CN114600329B - 用于耦合负载的受控开关的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制电力系统中的开关装置的操作的方法和装置，该电力系统包括以三相配置与负载连接的电源。在负载的至少两个相之间存在耦合。在源侧处获得三个相的电压测量值。基于开关标准、开关顺序和测量电压来对开关装置的每个极的间隙电压的关合角进行估计。此处，根据在对应的相中测量的电压的相位角、在两个相中测量的电压之间的相位差以及间隙电压参数中的一者或更多者来对每个极的关合角进行估计。基于估计的关合角生成用于开关装置的信号，使得开关装置根据开关标准和开关顺序进行操作且同时使开关瞬变的可能性最小化。
Description
技术领域
本发明涉及电气电力系统中的受控开关应用。更具体地，本发明涉及控制用于此类电力系统中的受控开关应用的开关装置的操作。
背景技术
受控开关(Controlled switching)技术在电气电力系统中是众所周知的，以用于限制电压或电流浪涌，从而保护设备比如电力变压器、电容器组等。开关装置比如断路器、隔离开关等被用来执行受控开关功能。
通常，电压和电流测量用于优化开关装置的操作，比如但不限于受控关合和开断。受控关合操作是受控开关装置最重要的要求之一。关合操作需要基于电压和电流测量进行优化。这还需要使用各种装置特性，比如装置的介电强度下降率(RDDS)、机械关合时间、电气散射、机械散射等。这些特性、特别是电气散射和机械散射尤其对接通电压有影响。这些特性的影响、比如电气散射和机械散射的影响的完整细节可以在CIGRE WG 13.07(1998)中找到。
由于装置特性比如电气散射和机械散射，接通电压会在两个电压电平之间变化。因此，在可以完成关合的角方面存在限制。电流接通角的限制通常基于遇到的间隙电压、RDDS、断路器的电气散射和机械散射来确定。试图超出这些角使电路通电可能会导致预期前或预期后的通电，并且可能导致产生不期望的瞬变。
用于受控开关的现有技术试图通过利用对不同端子处的电压和电流的测量来限制开关瞬变。具体地，通过在源侧和负载侧处测量的电压来确定间隙电压。当利用源侧和负载侧的测量时，可能会由于测量误差而对这些确定产生影响。
由于仪器限制(例如，硬件)、场效应(例如，磁场)等，在系统中很容易发生测量和同步误差。另外，在不同的电力系统中，电压测量可能不能在源侧和负载侧两者处都进行，特别是不能在负载侧处进行。例如，在某些源负载配置中，由于电气设备的限制而无法测量负载电压。考虑星形-三角形变压器作为负载或三相电抗器作为负载的情况。在这种情况下，需要在变压器或电抗器侧提供额外的传感器(例如，VT)，以便在负载侧处进行测量。这可能需要三个或六个额外的传感器。通常，这些额外的传感器不可用，并且由于成本/空间限制，在负载侧处提供额外的传感器可能不可行。
此外，在于两个或更多个相之间存在耦合的负载中，例如由于两个或更多个绕组、电抗器等之间的连接，即使可以进行测量，也需要考虑这种耦合的影响。以在负载侧处连接三相电抗器为例。此处，由于电抗器之间的耦合，对不同相的间隙电压有影响。当测量仅在源侧可进行时，这种耦合影响增加了确定最优操作要求的复杂性。
为了实现对在负载侧处的两个或更多个相之间存在耦合并且电压测量仅在源侧处可进行的电力系统配置的优化受控开关，需要可以用于受控开关且同时将关合期间开关瞬变的可能性降至最低的改进的方法和装置。
发明内容
本发明的一方面涉及一种用于控制电力系统中的开关装置的操作的方法。该电力系统包括以三相配置与负载连接的电源。在负载侧处，在负载(耦合负载)的至少两相之间存在耦合。在实施方式中，负载是具有中性接地电抗器的三相电抗器，其中，基于三相电抗器中的两个或更多个电抗器之间的连接而在负载的两个或更多个相之间存在耦合。
该方法包括获得源侧(或源端)处三相中的每个相的电压测量值。源端是指在开关装置的充电或电源侧(或端)处的测量。
该方法还包括根据开关标准、开关顺序和在源侧处在每个相中测量的电压来估计开关装置的每个极的间隙电压的关合角。开关标准和开关顺序可以基于负载的配置。
开关标准限定了(在一个或更多个相中)电源与负载之间的极或连接将关合的间隙电压的相位角。此处，间隙电压是指跨开关装置的触头(极)的端子的电压。
