CN202190075U

CN202190075U - 调匝式消弧线圈模糊调谐系统

Info

Publication number: CN202190075U
Application number: CN2011203019228U
Authority: CN
Inventors: 李玲玲; 马东娟; 景丽婷; 孙东旺; 杨立奎
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2021-08-18

Abstract

本实用新型为调匝式消弧线圈的一种模糊调谐系统。一种调匝式消弧线圈模糊调谐系统，该系统包括调感模块、脱谐度测量模块、模糊调谐模块、执行机构四部分；电网中性点经调感模块接地，调感模块与脱谐度测量模块相连，脱谐度测量模块向调感模块发送一个方波信号，调感模块则将两个电压信号取样到脱谐度测量模块，脱谐度测量模块的输出与模糊调谐模块相连，模糊调谐模块的输出与执行机构相连，执行机构与调感模块相连。本实用新型所需设备简单，易于操作，系统响应快。直接对脱谐度进行测量，不需要其它参数，脱谐度测量误差不大于0.64%，系统响应时间不大于20s，具有很好的实时性和较高的控制精度。

Description

调匝式消弧线圈模糊调谐系统

技术领域

本实用新型应用在中性点经消弧线圈接地的中压配电网中，用于对调匝式消弧线圈进行自动调谐，具体为调匝式消弧线圈的一种模糊调谐系统。

背景技术

中性点经消弧线圈接地，也叫谐振接地，是一种中性点非有效接地方式，这种接地方式在我国中压配电网中广为采用。当电网发生单相接地故障时，消弧线圈提供一电感电流I_L，可对电网三相传输线对地电容产生的电流I_C进行补偿，使接地残流减小，同时也使故障相接地电弧两端的电压迅速降低，使电弧熄灭。所谓调谐就是尽量使消弧线圈的电感电流I_L接近或等于电网对地电容电流I_C，工程中常用脱谐度来描述消弧线圈的调谐程度。消弧线圈的补偿效果取决于消弧线圈的适当调谐。我国目前采用的消弧线圈有不少是手动调匝式，由于这种消弧线圈是无载调节的，调节时必须退出运行，十分不便，使线圈电感值难以及时跟踪电网电容电流的变化，消弧线圈不能运行在最佳档位，给电网的安全运行带来隐患。采用手动调匝式消弧线圈的补偿电网发生单相接地故障时，仅60％不发展为相间短路，即补偿有效性约为0.6，而且手动操作工作繁琐，有时很难及时准确地进行调谐，所以实现消弧线圈自动调谐非常有必要。但是，调匝式消弧线圈本身不能实现连续调谐，因此，目前现有的用于实现精确调谐的自动系统不完全适用于调匝式消弧线圈，如果要借助精确调谐系统实现这类消弧线圈的调谐，则需要增加一个辅助决策环节以决定究竟将消弧线圈调整至哪个档位，由此降低了系统的实时性。本实用新型在完成电网脱谐度测量的基础上，通过查找模糊控制器状态查询表进行模糊调谐，确定消弧线圈的最佳档位。

技术内容

本实用新型的目的在于，针对我国当前的调匝式消弧线圈调谐多停留于手动调谐阶段的现状，在完成电网脱谐度测量的基础上，通过查找消弧线圈模糊控制器状态查询表得到相应的调谐方案后作用于消弧线圈，达到消弧线圈模糊调谐的目的。

本实用新型的技术方案为：

一种调匝式消弧线圈模糊调谐系统，该系统包括调感模块、脱谐度测量模块、模糊调谐模块、执行机构四部分；电网中性点经调感模块接地，调感模块与脱谐度测量模块相连，脱谐度测量模块向调感模块发送一个方波信号，调感模块则将两个电压信号取样到脱谐度测量模块，脱谐度测量模块的输出与模糊调谐模块相连，模糊调谐模块的输出与执行机构相连，执行机构与调感模块相连。

所述调感模块由调匝式消弧线圈和阻尼电阻组成，两者为串联关系，电网主变侧为星型连接或三角形连接，当为星型连接时，调匝式消弧线圈可直接安装在电网中性点上；当电网主变侧为三角形连接时，则经过Z型接地变压器引出电网中性点。

