CN114884028A - 抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法 - Google Patents

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CN114884028A CN202111544895.1A CN202111544895A CN114884028A CN 114884028 A CN114884028 A CN 114884028A CN 202111544895 A CN202111544895 A CN 202111544895A CN 114884028 A CN114884028 A CN 114884028A
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Abstract

本发明提供了一种抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法，包括：步骤1，在中性点非有效接地配电网发生单相接地故障时接入柔性接地装置，获得柔性接地配电网铁磁谐振抑制简化电路图；步骤2，将柔性接地装置作为中性点非有效接地配电网的一次侧消谐电阻，分别对中性点非有效接地配电网故障切除时加入消谐电阻的零状态响应等效电路和零输入响应等效电路进行分析，得到三种阻尼振动状态。本发明通过柔性接地装置使中性点非有效接地配电网在较短时间内脱离谐振状态，消谐速度快，有效避免了消谐措施切除后发生的二次谐振过电压，最佳消谐电流基于临界电阻值获得，避免了参数选择不当导致的消谐电阻发热严重和开口三角两端电压异常升高等问题。

Description

抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法
技术领域
本发明涉及配电网铁磁谐振抑制技术领域，特别涉及一种抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法。
背景技术
[1]梅成林,张超树.电压互感器铁磁谐振分析[J].电网技术,2008,32(S2)：311-313.MeiChenglin,ZhangChaoshu.Analysis of voltage transformer ferroresonance[J].Power System Technology,2008,32(S2):311-313.缺点：文中PT一次侧中性点经电阻接地抑制铁磁谐振的方法，接入大电阻，消谐效果较好，但电阻过大将影响保护的灵敏度，而且会产生很高的热量，电阻热容量有限，有可能使电阻烧毁；开口三角绕组加装阻尼电阻抑制铁磁谐振的方法，在电压互感器二次侧开口三角处接入电阻可以避免互感器饱和，但其难以区分基频谐振和单相接地，且无法抑制低频饱和电流；
[2]梁志瑞,董维,刘文轩,等.电磁式电压互感器的铁磁谐振仿真研究[J].高压电器,2012,48(11):18-23.Liang Zhirui,Dong Wei,Liu Wenxuan,et al.Analysis onferroresonance of potential transformer[J].High Voltage Apparatus,2012,48(11):18-23.缺点：文中PT一次侧中性点接消谐器消谐效果较好，但会有开口三角输出电压降低，影响接地装置灵敏性的问题；4PT接线方式抑制铁磁谐振的方法在实际中有一定的运行经验，但不能从根本上消除铁磁谐振频率，低频谐振造成的过电流可能持续较长时间，这有可能引发热击穿从而损坏设备。
[3]曾祥君,杨先贵,王文,等.基于零序电压柔性控制的配电网铁磁谐振抑制方法[J].中国电机工程学报,2015,35(07):1666-1673.Zeng Xiangjun,Yang Xiangui,WangWen,et al.Zero-sequence voltage flexible control based ferroresonancesuppressing method for distribution networks[J].Proceedings ofthe CSEE,2015,35(07):1666-1673.缺点：文中所提抑制铁磁谐振方法为通过注入零序电流，迫使中性点电压为零，其在消谐措施加入期间可迅速抑制铁磁谐振，但因为其无法在短时内消耗谐振能量，当消谐措施撤去时，仍会发生铁磁谐振。