开关顺序限定了用于关合三个相中电源与负载之间的连接(极)的顺序。在开关顺序中，先关合前相中的连接，随后关合第一后相中的连接，并且进一步随后关合第二后相中的连接。
前相中的极的间隙电压的关合角基于在源侧处在前相中测量的电压的相位角来估计。在实施方式中，前相中的极的间隙电压的关合角根据前相中的源侧电压的关合角来估计。
第一后相中的极的关合角基于下述各者进行估计：在源侧处在第一后相中测量的电压的相位角、在源处在前相和第一后相中测量的电压之间的相位差、以及第一后相中的间隙电压的量值(magnitude)或与第一后相中的间隙电压相关联的倍增因子中的至少一者。间隙电压的量值或倍增因子可以基于负载的配置。
在实施方式中，第一后相中的极的间隙电压的关合角基于第一后相中的源侧电压的关合角、以及第一后相中的极的间隙电压与相对地电压之间的相位差来估计。该相位差可以基于下述各者进行估计：
·针对第一后相极的开关装置的源侧相对地电压的相移；
·针对前相极的开关装置的源侧相对地电压的相移；
·针对第一后相中的极的跨开关装置的触头(端子)的间隙电压的均方根(RMS)(或其他适合的量值)值；
·在源侧处在第一后相中的电压的均方根(RMS)(或其他适合的量值)值。
第二后相中的极的关合角基于在源侧处在第二后相中测量的电压的相位角来确定。在实施方式中，第二后相中的极的间隙电压的关合角根据第二后相中的源侧电压的关合角来估计。
在实施方式中，对关合角进行估计的步骤包括将源侧处的电压的关合角转换为间隙电压的关合角。此处，间隙电压是相对相电压，并且源侧处的电压是相对地电压。此外，该步骤包括对间隙电压的关合角进行优化并且将间隙电压的关合角映射回至源侧处的关合角。
该方法还包括基于针对开关装置的每个极估计的关合角生成用于开关装置的操作的信号。信号可以基于极的估计关合角生成为使得开关装置的每个极根据开关标准和开关顺序进行操作以使开关瞬变最小化。该信号可以根据间隙电压的关合角至源侧处的电压的关合角的映射来生成。
该方法可以用电力系统的装置来实施，该装置具有在源侧处三个相中的测量值。在该装置处还可以获得开关标准和开关顺序的信息。源侧测量值可以通过在源侧处提供的一个或更多个测量设备来获得。根据实施方式，该装置是与断路器(开关装置)可操作地耦合的继电器。此外，测量设备可以是电压互感器，并且继电器接收来自电压互感器的电压测量值。
根据一方面，该装置包括测量单元、估计器和控制单元，它们执行该方法的一个或更多个步骤或所述一个或更多个步骤的一部分。该装置可以用于控制开关装置的操作，其中，负载为耦合负载。
附图说明
本发明的主题将在下文中参照附图中所示的示例性实施方式进行更详细的解释，在附图中：
图1是根据本发明的各种实施方式的电力系统的单线图；
图2是根据本发明的实施方式的电力系统的三相源负载配置；
图3示出了根据本发明的实施方式的用于电力系统中的受控开关的测量设备和装置；
图4是根据本发明的实施方式的用于控制开关装置的操作的方法的流程图；
图5是根据本发明的各种实施方式的电力系统的三相源负载配置；
图6是根据本发明的实施方式的用于控制开关装置的操作的方法的步骤的流程图；
图7示出了根据本发明的各种实施方式的间隙电压与源电压之间的关系；
图8和图9示出了根据本发明的不同实施方式的针对RDDS>1pu/rad并且RDDS<1pu/rad的归一化(normalized)；
图10是根据本发明实施方式的用于控制开关装置的操作的装置的框图；
图11示出了根据本发明的实施方式的具有直接接地(solid grounded)负载的电力系统；
图12示出了根据本发明的实施方式的图11的电力系统的各种电压的曲线图；
图13示出了根据本发明的实施方式的具有带中性电抗器的星形接地负载的电力系统的各种电压的曲线图；
图14示出了根据本发明的实施方式的具有不接地或三角形负载的电力系统；
图15示出了根据本发明的实施方式的图14的电力系统的各种电压的曲线图；以及
图16示出了根据本发明的实施方式的具有星形接地耦合电抗器的电力系统的各种电压的曲线图。
具体实施方式
