專利名稱：一種隨調(diào)式消弧線圈自動調(diào)諧控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電氣技術(shù)領(lǐng)域的測量和控制方法，具體是電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的自動跟蹤調(diào)諧控制技術(shù)。

背景技術(shù)：
諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地故障點(diǎn)的殘流越小越有利于故障電弧的熄滅、越有利于故障自恢復(fù)、越有利于提高配電網(wǎng)供電的可靠性。在諧振接地系統(tǒng)中，接地故障點(diǎn)的殘流主要有兩部分一是欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償后的無功零序電流，它的大小決定于補(bǔ)償脫諧度。消弧線圈自動跟蹤補(bǔ)償技術(shù)可以保證該部分電流控制在一個允許的范圍內(nèi)。二是電網(wǎng)零序回路的有功損耗電流。包括電網(wǎng)導(dǎo)線和各元件的對地電導(dǎo)和消弧線圈的有功損耗、接地網(wǎng)和接地極電阻損耗、接地點(diǎn)過渡電阻等的損耗。已有多種隨調(diào)式消弧線圈自動跟蹤調(diào)諧控制方法，兩點(diǎn)解析法[1]、注入變頻信號法[2-3]、注入工頻電流[4]、諧振法結(jié)合曲線擬合法[5]等，它們在線測量電網(wǎng)的對地電容電流后，控制消弧線圈自動調(diào)諧，有效抑制了第一部分殘流的大小，并都已用于我國配電網(wǎng)消弧線圈的單機(jī)調(diào)諧控制，而第二部分殘流(接地電流的有功分量)的在線準(zhǔn)確測量研究卻鮮有人知，還未見有一種較為成熟的較精確的測量方法。本發(fā)明提出一種新的用于隨調(diào)式消弧線圈自動調(diào)諧控制的方法，通過測量電網(wǎng)不平衡電壓的變化，計(jì)算出電網(wǎng)對地電容電流，用于對被調(diào)消弧線圈的控制，同時還測量出電網(wǎng)接地故障電流中的有功分量。這更有助于精確判定接地電流的大小，更有助于了解單相接地故障時的滅弧條件，更有助于提高消弧線圈動作的成功率。
參考文獻(xiàn) 1、陳柏超，陳維賢，尹忠東，劉益慧，10kV電網(wǎng)新型自動調(diào)諧消弧線圈及控制裝置，中國電力，Vol.30，No.9，1997，9，70-71。
2、曾祥君，尹項(xiàng)根，于永源等，基于注入變頻信號法的經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)控制與保護(hù)新方法，中國電機(jī)工程學(xué)報，2000 20(1)29-32 3、李玲玲，孫鶴旭，王曉宏，諧振接地電力網(wǎng)自動調(diào)諧的新方法，中國電機(jī)工程學(xué)報，第23卷第6期，2003年6月，77-80 4、D.Griffel，Y.Harmand，V.Leitloff，J.Bergeal，A new deal for safety and qualityon MV networks，IEEE Transactions on Power Deliverry，Vol.12，No.4，October 19971428-1433 5、陳忠仁，吳維寧，張勤，陳家宏，調(diào)匝式消弧線圈自動調(diào)諧新方法，電力系統(tǒng)自動化，Vol. 29，No.24，2005第12月，75-78。