发明内容
本发明提供了一种抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法，其目的是为了解决传统的柔性接地装置消谐电流选择标准不一和传统的抑制铁磁谐振的方法无法在短时内消耗谐振能量，当消谐措施撤去时，仍会发生铁磁谐振的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算方法，包括：
步骤1，在中性点非有效接地配电网发生单相接地故障时接入柔性接地装置，获得柔性接地配电网铁磁谐振抑制简化电路图；
步骤2，将柔性接地装置作为中性点非有效接地配电网的一次侧消谐电阻，分别对中性点非有效接地配电网故障切除时加入消谐电阻的零状态响应等效电路和零输入响应等效电路进行分析，得到三种阻尼振动状态；
步骤3，基于三种阻尼振动状态根据阻尼振动系统在临界电阻状态时消耗能量最快的结论，得到最佳消谐电阻；
步骤4，根据最佳消谐电阻计算出最佳消谐电流。
其中，所述步骤2具体包括：
基于零状态响应运算电路进行分析：只考虑三相电源对中性点非有效接地配电网的影响，零状态运算电路中三相对地电容的电压初始值和三相PT励磁电感的电流初始值均为零，根据节点电压法计算相量形式的第一零序电压：
Figure BDA0003415594030000021
其中，
Figure BDA0003415594030000022
表示相量形式的第一零序电压，
Figure BDA0003415594030000023
表示A相电压，
Figure BDA0003415594030000024
表示B相电压，
Figure BDA0003415594030000025
表示C相电压，YA表示A相导纳，YB表示B相导纳，YC表示C相导纳，
Figure BDA0003415594030000031
为各相导纳，Yx表示各相导纳，x＝A、B、C；C表示电容，Lx表示各相PT励磁电感，x＝A、B、C；在故障切除后的极短时间内，PT励磁电感电压逐渐向拐点电压靠近，PT励磁电感从线性区向饱和区过渡，在PT励磁电感过渡过程中三相电压仍保持对称，得到un1＝0，其中，un1表示时域下的第一零序电压；三相电源对中性点电压无作用。
其中，所述步骤2还包括：
基于零输入响应运算电路进行分析：不考虑三相电源，只考虑中性点非有效接地配电网状态变量的初始状态，如下所示：
Figure BDA0003415594030000032
其中，R表示加入的消谐电阻，s表示复频率，Un2(s)表示复频域下的第二零序电压，uA(0_)表示A相对地电容电压值，uB(0_)表示B相对地电容电压值，iA(0_)表示A相PT励磁电感的电流值，iB(0_)表示B相PT励磁电感的电流值，CΣ表示总对地电容值，CΣ＝CA+CB+CC＝3C，CA表示A相对地电容，CB表示B相对地电容，CC表示C相对地电容，LΣ表示总PT励磁电感值，
Figure BDA0003415594030000033
LA表示A相PT励磁电感，LB表示B相PT励磁电感，LC表示C相PT励磁电感。
其中，所述步骤2还包括：
零输入响应运算电路属于阻尼振动系统，零输入响应运算电路受扰动后不再受外界激励，因受到阻尼造成谐振能量消耗导致时域下的第二零序电压un2的峰值衰减直至稳定为零；
根据公式(3)得到复频域下的第二零序电压Un2(s)，如下所示：
Figure BDA0003415594030000034
设s1、s2为方程
Figure BDA0003415594030000035
的两个解，方程判别式如下所示：
Figure BDA0003415594030000041
其中，Δ表示方程判别式。
其中，所述步骤2还包括：
根据公式(4)，得到三种阻尼振动状态，包括：
第一种阻尼振动状态为当Δ＝0，
Figure BDA0003415594030000042
时，其中，Rr表示最佳消谐电阻，中性点非有效接地配电网有一对重实根，零输入响应运算电路处于非振荡放电的临界状态，中性点非有效接地配电网的阻尼形式称为临界阻尼；
第二种阻尼振动状态为当Δ>0，R＜Rr时，中性点非有效接地配电网有不等的二实根，零输入响应运算电路处于非振荡放电状态，中性点非有效接地配电网的阻尼形式称为过阻尼；