本发明涉及电力系统，比如电力传输或分配系统，其中，存在参与电力系统应用比如受控开关的开关装置。众所周知，受控开关用于通过执行对负载(比如电容器、电抗器、电力变压器或其他电力系统设备)的计划开关来消除或最大程度地降低有害的电气瞬变。在此类应用中，开关装置比如断路器通常用于将电源与负载连接(或用于对负载充电或使负载通电)。控制器、继电器或智能电子装置(IED)可以用于控制断路器的操作和负载的开关。
断路开关(或断路器)的操作通过优化断路器处的开断和关合操作来控制。作为示例，控制断路器的极的开断和关合时间。由于不同类型的负载和负载配置，存在不同的电力系统配置。另外，测量设备可能仅在特定位置处可用。这可能会对关合和开断时间的估计产生显著影响。在某些电力系统中，电压测量仅在源侧处可进行。另外，根据负载及其连接/配置，在负载侧处的不同相之间存在耦合，这会影响受控开关。
本发明为下述这样的电力系统配置提供优化的受控开关：其中电压测量仅在源侧处可用，并且其中在负载侧处的两个或更多个相之间存在耦合。本发明将以图1中所示的电力系统(100)为例进行说明。
图1中所示的电力系统包括用于向负载(104)提供电力的电源(102)。电源可以是三相交流电源，并且负载是耦合负载。例如，电源可以是交流电网，而负载可以包括电容器组、并联电抗器、电力变压器、三肢电抗器。负载可以磁耦合和/或电耦合。例如，负载可以是电感性的、电容性的、电阻性的或它们的组合，并且具有不同的设计和/或连接配置。
电源通过开关装置(106)连接至负载。开关装置可以是断路器、隔离开关或它们的组合，如隔离断路器或基于电力电子技术的其他类似开关装置。开关装置具有一个或更多个极，这些极中的每个级都被操作(即，连接或断开连接)用于使连接负载的对应相通电或断电。
根据不同的实施方式，负载是耦合负载。换言之，由于负载及其连接配置，在负载侧处的两个或更多个相之间存在耦合。考虑图2的实施方式。如所示的，具有中性接地电抗器的三相电抗器为负载(204)。在这种情况下，存在三个电抗器(Lp)，每个相一个电抗器，并且中性接地电抗器(Ln)将中性点接地。作为这种配置的结果，每当在任何一个相中提供电压时，都会在另一相中感应出于一定比例的电压。例如，当电源(202)连接至图2的前相(lead phase)中的负载时，由于负载侧处的电抗器之间的连接，在负载侧处的第一后相(following phase)中感应出电压。
在其中于负载侧处的两个或更多个相之间存在耦合的负载的其他示例包括但不限于直接接地负载、具有中性电阻器或电抗器的星形接地负载、不接地/三角形负载、以及星形接地耦合电抗器。这种根据负载及其连接/配置的耦合对间隙电压有影响并且需要被考虑到，以准确地估计每个相中的每个极的关合时间。由于负载侧处的耦合，在前相中的极关合之后，后相中的开关装置的端子之间的间隙电压会发生变化。这会影响关合时间估计。
为了估计关合时间，需要在源侧处测量电压(电压测量)。利用为在不同线路位置执行测量而提供的测量设备进行测量。例如，测量设备可以包括电压互感器、基于传感器的测量设备(例如罗氏线圈、非常规仪表变压器等)和/或类似物，其提供从线路感测的与电压相对应的信号。例如，电压互感器提供单相/多相电压信号。
考虑图3中所示的实施方式，在该实施方式中，在源侧处设置有电压互感器(302)。电压互感器测量源侧处每个相中的电压。应当指出的是，可以为每个线路/相提供测量设备来执行与对应的线路/相有关联的测量。因此，针对在源侧处提供电力的三个线路将有三个电压互感器。替代性地，可以针对这样的测量提供三个线。
通过测量设备获得的测量值被提供给装置(304)。例如，继电器或智能电子装置(IED)从测量设备接收信号并从信号获得测量值。替代性地，测量设备通过总线(例如，处理总线)发布测量值，并且IED(例如，订阅成从这样的总线接收数据)接收测量值。要指出的是，电压信号可以在一个或更多个步骤中进行处理，包括根据需要进行预滤波。这种处理可以通过使用线路和/或滤波电路来完成并且输出提供给装置(304)。替代性地，可以在该装置内部处理信号以获得所需电气参数(比如不同相的电压)的所需测量值。
可以使用具有源侧电压测量值的装置比如304最佳地控制开关装置比如106的操作。现在转至图4，图4是根据本发明的各种实施方式的用于控制电力系统(例如100)中的开关装置(例如106)的操作的方法的流程图。
