路对地电容电流进行估计,而线路对地电容值C0不可测量,需要通过处理计算;其次,由于电容电流超前零序电压90°,获知电容值后在实际计算时需要对零序电压进行移相处理。
上述处理计算方法为:采用信号注入法测量接地电容的大小,每次注入不同频率信号,信号注入的步长为0.1Hz,持续时间为0.2s,通过检测零序电压的最大值,得到谐振频率值,根据LC并联谐振的原理,可估算接地电容的大小。
利用广义积分器(SOGI)可实现某特定频率信号的提取,但单一SOGI在处理含多频率信号源的某特定频率信号提取时效果不佳。因此,本设计基于SOGI的选频特性,考虑采用多个SOGI组成交叉解耦结构,第1至第n-1个SOGI的输出反向后接入第n个SOGI的输入,形成信号正反馈,可增强滤波性能,提高SOGI对频率信号的提取效果,实现对某特定频率信号的提取。
考虑到电网基波以及电网中比较明显的5、7、11次谐波,采用了5个SOGI构成本应用中的选频器,用来提取注入的频率信号。
以10kV配电网带三回路出线系统为例,进行系统设计。
接地电容计算
考虑单相接地后,接地电流为60A,则可得电容计算值为
仿真分析
利用Matlab/Simulink软件建立10kV配电网线路带残流全补偿装置的系统仿真模型,系统参数如表1所示:
表1系统参数表
Tab.1 Parameters of system
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
U<sub>e</sub>/kV | 10 | K | 10e3/450 |
L<sub>a</sub>/mH | 1 | C<sub>dc</sub>/μF | 4000 |
d | 10% | γ | -0.05 |
d<sub>g0</sub> | 5% | d<sub>gL</sub> | 5% |
C<sub>0</sub>/μF | 3.68 | L<sub>1</sub>/mH | 291.6 |
R<sub>0</sub>/Ω | 17320 | R<sub>L</sub>/Ω | 1922 |
系统仿真设置如下:初始设定注入信号的频率为49Hz,每隔0.2s,注入信号频率增加0.1Hz,仿真波形如图4~6所示。
如图6所示,零序电压最大值对应的谐振频率为51.3Hz,对应的电容值为3.666uF,误差为0.37%,验证了提出对地电容检测方法的有效性。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换,只要不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
2.如权利要求1所述的对地电容参数检测方法,其特征在于:S1中,多个广义积分器组成交叉解耦结构,第1至第n-1个广义积分器的输出反向后接入第n个广义积分器的输入,形成信号正反馈,用于增强滤波性能。
3.如权利要求2所述的对地电容参数检测方法,其特征在于:基于电网基波以及电网中的5、7、11次明显谐波,广义积分器的数量设为五个。
4.如 权利要求3所 述的对地电容参数检测方法,其特征在于:S4中,得到对地电容值后对零序电压进行移相处理。
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