第三种阻尼振动状态为当Δ<0，R＞Rr时，中性点非有效接地配电网有一对共轭复根，零输入响应运算电路处于振荡放电状态，中性点非有效接地配电网的阻尼形式称为欠阻尼。
其中，所述步骤3具体包括：
在中性点非有效接地配电网中，从能量损耗的角度分析，当中性点非有效接地配电网处于临界阻尼状态时能量损耗最快，中性点非有效接地配电网将最快恢复平衡稳定的状态，此时加入的消谐电阻R即为所求最佳消谐电阻值，将R＝Rr带入式(3)，如下所示：
Figure BDA0003415594030000043
其中，所述步骤3还包括：
对公式(5)进行拉氏反变换，得中性点非有效接地配电网中性点加入的消谐电阻为最佳消谐电阻Rr时，时域下的第二零序电压un2的变化情况，如下所示：
Figure BDA0003415594030000044
其中，un表示中性点非有效接地配电网的中性点电压，un＝un1+un2，un1＝0，un＝un2，t表示时间。
其中，所述步骤4具体包括：
根据公式(6)和加入的消谐电阻R即为所求最佳消谐电阻值Rr＝R，计算注入中性点非有效接地配电网中性点的最佳消谐电流，如下所示：
Figure BDA0003415594030000051
其中，in表示最佳消谐电流。
本发明的实施例还提供了一种抑制铁磁谐振的最佳消谐电流实现方法，包括：
步骤1，实时测量中性点非有效接地配电网的零序电压幅值；
步骤2，判断测量的零序电压幅值是否大于15％的相电压额定幅值；
步骤3，当测量的零序电压幅值大于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网发生单相接地故障，延时10s，执行步骤4，当测量的零序电压幅值小于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网运行正常，跳转到步骤1；
步骤4，测量中性点非有效接地配电网的零序电压幅值，判断测量的零序电压幅值是否大于15％的相电压额定幅值；
步骤5，当测量的零序电压幅值小于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网运行正常，跳转到步骤1；当测量的零序电压幅值大于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网发生永久性单相接地故障，进行接地故障选线，确定接地故障线路，下发故障线路断路器跳闸指令；
步骤6，将确定的接地故障线路进行切除，通过柔性接地装置向中性点非有效接地配电网的中性点注入最佳消谐电流，控制零序电流为最佳消谐电流，使中性点非有效接地配电网脱离谐振状态，延时10s后，中性点非有效接地配电网恢复正常运行，跳转到步骤1。
其中，所述步骤6具体包括：
控制零序电流为最佳消谐电流包括将测量的零序电压幅值除以最佳消谐电阻得到实时最佳消谐电流，将实时最佳消谐电流作为定电流控制的给定量，将采集到的实时零序电流作为定电流控制的输入信号，将实时最佳消谐电流与实时零序电流之差输入滞环控制器后产生柔性接地装置的驱动信号，柔性接地装置向中性点非有效接地配电网的中性点注入最佳消谐电流，延时10s，消耗中性点非有效接地配电网的谐振能量，配电网电压恢复为零，中性点非有效接地配电网脱离谐振状态，中性点非有效接地配电网恢复正常运行后，柔性接地装置停止向中性点非有效接地配电网的中性点注入最佳消谐电流。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明的上述实施例所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法，使柔性接地装置在较短时间内耗尽谐振能量，从而让中性点非有效接地配电网脱离谐振状态，消谐速度快，并可有效避免消谐措施切除后发生的二次谐振过电压，最佳消谐电流基于临界电阻值获得，有助于进行消谐电阻选型，从而避免参数选择不当导致的消谐电阻发热严重和开口三角两端电压异常升高等问题。
附图说明
图1为本发明的最佳消谐电流计算流程图；
图2为本发明的最佳消谐电流实现流程图；
图3为本发明的柔性接地配电网铁磁谐振抑制简化电路图；
图4为本发明的零状态响应运算电路图；
图5为本发明的零输入响应运算简化电路图；
图6为本发明的注入最佳消谐电流的控制示意图；
图7为本发明的ATP-EMTP仿真模型；
图8为本发明的过阻尼三相电压及零序电压波形图；
图9为本发明的欠阻尼三相电压及零序电压波形图；