發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種隨調(diào)式消弧線圈自動調(diào)諧控制方法，該方法既對電網(wǎng)對地電容電流進(jìn)行精確測量，用于對被調(diào)消弧線圈的控制，同時還測量出電網(wǎng)接地故障電流中的有功分量，更有助于精確判定接地電流的大小；該方法既可用于“調(diào)容式”、“偏磁式”，也可用于“相控式”、“三相五柱式”等隨調(diào)式消弧線圈的調(diào)諧控制，本質(zhì)上屬于隨調(diào)式消弧線圈的通用調(diào)諧控制方法。
技術(shù)方案本發(fā)明的一種隨調(diào)式消弧線圈自動調(diào)諧控制的方法包括以下步驟 步驟a.在消弧線圈送電運(yùn)行的第一時間就首先測量電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量，同時記憶下電網(wǎng)的相對不平衡度 步驟b.在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，測量電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U02和電網(wǎng)的某一線電壓值UX2，判斷U02是否超過消弧線圈動作整定值U0dz1，若沒有超過消弧線圈動作整定值U0dz1，則說明電網(wǎng)正常運(yùn)行，轉(zhuǎn)入步驟c進(jìn)行； 若超過消弧線圈動作整定值U0dz1，則說明電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，立即控制被調(diào)消弧線圈輸出已計(jì)算好的需要補(bǔ)償?shù)碾娏鱅C，使電網(wǎng)盡快進(jìn)入“全補(bǔ)償”狀態(tài)，熄滅故障電弧，并進(jìn)入步驟d； 步驟c.計(jì)算并監(jiān)視電網(wǎng)相對不平衡度的變化其中，由此來判斷電網(wǎng)是否有投、切線路操作，決定是否對電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量重新測量，若其中ΔU0dz*為相對不平衡度增量整定值，說明電網(wǎng)的三相對地電容CA、CB和CC發(fā)生了變化，電網(wǎng)有操作，退回到步驟a；若說明電網(wǎng)的三相對地電容CA、CB和CC沒有發(fā)生變化，電網(wǎng)無操作，則進(jìn)行步驟b； 步驟d.消弧線圈動作后，監(jiān)視中性點(diǎn)偏移電壓U02的變化，若U02≥U0dz2，則說明電網(wǎng)單相接地故障仍然存在，消弧線圈繼續(xù)輸出補(bǔ)償電流；若U0≤U0dz2，則說明電網(wǎng)單相接地故障已消失，電網(wǎng)開始正常運(yùn)行，立即控制被調(diào)消弧線圈恢復(fù)原態(tài)，調(diào)諧控制器退回到步驟b運(yùn)行；其中U0dz2是消弧線圈停止動作的整定值，一般U0dz2≥U0dz1。
其中，步驟a所述的測量電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量的測量方法由如下步驟完成 ①在測量以前，測量出電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U01和電網(wǎng)的某一線電壓值UX1； ②測量時控制被調(diào)消弧線圈輸出一個“已知的”補(bǔ)償電流增量ΔIB或叫補(bǔ)償電納增量

并在輸出補(bǔ)償電流增量ΔIB期間，測量出電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U02和電網(wǎng)的某一線電壓值UX2； ③由式1或式2計(jì)算電網(wǎng)的對地電容電流IC和接地故障電流的有功分量Ig；

式中

u01(k)和u02(k)分別為電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U01和U02的采樣值；N為一個工頻周期T的采樣點(diǎn)數(shù)；UN為電網(wǎng)額定線電壓；L為消弧線圈輸出下限補(bǔ)償電流時的電感值。
有益效果本發(fā)明提供一種隨調(diào)式消弧線圈調(diào)諧控制方法，它既對電網(wǎng)對地電容電流進(jìn)行精確測量，用于對被調(diào)消弧線圈的控制，同時還測量出電網(wǎng)接地故障電流中的有功分量，更有助于精確判定接地電流的大小，更有助于了解單相接地故障時的滅弧條件，更有助于提高消弧線圈動作的成功率。它有測量調(diào)諧原理思路清晰、計(jì)算簡單、很易用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)、所用費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。它既可用于“調(diào)容式”、“偏磁式”，也可用于“相控式”、“三相五柱式”等消弧線圈的調(diào)諧控制，本質(zhì)上是一種隨調(diào)式消弧線圈通用調(diào)諧控制方法，適用于不同制造商生產(chǎn)的隨調(diào)式消弧線圈的調(diào)諧控制。