在402处，该方法包括获得源侧处三相中的每个相的电压测量值。考虑图5中所示的一般三相源-负载配置。此处，Vsa、Vsb和Vsc表示开关装置的源侧(端)上的各相的相对地电压。在该示例中，开关装置是断路器。此外，Vla、Vlb和Vlc表示断路器的负载侧(端)上的各相的相对地电压。
根据这样的电力系统，电压Vsa、Vsb和Vsc是用测量设备(例如302)测量的。测量值可被装置(例如304)获得用于对关合角进行估计。负载侧电压Vla、Vlb和Vlc不可获得，并且需要在估计关合角时确定。
在404处，该方法包括根据开关标准、开关顺序和在源侧的每个相中测量的电压来估计开关装置的每个极的关合角。开关标准和开关顺序可以基于负载的配置。
考虑开关装置的特性、例如但不限于电气散射和机械散射来确定开关标准。开关标准限定了电源与负载之间的连接(极)将关合的间隙电压的相位角。此处，间隙电压是指跨开关装置的端子的电压。通常对关合角进行估计，使得关合发生在间隙电压的峰值、过零等处。例如，当负载本质上是电感性的(例如，电感器、变压器等)时，关合角应该为使得在每个相中关合发生在间隙电压的峰值处。再举另一示例，当负载本质上是电容性的(例如，电容器)时，关合角应该为使得在每个相中关合发生在间隙电压的过零处。
开关顺序限定了用于关合三个相中电源与负载之间的连接的顺序。在开关顺序中，先关合前相中的连接，然后关合第一后相中的连接，再然后关合第二后相中的连接。作为示例，可以先关合A相中的极，然后可以关合C相中的极，并且最后可以关合B相中的极。再举另一示例，可以先关合B相中的连接，然后分别关合A相和C相中的连接。这种顺序取决于电源与负载之间的连接以及负载类型，并且是预先限定的。
为了确定关合角(或通电角)，需要将源电压参数(例如，角度)转换为间隙电压参数。以图5的电力系统为例，说明对转换和可能优化的需要。在图5的配置中，跨断路器触头(开关装置触头)的间隙电压可以根据分别针对A相、B相和C相的等式(1)、(2)和(3)进行估计。
VCBa＝Vsa-Vla (1)
VCBb＝Vsb-Vlb (2)
VCBc＝Vsc-Vlc (3)
现在，以每个相为基础重新限定整个网络，间隙电压与源电压之间的关系可以从图7看出，在图7中：
·δ＝间隙电压与相对地电压之间的相位差；
·β＝关于相对地电压的预期通电(关合)角；并且
·∝＝映射到断路器的间隙电压上的预期通电(关合)角。
从图7可以推断：
∝＝β-δ (4)
通常，关于相对地电压(β)的通电角是可获得的。但是，实际上，在系统中，断路器会根据间隙电压进行开关。因此，将相对地通电角(β)转换为间隙电压通电角(α)是实现优化开关的必要步骤。此外，所有的散射优化都需要根据间隙电压通电角(α)进行。
因此，如图6中所示，对关合角进行估计可以涉及在602处将相对地通电角转换为间隙电压通电角。在实施方式中，为了转换通电角，对将相对地通电角(β)映射到间隙电压通电角(α)的转换函数进行估计。
将相对地通电角(β)映射到间隙电压通电角(α)的转换函数需要有关断路器开关顺序和间隙电压的量值的信息。如等式(4)中给出的，转换函数取决于间隙电压与相对地电压(δ)之间的相位差。
基于开关顺序，断路器的三个极可以被称为：
·前相极(用下标lp标记)
·第一后相极(用下标ffp标记)
·第二后相极(用下标sfp标记)
上述标记的上标可以用适当的参数标记填充。例如，Vs_ffp表示第一后相极的源电压。
前相极：
在前相极的情况下，∝lp＝βlp，这意味着相对地电压与间隙电压之间的相位差(δlp)为零。这是因为在断电负载中，前相断路器极的间隙电压(VCB_lp)等于断路器极的源电压(Vs_lp)。
第一后相极：
在第一后相极的情况下，在前相通电后，由于与前相的电耦合，在断路器极的负载端处存在感应电压。由于负载侧处的连接，断路器极的负载端处的感应电压的相移与通电前相的相移相同。由于相的电耦合或磁耦合，感应电压将是通电前相电压的按比例的版本，而没有任何相位差。第一后相极的间隙电压等式可以由下述等式(5)重新定义：
VCB_ffp＝Vs_ffp-Vl_ffp (5)
在等式5中，