图10为本发明的临界阻尼三相电压、零序电压和零序电流波形图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的柔性接地装置消谐电流选择标准不一和现有的抑制铁磁谐振的方法无法在短时内消耗谐振能量，当消谐措施撤去时，仍会发生铁磁谐振的问题，提供了一种抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法。
如图1至图10所示，本发明的实施例提供了一种抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算，包括：步骤1，在中性点非有效接地配电网发生单相接地故障时接入柔性接地装置，获得柔性接地配电网铁磁谐振抑制简化电路图；步骤2，将柔性接地装置作为中性点非有效接地配电网的一次侧消谐电阻，分别对中性点非有效接地配电网故障切除时加入消谐电阻的零状态响应等效电路和零输入响应等效电路进行分析，得到三种阻尼振动状态；步骤3，基于三种阻尼振动状态根据阻尼振动系统在临界电阻状态时消耗能量最快的结论，得到最佳消谐电阻；步骤4，根据最佳消谐电阻计算出最佳消谐电流。
本发明的上述实施例所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法，图3是中性点非有效接地配电网的铁磁谐振抑制简化示意图，uA、uB、uC为三相电源；LA、LB、LC为三相PT励磁电感，在不饱和状态下，LA＝LB＝LC＝L；CA、CB、CC为三相对地电容，忽略分布参数的不对称性，CA＝CB＝CC＝C。柔性接地装置接于接地变压器中性点与地之间，核心结构为单相桥式逆变电路，采用LC型输出滤波器，通过单相注入变压器向中性点注入电流io，从而达到故障消弧和铁磁谐振抑制的目的。
其中，所述步骤2具体包括：基于零状态响应运算电路进行分析：只考虑三相电源对中性点非有效接地配电网的影响，零状态运算电路中三相对地电容的电压初始值和三相PT励磁电感的电流初始值均为零，根据节点电压法计算相量形式的第一零序电压：
Figure BDA0003415594030000071
其中，
Figure BDA0003415594030000072
表示相量形式的第一零序电压，
Figure BDA0003415594030000073
表示A相电压，
Figure BDA0003415594030000074
表示B相电压，
Figure BDA0003415594030000075
表示C相电压，YA表示A相导纳，YB表示B相导纳，YC表示C相导纳，
Figure BDA0003415594030000081
为各相导纳，Yx表示各相导纳，x＝A、B、C；C表示电容，Lx表示各相PT励磁电感，x＝A、B、C；在故障切除后的极短时间内，PT励磁电感电压逐渐向拐点电压靠近，PT励磁电感从线性区向饱和区过渡，在PT励磁电感过渡过程中三相电压仍保持对称，得到un1＝0，其中，un1表示时域下的第一零序电压；三相电源对中性点电压无作用。
本发明的上述实施例所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法，已知在中性点非有效接地配电网中，PT励磁电感励磁特性的拐点电压大于1.9U/√3，其中，U为线电压的幅值，在拐点电压之前PT励磁电感在不同电压下的变化较小，可以近似认为是线性的。在单相接地故障期间可认为三相PT励磁电感处于线性区，在故障切除后的极短时间内，PT励磁电感电压逐渐向拐点电压靠近，PT励磁电感从线性区向饱和区过渡，但仍处于线性区。在过渡结束后，系统有可能发生铁磁谐振。
其中，所述步骤2还包括：基于零输入响应运算电路进行分析：不考虑三相电源，只考虑中性点非有效接地配电网状态变量的初始状态，如下所示：
Figure BDA0003415594030000082
其中，R表示加入的消谐电阻，s表示复频率，Un2(s)表示复频域下的第二零序电压，uA(0_)表示A相对地电容电压值，uB(0_)表示B相对地电容电压值，iA(0_)表示A相PT励磁电感的电流值，iB(0_)表示B相PT励磁电感的电流值，CΣ表示总对地电容值，CΣ＝CA+CB+CC＝3C，CA表示A相对地电容，CB表示B相对地电容，CC表示C相对地电容，LΣ表示总PT励磁电感值，
Figure BDA0003415594030000083