所述脱谐度测量模块由示波器和两路相同的器件组成，每路器件包括运算放大器、有源带阻滤波器、光电隔离器和施密特触发器；每路器件的连接关系为：运算放大器与有源带阻滤波器相连，有源带阻滤波器与光电隔离器相连，光电隔离器的输出与施密特触发器相连；两路施密特触发器的输出与示波器相连。

所述模糊调谐模块即消弧线圈模糊控制器，该模糊控制器是一个语言控制器。其通过Intel P43.4E工业控制计算机来实现，在离线状态下建立模糊控制器状态查询表，并存储于计算机中。

执行机构由多路有载开关和阻尼电阻短接控制电路组成。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型所需设备简单，易于操作，系统响应快。直接对脱谐度进行测量，不需要其它参数，脱谐度测量误差不大于0.64％，系统响应时间不大于20s，具有很好的实时性和较高的控制精度。

附图说明：

附图1 本实用新型模糊调谐系统结构图。

附图2 本实用新型脱谐度测量模块结构图。

附图3 本实用新型有源滤波器结构图。

附图4 本实用新型模糊调谐流程图。

具体实施方式：

由图1，本实用新型系统组成包括调感模块(1)、脱谐度测量模块(2)、模糊调谐模块(3)、执行机构(4)。电网中性点经调感模块(1)接地，调感模块(1)与脱谐度测量模块(2)相连，具体为：脱谐度测量模块(2)向调感模块(1)发送一个方波信号U_s，该方波信号通过一个限流电阻和一个取样电阻连接到调感模块(1)中调匝式消弧线圈变压器的低压侧，调感模块(1)则将两个电压信号-取样电阻上的电压U_R和调匝式消弧线圈变压器低压侧电压U_L取样到脱谐度测量模块(2)，脱谐度测量模块(2)的输出与模糊调谐模块(3)相连，模糊调谐模块(3)与执行机构(4)相连，执行机构(4)与调感模块(1)相连。

调感模块由调匝式消弧线圈和阻尼电阻串联组成。本实用新型采用50A/25A档位电流、I_L＝29.2A、15个分接头的消弧线圈，消弧线圈内附有电压互感器PT和电流互感器CT，对中性点位移电压U₀和消弧线圈电感电流I_L进行测量。阻尼电阻具体值根据调匝式消弧线圈的电感量和电网三相传输线对地电容求出。方波信号U_s，幅值恒定为300V，频率从30～80H_Z自动改变，取样电阻为300Ω/300W，限流电阻为1Ω/5W。电网主变侧为星型连接或三角形连接，当为星型连接时，调匝式消弧线圈可直接安装在电网中性点上；当电网主变侧为三角形连接时，则经过Z型接地变压器引出电网中性点。

脱谐度测量模块由一个SR-8型双踪电子示波器(9)和两路相同的器件组成，每路器件包括运算放大器MC1458(5)、有源带阻滤波器(6)、光电隔离器(7)和施密特触发器74LS14(8)；每路器件的连接关系为：运算放大器(5)与有源带阻滤波器(6)相连，有源带阻滤波器(6)与光电隔离器(7)相连，光电隔离器(7)的输出与施密特触发器(8)相连；两路施密特触发器(8)的输出与示波器(9)相连，如图2。

其中，有源带阻滤波器(6)由运算放大器MC1458、电容、电感、电阻R^*和另外三个等值电阻R₁、R₂和R₃组成，电感由回转器产生。具体连接关系为：输入信号加到电阻R^*上，电阻R^*分别与电阻R₂、电容的一端相连，电阻R₂的另一端分别连接到电阻R₁和运算放大器，电容的另一端与电感一端相连，电感另一端接地，电阻R₁另一端与运算放大器相连，电阻R₃一端与运算放大器相连，一端接地。其连接关系如图3，其中回转器为一个常见的两端口电路元件，用来实现电感和电容的互换，为本领域公知。有源滤波器(6)中的电感即由回转器产生。

模糊调谐模块即消弧线圈模糊控制器，该模糊控制器是一个语言控制器，通过Intel P43.4E工业控制计算机来实现，对实际电网脱谐度值进行周期扫描并显示过程信息，即消弧线圈电感电流、电网三相传输线对地电容电流、接地残流。该模糊控制器以电网脱谐度实测值与给定值之差作为输入，以消弧线圈电感电流变化量为输出，在离线状态下建立模糊控制器状态查询表，该表预先存储于计算机中，根据不同的脱谐度值可确定消弧线圈的最佳档位。