·VCB_fyp＝针对第一后相断路器极的跨断路器触头的间隙电压；
·Vs_ffp＝针对第一后相极的断路器的源端相对地电压；以及
·Vl_ffp＝针对第一后相极的断路器的负载端相对地电压。
上面的粗体字母分量代表向量量(即量值和角度)。
考虑到断路器极的负载端处的感应电压的相位与通电前相的相位相同以及图7，等式(5)可以以极坐标形式重新定义，即由下述等式(6)给出。
VCB_ffp∠(θffp-δffp)＝Vs_ffp∠θffp-Vl_ffp∠θlp (6)
在等式6中，
·θffp＝针对第一后相极的断路器的源端相对地电压的相移；
·θlp＝针对前相极的断路器的源端相对地电压的相移；
·δffp＝针对第一后相极的间隙电压与相对地电压之间的相位差；
·VCB_ffp＝针对第一后相极断路器的跨断路器触头的间隙电压的RMS；
·Vs_ffp＝针对第一后相极的断路器的源端相对地电压的RMS；以及
·Vl_ffp＝针对第一后相极断路器的断路器的负载端相对地电压的RMS。
在已知每个断路器极的开关顺序和间隙电压的情况下，等式中的已知参数为：
·θffp
·θlp
·VCB_yfp
·Vs_ffp
比较和求解等式(6)的实部，我们得到下述等式(7)。
从等式(7)，可以如等式(8)中所示那样求解Vl_ffp。
利用Vl_ffp的计算值，可以如等式(9)所示那样求解等式(6)以获得δffp。
因此，可以通过下述等式(10)从相对地通电角(βffp)获得间隙电压通电角(∝ffp)。
αffp＝βffp-δffp (10)
第二后相极：
在第二后相极的情况下，由于前相和第一后相的通电，断路器第二后相极的负载端处的感应电压为零或者与断路器的源端同相。这是因为在每个平衡系统的情况下，所有三相电压或所有三个磁通的总和将等于零。由此，确保如果断路器极中的两个断路器极已经通电，则断路器第二后相极的负载端处的感应电压是预先确定的。因此，从数学上讲，如果断路器的负载端处的电压为零或与源端同相，则间隙电压也与源电压同相。考虑到这一点，可以推断，
∝sfp＝βsfp (11)，或δsfp＝0 (12)。
因此，前相中极的关合角(∝lp)是基于在源侧处的前相中测量的电压的相位角、即βlp确定的。
类似地，第一后相中的极的关合角(αffp)基于下述各者来确定：在源侧处在第一后相中测量的电压的相位角(βffp)、在源侧处在前相和第一后相中测量的电压之间的相位差、以及第一后相中的间隙电压的量值或与第一后相中的间隙电压相关联的倍增因子中的至少一者(参见δffp-等式9)。
第二后相中的极的关合角(∝sfp)基于在源侧处在第二后相中测量的电压的相位角、即βsfp确定。
如可以指出的，间隙电压的量值或倍增因子可以基于负载的配置。
在等式中已使用间隙电压指数来确定结果。如在上面的等式中看出的，项比如VCB_ffp是第一后相中的间隙电压量值。这被估计为：
(间隙电压指数*测量的源电压量值)。
在上文中，测量的源电压量值是基值。
对于不同的负载，间隙电压指数是不同的。例如，如果负载星形接地，则间隙电压指数为1。再例如，如果负载为星形不接地或三角形，则间隙电压指数为1.732。
类似的方法可以用于中性电抗器接地的电抗器负载。中性接地电抗器与负载电抗器的阻抗比率取为0.3，间隙电压指数为1.13。
要指出的是，可以直接使用间隙电压的量值来代替间隙电压指数，并且可以对上述等式进行适当的改变以获得结果。
通过转换(602)获得的间隙电压通电角(关合角)需要被优化并映射回至相对地。因此，如图6中所示，对关合角进行估计可以包括：在604处，优化间隙电压通电角并将通电角映射至相对地源电压角。关合时的优化开关角取决于RDDS和散射值(电气和机械)两者。如CIGRE WG 1 3.07(1998)中给出的，根据RDDS是小于1pu/rad还是大于1pu/rad，有两种优化开关角的方法。在此，基值取为间隙电压的峰值。
下面解释用于归一化的方法。
RDDS＞1pu/rad
在图8中示出了针对RDDS＞1pu/rad的归一化。图7示出了跨断路器的间隙电压(VCB)和相对地电压(VS)。VCB与VS之间的相位差、即δ已经按照上述转换步骤的解释的那样进行了估计。