LA表示A相PT励磁电感，LB表示B相PT励磁电感，LC表示C相PT励磁电感。
其中，所述步骤2还包括：零输入响应运算电路属于阻尼振动系统，零输入响应运算电路受扰动后不再受外界激励，因受到阻尼造成谐振能量消耗导致时域下的第二零序电压un2的峰值衰减直至稳定为零；
根据公式(3)得到复频域下的第二零序电压Un2(s)，如下所示：
Figure BDA0003415594030000091
设s1、s2为方程
Figure BDA0003415594030000092
的两个解，方程判别式如下所示：
Figure BDA0003415594030000093
其中，Δ表示方程判别式。
其中，所述步骤2还包括：根据公式(4)，得到三种阻尼振动状态，包括：
第一种阻尼振动状态为当Δ＝0，
Figure BDA0003415594030000094
时，其中，Rr表示最佳消谐电阻，中性点非有效接地配电网有一对重实根，零输入响应运算电路处于非振荡放电的临界状态，中性点非有效接地配电网的阻尼形式称为临界阻尼；
第二种阻尼振动状态为当Δ>0，R＜Rr时，中性点非有效接地配电网有不等的二实根，零输入响应运算电路处于非振荡放电状态，中性点非有效接地配电网的阻尼形式称为过阻尼；
第三种阻尼振动状态为当Δ<0，R＞Rr时，中性点非有效接地配电网有一对共轭复根，零输入响应运算电路处于振荡放电状态，中性点非有效接地配电网的阻尼形式称为欠阻尼。
其中，所述步骤3具体包括：在中性点非有效接地配电网中，从能量损耗的角度分析，当中性点非有效接地配电网处于临界阻尼状态时能量损耗最快，中性点非有效接地配电网将最快恢复平衡稳定的状态，此时加入的消谐电阻R即为所求最佳消谐电阻值，将R＝Rr带入式(3)，如下所示：
Figure BDA0003415594030000095
其中，所述步骤3还包括：
对公式(5)进行拉氏反变换，得中性点非有效接地配电网中性点加入的消谐电阻为最佳消谐电阻Rr时，时域下的第二零序电压un2的变化情况，如下所示：
Figure BDA0003415594030000101
其中，un表示中性点非有效接地配电网的中性点电压，un＝un1+un2，un1＝0，un＝un2，t表示时间。
其中，所述步骤4具体包括：
根据公式(6)和加入的消谐电阻R即为所求最佳消谐电阻值Rr＝R，计算注入中性点非有效接地配电网中性点的最佳消谐电流，如下所示：
Figure BDA0003415594030000102
其中，in表示最佳消谐电流。
本发明的实施例还提供了一种抑制铁磁谐振的最佳消谐电流实现方法，包括：步骤1，实时测量中性点非有效接地配电网的零序电压幅值；步骤2，判断测量的零序电压幅值是否大于15％的相电压额定幅值；步骤3，当测量的零序电压幅值大于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网发生单相接地故障，延时10s，执行步骤4，当测量的零序电压幅值小于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网运行正常，跳转到步骤1；步骤4，测量中性点非有效接地配电网的零序电压幅值，判断测量的零序电压幅值是否大于15％的相电压额定幅值；步骤5，当测量的零序电压幅值小于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网运行正常，跳转到步骤1；当测量的零序电压幅值大于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网发生永久性单相接地故障，进行接地故障选线，确定接地故障线路，下发故障线路断路器跳闸指令；步骤6，将确定的接地故障线路进行切除，通过柔性接地装置向中性点非有效接地配电网的中性点注入最佳消谐电流，控制零序电流为最佳消谐电流，使中性点非有效接地配电网脱离谐振状态，延时10s后，中性点非有效接地配电网恢复正常运行，跳转到步骤1。