执行机构由15路有载开关和阻尼电阻短接控制电路组成。15路有载开关用来调节调匝式消弧线圈的不同档位。阻尼电阻在电网正常运行时起遏制中性点位移电压过高的作用，当电网发生单相接地故障时，阻尼电阻短接控制电路迅速短接阻尼电阻。

电网脱谐度的测量过程如下：

脱谐度测量模块(2)向调感模块(1)发送一个方波信号U_s，频率自30H_z至80H_z自动变化，以0.1H_z的步进值进行扫描。将取样电阻上的电压U_R和调匝式消弧线圈变压器低压侧电压U_L分别送入运算放大器(5)，进行第一次“方波化”整形，然后分别经过有源带阻滤波器(6)，滤除标准工频信号，然后由光电隔离器(7)进行光电隔离，一次整形往往达不到较好的效果，所以通过施密特触发器(8)进行第二次“方波化”整形，最后送入示波器(9)进行相位分析。当两个电压相位相同时，此时方波信号的频率即为电网自振频率，此时，根据

求得电网当前脱谐度，其中，v为电网脱谐度，f₀为电网自振频率，f为标准工频50H_Z.

得到电网实时脱谐度后，即可进行模糊调谐，模糊调谐流程为：

系统初始化，进行预置值的设定。首先判断单相接地故障发生与否，当中性点位移电压U₀达到或超过电源相电压U的70％时，单相接地故障发生，系统进入故障保护状态，迅速短接阻尼电阻，故障结束后，重新投入阻尼电阻，返回到初始化状态。当没有发生接地故障时，由脱谐度测量模块测得电网实时脱谐度v₁，并判断是否在允许范围内，如果在允许范围内，返回到初始化状态，无需调节，如果不在允许范围内，则对消弧线圈低压侧电压值、电流值进行测量，然后计算消弧线圈电感电流、电网三相传输线对地电容电流、接地残流。如果残流越限，则查找模糊控制器状态查询表，确定消弧线圈的最佳档位，通过15路有载开关实现不同档位之间的切换，如果残流没有越限，返回到初始化状态，重新判断系统故障与否，重复上述过程。

本实用新型向消弧线圈低压侧注入一系列幅值恒定、频率自动变化的方波信号，并以此作为扫描信号，通过对取样信号的一系列处理，测出电网自振频率f₀，计算出脱谐度实际值v₁，再根据实测值与给定值的误差，通过查找模糊控制器状态查询表来决定消弧线圈的最佳档位，所需设备简单，易于操作，直接测量电网脱谐度，不需要其它参数，测量误差小，精度高，并且系统实时性非常好。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种调匝式消弧线圈模糊调谐系统，其特征为该系统包括调感模块、脱谐度测量模块、模糊调谐模块和执行机构四部分；电网中性点经调感模块接地，调感模块与脱谐度测量模块相连，脱谐度测量模块向调感模块发送一个方波信号，调感模块则将两个电压信号取样到脱谐度测量模块，脱谐度测量模块的输出与模糊调谐模块相连，模糊调谐模块的输出与执行机构相连，执行机构与调感模块相连。

2.如权利要求1所述的调匝式消弧线圈模糊调谐系统，其特征为所述调感模块由调匝式消弧线圈和阻尼电阻组成，两者为串联关系，电网主变侧为星型连接或三角形连接，当为星型连接时，调匝式消弧线圈可直接安装在电网中性点上；当电网主变侧为三角形连接时，则经过Z型接地变压器引出电网中性点。

3.如权利要求1所述的调匝式消弧线圈模糊调谐系统，其特征为所述脱谐度测量模块由示波器和两路相同的器件组成，每路器件包括运算放大器、有源带阻滤波器、光电隔离器和施密特触发器；每路器件的连接关系为：运算放大器与有源带阻滤波器相连，有源带阻滤波器与光电隔离器相连，光电隔离器的输出与施密特触发器相连；两路施密特触发器的输出与示波器相连。

4.如权利要求1所述的调匝式消弧线圈模糊调谐系统，其特征为所述模糊调谐模块即消弧线圈模糊控制器，该模糊控制器为一个语言控制器。

5.如权利要求1所述的调匝式消弧线圈模糊调谐系统，其特征为执行机构由多路有载开关和阻尼电阻短接控制电路组成。