对于零电压开关，开关角向右偏移，使得A点和B点处的电压电平相等，以最大限度地减少散射的影响。因此，针对零开关的优化角为αL。同样，对于电压峰值开关，开关角向90°的左侧偏移，使得A’和B’处的电压电平相等。针对电压峰值开关的优化角为αU。如果开关角在αL与αU之间，则由于斜率上升而无法进行归一化。
RDDS＜1pu/rad
在图9中示出了针对RDDS＜1pu/rad的归一化。图7示出了跨断路器的间隙电压(VCB)和相对地电压(VS)。VCB与VS之间的相位差、即δ已在先前的部分中进行了估计。
对于零电压开关，开关角向0°的右侧偏移，使得最左侧的RDDS散射线到达间隙电压波上的下述点：在该点处，间隙电压波的斜率等于最左侧的RDDS散射线的斜率(A)。对应的优化零开关角为αL。类似地，对于电压峰值开关，开关角朝向90°的左侧偏移，使得最右侧的RDDS散射线到达间隙电压波上的下述点：在该点处，间隙电压波的斜率等于最右侧的RDDS散射线的斜率(A’)。对应的优化零开关角为αU。
在找到开关角的下限和上限——即分别为αL和αU——后，这些必须被映射到相对地电压。映射关系由等式(13)给出。
βL＝αL+δ (13)
在上文中，
·δ＝间隙电压与相对地电压之间的相位差；以及
·βL＝与αL对应的相对地电压的开关角(如图8和图9中所示)。
类似地，βU可以从下述等式(14)进行估计。
βU＝αU+δ (14)
最终的相对地映射角可以用于向操作人员报告或者用于任何后续的适应性受控开关。
关合角在开关操作中被使用。因此，在406处(参见图4)，该方法包括基于针对开关装置的每个极估计的关合角生成用于开关装置的操作的信号。该信号可以基于极的估计关合角生成为使得开关装置的每个极根据开关标准和开关顺序操作以使开关瞬变最小化。这个信号可以用上面估计的关合角(βL，βU)来生成。
该方法可以用电力系统的装置例如装置304来实施，装置具有源侧处三个相的测量值。这些测量值可以通过源侧处的一个或更多个测量设备获得。根据实施方式，该装置是与断路器可操作地耦合的继电器(例如，如图3中所示)。另外，测量设备可以是电压互感器，并且继电器接收来自电压互感器的电压测量值。
根据实施方式，该装置包括用于执行该方法或其步骤的多个部件。该装置的部件或模块可以用硬件比如处理器、I/O等来实施，并且被配置为执行该方法的各个步骤。在图10中所示的实施方式中，该装置包括测量单元(1002)、估计器(1004)、控制单元(1006)和输出接口(1008)。测量单元配置为从测量设备获得测量值。测量单元可以配置为执行某些信号处理以去除噪声。在电压信号在另一装置处被处理的情况下，测量单元可以配置为接收经处理的信号/测量值以供执行方法的各个步骤。
估计器配置为对用于关合操作的开关装置的关合角进行估计。控制单元配置为利用通电角来生成用于开关装置的信号。输出接口配置为提供信号作为输出，例如输出命令到开关以利用信息进行后续开关。可选的存储器(1010)可以存储所需的先前操作信息和执行不同步骤所需的信息。例如，存储器可以存储测量值、开关瞬间的信息等。
上述模块可以在装置(304)中实施，该装置可以是继电器、智能电子装置或其他用于受控开关的电力系统装置。
上述方法和装置可以使得能够通过根据负载及其配置估计关合角来实现在仅源侧处进行电压测量并且存在耦合负载的开关装置处进行受控开关。因此，本文中公开的方法和装置有助于避免由于断路器特性的统计行为而导致的任何错误开关。该方法建立了用于开关的间隙电压角的上限和下限。超出这些限制，开关装置有可能在间隙电压的前半周期或下半周期内以非常不同的角度进行开关。
对源总线电压的任何主要或次要变化都有动态和适应性校准。由于源侧电压是用于估计的实时测量量，因此该方法可以适应源侧(或母线)电压的任何波动。
以下描述提供了针对不同负载及其配置的仿真结果。
直接接地负载
在直接接地负载中，每个相是彼此独立的。考虑的开关顺序是a-c-b。在此配置中，跨断路器的间隙电压将始终为1pu(每单位)。A相关合后，由于中性点接地，断路器的负载侧电压Vlc为0。根据等式(9)，δ将为120°，这与源电压Vsc的相位角相同。