圖1是電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地等值電路示意圖， 圖2是調(diào)諧控制流程示意圖， 圖3是調(diào)諧控制硬件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施可直接從PT二次側(cè)取得電網(wǎng)的母線電壓信號和零序電壓信號；控制器輸出的“脈沖”可用于“相控式”、“偏磁式”、“三相五柱式”消弧線圈的調(diào)諧控制，“開關(guān)量”可用于“調(diào)容式”等消弧線圈的調(diào)諧控制。調(diào)諧控制器硬件結(jié)構(gòu)見圖3。
本發(fā)明按下述步驟執(zhí)行 步驟a.在消弧線圈送電運(yùn)行的第一時間就首先測量電網(wǎng)的對地電容電流IC和接地故障電流的有功分量Ig，同時記憶下電網(wǎng)的相對不平衡度然后進(jìn)行步驟b； 步驟b.在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，測量電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U02和電網(wǎng)的某一線電壓值UX2，判斷U02是否超過消弧線圈動作整定值U0dz1，由于單相接地故障的最顯著的特征是電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓的升高，因此，若U02沒有超過消弧線圈動作整定值U0dz1，則說明電網(wǎng)正常運(yùn)行，轉(zhuǎn)入步驟c進(jìn)行；若超過消弧線圈動作整定值U0dz1，則說明電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，立即控制被調(diào)消弧線圈輸出已由步驟a計(jì)算好的需要補(bǔ)償?shù)碾娏鱅C，使電網(wǎng)盡快進(jìn)入“全補(bǔ)償”狀態(tài)，熄滅故障電弧，并進(jìn)入步驟d； 步驟c.計(jì)算并監(jiān)視電網(wǎng)相對不平衡度的變化由此來判斷電網(wǎng)是否有操作(投、切線路)，決定是否對電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量重新測量。有2個原因會造成電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓的變化，一是電網(wǎng)電壓的變化，電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓與電網(wǎng)電壓成正比；二是電網(wǎng)的三相對地電容CA、CB和CC發(fā)生了變化，即電網(wǎng)有操作。顯然，前一原因不會造成電網(wǎng)相對不平衡度的變化，只有后一原因能造成電網(wǎng)相對不平衡度的變化，因此，電網(wǎng)相對不平衡度的變化能準(zhǔn)確反映電網(wǎng)的三相對地電容CA、CB和CC是否有變化，即電網(wǎng)是否有操作。若其中ΔU0dz*為相對不平衡度增量整定值，說明電網(wǎng)的三相對地電容CA、CB和CC發(fā)生了變化，電網(wǎng)有操作，需要重新測量電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量，退回到步驟a；若說明電網(wǎng)無操作，電網(wǎng)的三相對地電容CA、CB和CC沒有發(fā)生變化，無需重新測量電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量，則進(jìn)行步驟b； 步驟d.消弧線圈動作后，電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓的大小仍是判斷電網(wǎng)是否存在單相接地故障的最有效判據(jù)，因此，通過監(jiān)視中性點(diǎn)偏移電壓U02的變化可準(zhǔn)確判斷電網(wǎng)的單相接地故障是否消失。若U02≥U0dz2，則說明電網(wǎng)單相接地故障仍然存在，消弧線圈繼續(xù)輸出補(bǔ)償電流；若U0≤U0dz2，則說明電網(wǎng)單相接地故障已消失，電網(wǎng)開始正常運(yùn)行，立即控制被調(diào)消弧線圈恢復(fù)原態(tài)，調(diào)諧控制器退回到步驟b運(yùn)行；其中U0dz2是消弧線圈停止動作的整定值，一般U0dz2≥U0dz1。
步驟a中電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量的測量方法由如下步驟完成 ①在測量以前，先測量出電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U01。
②測量時控制被調(diào)消弧線圈輸出一個“已知的”補(bǔ)償電流增量ΔIB(或叫補(bǔ)償電納增量

并在輸出補(bǔ)償電流增量ΔIB期間，測量出電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U02。這里“已知的”補(bǔ)償電流增量ΔIB不是一個測量值，它是由消弧線圈在額定工作電壓下的控制特性決定的值，其本質(zhì)是補(bǔ)償電納增量

如對“調(diào)容式”消弧線圈，它是消弧線圈在額定電壓下兩檔之間的差值；再如對“偏磁式”消弧線圈，它是消弧線圈在額定電壓下零偏磁控制電流與一個給定的偏磁控制電流下消弧線圈輸出補(bǔ)償電流的差值；又如對“相控式”消弧線圈，它是消弧線圈在額定電壓下零導(dǎo)通角與一個給定的控制導(dǎo)通角下消弧線圈輸出補(bǔ)償電流的差值。這個值是消弧線圈的特性決定的，在消弧線圈出廠時是可以精確“已知的”。
③由式1或式2計(jì)算電網(wǎng)的對地電容電流IC和接地故障電流的有功分量Ig；

式中

u01(k)和u02(k)分別為電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U01和U02的采樣值；N為一個工頻周期T的采樣點(diǎn)數(shù)；UN為電網(wǎng)額定線電壓；L為消弧線圈輸出下限補(bǔ)償電流時的電感值； 式1和式2可從以下方法推導(dǎo)得 由圖1可見，以上測量的U01和U02可由下式表示 式中，a＝ej2π/3；C∑＝CA+CB+CC；

電網(wǎng)中A相相電勢，V。
以上兩式相減得 則 上式兩邊同乘以額定相電壓得 上式右邊取實(shí)部得電網(wǎng)接地電容電流IC，取虛部得接地故障電流中有功分量Ig 實(shí)測時，可取電網(wǎng)某一在單相接地故障時相位不變的相量(如電網(wǎng)的線電壓)為參考相量，這樣可保證兩相量