本发明的上述实施例所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法，柔性接地配电网铁磁谐振抑制方法实现流程如图2所示，首先，在线监测中性点非有效接地配电网的零序电压和各相相电压，当零序电压幅值高于相电压额定幅值的15％时，则判断发生单相接地故障；根据配电网技术导则要求，为躲过瞬时性接地故障，设置10秒延时，此后若零序电压幅值仍高于相电压额定幅值的15％，则判断发生永久性单相接地故障；然后进行单相接地故障选线，确定接地故障线路，下发故障线路断路器跳闸指令，同时通过柔性接地装置向中性点非有效接地配电网的中性点注入最佳消谐电流，消耗中性点非有效接地配电网谐振能量，使配电网电压恢复为零，进而使中性点非有效接地配电网脱离谐振状态；最后配电网恢复正常运行，停止注入消谐电流。
其中，所述步骤6具体包括：控制零序电流为最佳消谐电流包括将测量的零序电压幅值除以最佳消谐电阻得到实时最佳消谐电流，将实时最佳消谐电流作为定电流控制的给定量，将采集到的实时零序电流作为定电流控制的输入信号，将实时最佳消谐电流与实时零序电流之差输入滞环控制器后产生柔性接地装置的驱动信号，柔性接地装置向中性点非有效接地配电网的中性点注入最佳消谐电流，延时10s，消耗中性点非有效接地配电网的谐振能量，配电网电压恢复为零，中性点非有效接地配电网脱离谐振状态，中性点非有效接地配电网恢复正常运行后，柔性接地装置停止向中性点非有效接地配电网的中性点注入最佳消谐电流。
本发明的上述实施例所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法，图6为柔性接地装置定电流控制方法示意图，该控制系统的控制目标是控制零序电流为最佳消谐电流，从而最快消耗完谐振能量，消除铁磁谐振。通过实时采集零序电压，使零序电压除以最佳消谐电阻得到最佳消谐电流作为定电流控制的给定量，实时采集到的零序电流作为定电流控制的输入信号，最佳消谐电流与实时零序电流之差经滞环控制器后产生柔性接地装置的驱动信号。
本发明的上述实施例所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法，利用ATP-EMTP仿真软件建立了10kV柔性接地配电网铁磁谐振抑制仿真模型，以C相发生永久性接地故障为例，如图7所示。主变压器变比为110kV/10.5kV，二次侧与10kV母线相连，10kV母线包含三条出线，线路型号为LJ-95，线路长度为20km，其各相对地电容为0.0074uF/km，采用JDZX9-10型3039042#PT。在仿真模型中取配电网单相对地电容为0.1μF模拟分频谐振，设置在0.03s时发生单相接地故障，在0.08s时切除单相接地故障的同时令中性点非有效接地配电网的中性点经消谐电阻R接地，消谐措施不应长时间投入，否则将对中性点非有效接地配电网的运行方式等产生影响，在0.24s撤去消谐电阻。由JDZX9-10型PT参数可知，此中性点非有效接地配电网处于临界阻尼时R≈13.5kΩ，过阻尼取R＝10Ω，欠阻尼取R＝0.2MΩ。
本发明的上述实施例所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法，图8为过阻尼时中性点非有效接地配电网的三相电压和零序电压波形图。可以看到加入10Ω电阻时零序电压迅速被钳制到零附近，但当电阻撤去后，零序电压幅值由零变为3kV左右，这说明零序电压短时限制为零无法真正使中性点非有效接地配电网脱离谐振状态。过阻尼时阻尼电阻偏小导致电阻上消耗的能量偏少，未能有效消耗铁磁谐振能量，因此在去掉阻尼电阻后还是会出现谐振过电压。图9为欠阻尼时中性点非有效接地配电网的三相电压和零序电压波形图。当中性点非有效接地配电网处于欠阻尼状态时，零序电压振荡衰减，衰减速度较慢，0.24s时零序电压仍未衰减至零附近，当电阻撤去后，零序电压幅值为2kV左右，说明欠阻尼消耗谐振能量的速度不够快。图10为临界阻尼时中性点非有效接地配电网的三相电压、零序电压和零序电流波形图。由图10可知，临界阻尼时零序电压在较短的时间内稳定在零附近，且撤去消谐电阻后，零序电压仍稳定在零附近，稳态时零序电压幅值仅为0.5V左右。由此可知令中性点非有效接地配电网处于临界阻尼状态时可以最快的消耗谐振能量，使中性点非有效接地配电网脱离谐振状态，恢复正常运行，图10所示零序电流即为对应的最佳消谐电流。
本发明的上述实施例所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法，使柔性接地装置在较短时间内耗尽谐振能量，从而让中性点非有效接地配电网脱离谐振状态，消谐速度快，并可有效避免消谐措施切除后发生的二次谐振过电压，最佳消谐电流基于临界电阻值获得，有助于进行消谐电阻选型，从而避免参数选择不当导致的消谐电阻发热严重和开口三角两端电压异常升高等问题。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算方法，其特征在于，包括：