图11示出了星形接地负载的电路图以及源侧电压和负载侧电压。此处采用的源电压为100V峰值。A相关合后，跨B相的间隙电压(VSB-VLB)和跨C相的间隙电压(VSC-VLC)在图12中示出。跨C相的间隙电压(VSC-VLC)与A相源电压相差120°，这与从等式(9)获得的结果相同。
带中性电抗器的星形接地负载
此处采用了下述情况：通过被称为中性接地电抗器的电抗器进行接地。中性接地电抗器与负载电抗器的阻抗比率取为0.3。考虑的开关顺序是a-c-b。
在前相(A)关合后，跨C相(第一后相)的间隙电压为1.13pu，这是阻抗比率的函数。此处，基值取为源端电压的峰值。将VCB_ffp＝1.13、θffp＝120°和θlp＝0°代入等式(8)，我们得到，
Vl_ffp＝0.2306pu。
在估计Vl_ffp之后，从等式(9)我们得到δ＝130.15°。
进行了同样的仿真，并且结果如图13中所示。从图13可以看出，在前相关合后，针对第一后相极的断路器的负载端相对地电压Vl_ffp的量值为0.23074pu，其等于计算值。此外，δ为130.28°，其与计算值大致匹配。
不接地/三角形负载
考虑的开关顺序是ac-b。图14示出了不接地负载的电路图。在前相和第一后相通电后，B相可以在90°后关合。跨B相的间隙电压(VSB-VLB)为1.5pu，并且跨B相的间隙电压与B相源电压(VSB)同相。此处，基值取为源端电压的峰值。从图15中可以观察到相同的情况。
一旦知道了相对地电压与间隙电压之间的相位差，就可以容易地将根据间隙电压估计的RDDS归一化映射到相对地电压。
星形接地耦合电抗器
在第一相关合后，由于第一相对其他两相的耦合作用，其他相上将会产生一定的感应电压。因此，跨其他两相的间隙电压将是相电压与感应电压之差。因此，通过将VCB_ffp＝0.866pu(考虑其他断电相中的相同磁通分布)代入式(9)，我们得到δ＝90°，这也可以通过仿真得到验证，如图16所示。
Claims (13)
1.一种用于控制电力系统中的开关装置的操作的方法，其中，所述电力系统包括以三相配置与负载连接的电源，并且其中，在所述负载的至少两相之间存在耦合，所述方法包括：
获得源侧处所述三相中的每个相的电压测量值；
根据开关标准、开关顺序和在每个相中测量的电压来对所述开关装置的每个极的间隙电压的关合角进行估计，
其中，所述开关标准限定了所述电源与所述负载之间的连接将关合的间隙电压的相位角，并且
其中，所述开关顺序限定了用于关合所述三相中所述电源与所述负载之间的连接的顺序，
其中，所述开关顺序中，首先关合前相中的连接，随后关合第一后相中的连接，并且进一步随后关合第二后相中的连接，
其中，所述前相中的极的关合角根据在所述源侧处在所述前相中测量的电压的相位角来确定，
其中，所述第一后相中的极的关合角基于下述各者来确定：在所述源侧处在所述第一后相中测量的电压的相位角、在所述源侧处在所述前相和所述第一后相中测量的电压之间的相位差、以及所述第一后相中的间隙电压的量值或与所述第一后相中的间隙电压相关联的倍增因子中的至少一者，并且
其中，所述第二后相中的极的关合角基于在所述源侧处在所述第二后相中测量的电压的相位角来确定；以及
基于针对所述开关装置的每个极估计的关合角生成用于所述开关装置的操作的信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一后相的间隙电压的关合角基于下述各者进行估计：
在所述源侧处所述第一后相中的电压的关合角；以及
所述第一后相中的极的间隙电压与相对地电压之间的相位差。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一后相中的极的间隙电压与相对地电压之间的相位差基于下述各者进行估计：
针对第一后相极的所述开关装置的源侧相对地电压的相移；
针对前相极的所述开关装置的源侧相对地电压的相移；
针对所述第一后相中的极的跨所述开关装置的触头的间隙电压的均方根值；以及
在所述源侧处所述第一后相中的电压的均方根值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述关合角进行估计包括：
将所述源侧处的电压的关合角转换为所述间隙电压的关合角，其中，所述间隙电压为相对相电压，并且所述源侧处的电压为相对地电压；以及