和

在不同時間測量時，它們的差角θ測量精確無誤。兩相量

和

相對于該參考相量的初相角分別為

和

，則
由此便可推導(dǎo)得式1和式2。
④依據(jù)IC值確定被調(diào)消弧線圈需要輸出的補(bǔ)償電流。
具體控制流程如圖2。
權(quán)利要求
1.一種隨調(diào)式消弧線圈自動調(diào)諧控制方法，其特征是該調(diào)諧控制方法包括以下步驟
步驟a.在消弧線圈送電運(yùn)行的第一時間就首先測量電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量，同時記憶下電網(wǎng)的相對不平衡度
步驟b.在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，測量電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U02和電網(wǎng)的某一線電壓值UX2，判斷U02是否超過消弧線圈動作整定值U0dz1，若沒有超過消弧線圈動作整定值U0dz1，則說明電網(wǎng)正常運(yùn)行，轉(zhuǎn)入步驟c進(jìn)行；
若超過消弧線圈動作整定值U0dz1，則說明電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，立即控制被調(diào)消弧線圈輸出已計(jì)算好的需要補(bǔ)償?shù)碾娏鱅C，使電網(wǎng)盡快進(jìn)入“全補(bǔ)償”狀態(tài)，熄滅故障電弧，并進(jìn)入步驟d；
步驟c.計(jì)算并監(jiān)視電網(wǎng)相對不平衡度的變化其中，由此來判斷電網(wǎng)是否有投、切線路操作，決定是否對電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量重新測量，若其中ΔU0dz*為相對不平衡度增量整定值，說明電網(wǎng)的三相對地電容CA、CB和CC發(fā)生了變化，電網(wǎng)有操作，退回到步驟a；若說明電網(wǎng)的三相對地電容CA、CB和CC沒有發(fā)生變化，電網(wǎng)無操作，則進(jìn)行步驟b；
步驟d.消弧線圈動作后，監(jiān)視中性點(diǎn)偏移電壓U02的變化，若U02≥U0dz2，則說明電網(wǎng)單相接地故障仍然存在，消弧線圈繼續(xù)輸出補(bǔ)償電流；若U0≤U0dz2，則說明電網(wǎng)單相接地故障已消失，電網(wǎng)開始正常運(yùn)行，立即控制被調(diào)消弧線圈恢復(fù)原態(tài)，調(diào)諧控制器退回到步驟b運(yùn)行；其中U0dz2是消弧線圈停止動作的整定值，一般U0dz2≥U0dz1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨調(diào)式消弧線圈自動調(diào)諧控制方法，其特征是步驟a所述的測量電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量的測量方法由如下步驟完成
①在測量以前，測量出電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U01和電網(wǎng)的某一線電壓值UX1；
②測量時控制被調(diào)消弧線圈輸出一個“已知的”補(bǔ)償電流增量ΔIB或叫補(bǔ)償電納增量
并在輸出補(bǔ)償電流增量ΔIB期間，測量出電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U02和電網(wǎng)的某一線電壓值UX2；
③由式1或式2計(jì)算電網(wǎng)的對地電容電流IC和接地故障電流的有功分量Ig；
式1
式2
式中
u01(k)和u02(k)分別為電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓U01和U02的采樣值；N為一個工頻周期T的采樣點(diǎn)數(shù)；UN為電網(wǎng)額定線電壓；L為消弧線圈輸出下限補(bǔ)償電流時的電感值。
全文摘要
一種隨調(diào)式消弧線圈自動調(diào)諧控制方法，通過測量電網(wǎng)不平衡電壓的變化，進(jìn)而計(jì)算出電網(wǎng)對地電容電流和電網(wǎng)接地故障電流中的有功分量。在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，測量電網(wǎng)中性點(diǎn)不平衡電壓和電網(wǎng)的某一線電壓值，計(jì)算并監(jiān)視電網(wǎng)相對不平衡度的變化，由此來判斷電網(wǎng)是否有投、切線路操作，決定是否對電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量重新測量。測量電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量時，首先測量電網(wǎng)的不平衡電壓，然后控制器控制被調(diào)消弧線圈向電網(wǎng)增加輸出一個補(bǔ)償電流(電納)，再次測量電網(wǎng)的不平衡電壓，進(jìn)而可計(jì)算出電網(wǎng)的對地電容電流和接地故障電流的有功分量。本發(fā)明簡單易行，不影響電網(wǎng)正常運(yùn)行，測量精度高，很適合于消弧線圈的隨調(diào)控制。
文檔編號H02H9/00GK101626158SQ20091018315
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者軼 唐 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)