步骤1，在中性点非有效接地配电网发生单相接地故障时接入柔性接地装置，获得柔性接地配电网铁磁谐振抑制简化电路图；
步骤2，将柔性接地装置作为中性点非有效接地配电网的一次侧消谐电阻，分别对中性点非有效接地配电网故障切除时加入消谐电阻的零状态响应等效电路和零输入响应等效电路进行分析，得到三种阻尼振动状态；
步骤3，基于三种阻尼振动状态根据阻尼振动系统在临界电阻状态时消耗能量最快的结论，得到最佳消谐电阻；
步骤4，根据最佳消谐电阻计算出最佳消谐电流。
2.根据权利要求1所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
基于零状态响应运算电路进行分析：只考虑三相电源对中性点非有效接地配电网的影响，零状态运算电路中三相对地电容的电压初始值和三相PT励磁电感的电流初始值均为零，根据节点电压法计算相量形式的第一零序电压：
Figure FDA0003415594020000011
其中，
Figure FDA0003415594020000012
表示相量形式的第一零序电压，
Figure FDA0003415594020000013
表示A相电压，
Figure FDA0003415594020000014
表示B相电压，
Figure FDA0003415594020000015
表示C相电压，YA表示A相导纳，YB表示B相导纳，YC表示C相导纳，
Figure FDA0003415594020000016
为各相导纳，Yx表示各相导纳，x＝A、B、C；C表示电容，Lx表示各相PT励磁电感，x＝A、B、C；在故障切除后的极短时间内，PT励磁电感电压逐渐向拐点电压靠近，PT励磁电感从线性区向饱和区过渡，在PT励磁电感过渡过程中三相电压仍保持对称，得到un1＝0，其中，un1表示时域下的第一零序电压；三相电源对中性点电压无作用。
3.根据权利要求2所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算方法，其特征在于，所述步骤2还包括：
基于零输入响应运算电路进行分析：不考虑三相电源，只考虑中性点非有效接地配电网状态变量的初始状态，如下所示：
Figure FDA0003415594020000021
其中，R表示加入的消谐电阻，s表示复频率，Un2(s)表示复频域下的第二零序电压，uA(0_)表示A相对地电容电压值，uB(0_)表示B相对地电容电压值，iA(0_)表示A相PT励磁电感的电流值，iB(0_)表示B相PT励磁电感的电流值，CΣ表示总对地电容值，CΣ＝CA+CB+CC＝3C，CA表示A相对地电容，CB表示B相对地电容，CC表示C相对地电容，LΣ表示总PT励磁电感值，
Figure FDA0003415594020000022
LA表示A相PT励磁电感，LB表示B相PT励磁电感，LC表示C相PT励磁电感。
4.根据权利要求3所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算方法，其特征在于，所述步骤2还包括：
零输入响应运算电路属于阻尼振动系统，零输入响应运算电路受扰动后不再受外界激励，因受到阻尼造成谐振能量消耗导致时域下的第二零序电压un2的峰值衰减直至稳定为零；
根据公式(3)得到复频域下的第二零序电压Un2(s)，如下所示：
Figure FDA0003415594020000023
设s1、s2为方程
Figure FDA0003415594020000024
的两个解，方程判别式如下所示：
Figure FDA0003415594020000025
其中，Δ表示方程判别式。
5.根据权利要求4所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算方法，其特征在于，所述步骤2还包括：
根据公式(4)，得到三种阻尼振动状态，包括：
第一种阻尼振动状态为当Δ＝0，
Figure FDA0003415594020000031
时，其中，Rr表示最佳消谐电阻，中性点非有效接地配电网有一对重实根，零输入响应运算电路处于非振荡放电的临界状态，中性点非有效接地配电网的阻尼形式称为临界阻尼；