对所述间隙电压的关合角进行优化并且将所述间隙电压的关合角映射回至所述源侧处的关合角。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述开关标准、所述开关顺序、以及所述间隙电压的量值或所述倍增因子中的至少一者是基于所述负载的配置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述负载是具有中性接地电抗器的三相电抗器，其中，基于所述三相电抗器的两个或更多个电抗器之间的连接而在所述负载的两个或更多个相之间存在耦合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号基于估计的所述关合角生成为使得所述开关装置的每个极根据所述开关标准和所述开关顺序进行操作以使开关瞬变最小化。
8.一种用于控制电力系统(100)中的开关装置(106)的操作的装置(304)，其中，所述电力系统包括以三相配置与负载(104)连接的电源(102)，并且其中，在所述负载的至少两相之间存在耦合，所述装置包括：
测量单元(1002)，所述测量单元(1002)用于从一个或更多个测量设备获得电压的测量值，其中，在源侧处针对所述三相中的每个相测量所述测量值；
估计器(1004)，所述估计器(1004)用于基于开关标准、开关顺序以及在每个相中测量的电压来对所述开关装置的每个极的间隙电压的关合角进行估计，
其中，所述开关标准限定了所述电源与所述负载之间的连接将关合的间隙电压的相位角，
其中，所述开关顺序限定了用于关合所述三相中所述电源与所述负载之间的连接的顺序，
其中，所述开关顺序中，首先关合前相中的连接、随后关合第一后相中的连接，并且进一步随后关合第二后相中的连接，
其中，所述前相中的极的关合角基于在所述源侧处在所述前相中测量的电压的相位角来确定，
其中，所述第一后相中的极的关合角基于下述各者来确定：在所述源侧处在所述第一后相中测量的电压的相位角、在所述源侧处在所述前相和所述第一后相中测量的电压之间的相位差、以及所述第一后相中的间隙电压的量值或与所述第一后相中的间隙电压相关联的倍增因子中的至少一者，并且
其中，所述第二后相中的极的关合角基于在所述源侧处在所述第二后相中测量的电压的相位角来确定；以及
控制单元(1006)，所述控制单元(1006)用于基于所述开关标准、所述开关顺序以及针对所述开关装置的三个极估计的关合角来生成用于所述开关装置的操作的信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述估计器基于下述各者对所述第一后相的间隙电压的关合角进行估计：
在所述源侧处所述第一后相中的电压的关合角；以及
所述第一后相中的极的间隙电压与相对地电压之间的相位差。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第一后相中的极的间隙电压与相对地电压之间的相位差基于下述各者进行估计：
针对第一后相极的所述开关装置的源侧相对地电压的相移；
针对前相极的所述开关装置的源侧相对地电压的相移；
针对所述第一后相中的极的跨所述开关装置的触头的间隙电压的均方根值；以及
所述源侧处所述第一后相中的电压的均方根值。
11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述估计器通过以下方式估计所述关合角：
将所述源侧处的电压的关合角转换为所述间隙电压的关合角，其中，所述间隙电压为相对相电压，并且所述源侧处的电压为相对地电压；以及
对所述间隙电压的关合角进行优化并且将所述间隙电压的关合角映射回至所述源侧处的关合角。
12.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置是继电器并且所述开关装置是断路器。
13.根据权利要求8所述的装置，其中，所述负载是具有中性接地电抗器的三相电抗器，其中，基于所述三相电抗器中的两个或更多个电抗器之间的连接而在所述负载的两个或更多个相之间存在耦合。
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