第二种阻尼振动状态为当Δ>0，R＜Rr时，中性点非有效接地配电网有不等的二实根，零输入响应运算电路处于非振荡放电状态，中性点非有效接地配电网的阻尼形式称为过阻尼；
第三种阻尼振动状态为当Δ<0，R＞Rr时，中性点非有效接地配电网有一对共轭复根，零输入响应运算电路处于振荡放电状态，中性点非有效接地配电网的阻尼形式称为欠阻尼。
6.根据权利要求5所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
在中性点非有效接地配电网中，从能量损耗的角度分析，当中性点非有效接地配电网处于临界阻尼状态时能量损耗最快，中性点非有效接地配电网将最快恢复平衡稳定的状态，此时加入的消谐电阻R即为所求最佳消谐电阻值，将R＝Rr带入式(3)，如下所示：
Figure FDA0003415594020000032
7.根据权利要求6所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算方法，其特征在于，所述步骤3还包括：
对公式(5)进行拉氏反变换，得中性点非有效接地配电网中性点加入的消谐电阻为最佳消谐电阻Rr时，时域下的第二零序电压un2的变化情况，如下所示：
Figure FDA0003415594020000033
其中，un表示中性点非有效接地配电网的中性点电压，un＝un1+un2，un1＝0，un＝un2，t表示时间。
8.根据权利要求7所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
根据公式(6)和加入的消谐电阻R即为所求最佳消谐电阻值Rr＝R，计算注入中性点非有效接地配电网中性点的最佳消谐电流，如下所示：
Figure FDA0003415594020000041
其中，in表示最佳消谐电流。
9.一种抑制铁磁谐振的最佳消谐电流实现方法，应用于如权利要求1-8所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算方法，其特征在于，包括：
步骤1，实时测量中性点非有效接地配电网的零序电压幅值；
步骤2，判断测量的零序电压幅值是否大于15％的相电压额定幅值；
步骤3，当测量的零序电压幅值大于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网发生单相接地故障，延时10s，执行步骤4，当测量的零序电压幅值小于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网运行正常，跳转到步骤1；
步骤4，测量中性点非有效接地配电网的零序电压幅值，判断测量的零序电压幅值是否大于15％的相电压额定幅值；
步骤5，当测量的零序电压幅值小于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网运行正常，跳转到步骤1；当测量的零序电压幅值大于15％的相电压额定幅值时，中性点非有效接地配电网发生永久性单相接地故障，进行接地故障选线，确定接地故障线路，下发故障线路断路器跳闸指令；
步骤6，将确定的接地故障线路进行切除，通过柔性接地装置向中性点非有效接地配电网的中性点注入最佳消谐电流，控制零序电流为最佳消谐电流，使中性点非有效接地配电网脱离谐振状态，延时10s后，中性点非有效接地配电网恢复正常运行，跳转到步骤1。
10.根据权利要求9所述的抑制铁磁谐振的最佳消谐电流实现方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：
控制零序电流为最佳消谐电流包括将测量的零序电压幅值除以最佳消谐电阻得到实时最佳消谐电流，将实时最佳消谐电流作为定电流控制的给定量，将采集到的实时零序电流作为定电流控制的输入信号，将实时最佳消谐电流与实时零序电流之差输入滞环控制器后产生柔性接地装置的驱动信号，柔性接地装置向中性点非有效接地配电网的中性点注入最佳消谐电流，延时10s，消耗中性点非有效接地配电网的谐振能量，配电网电压恢复为零，中性点非有效接地配电网脱离谐振状态，中性点非有效接地配电网恢复正常运行后，柔性接地装置停止向中性点非有效接地配电网的中性点注入最佳消谐电流。
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