小電流接地系統的不對稱電壓控制方法
2023-06-09 11:45:36 1
小電流接地系統的不對稱電壓控制方法
【專利摘要】一種中性點不接地或經消弧線圈接地電力系統的不對稱電壓控制方法，可將由於線路三相參數不平衡引起的不對稱電壓控制到趨近於零。該方法根據系統不對稱電壓與通過系統中性點或三相中任意一相注入的工頻零序電流之間的約束關係，當系統參數已知時，可直接計算注入電流控制不對稱電壓到零；系統參數未知時，從任意幅值和相位的注入電流開始，先改變注入電流相位，再改變注入電流幅值，可使不對稱電壓趨近於零。該方法能自適應線路參數結構的改變，可靈活、有效地控制小電流接地系統的不對稱電壓，維持電網三相電壓平衡，切實提高電網運行的安全性和經濟性。
【專利說明】小電流接地系統的不對稱電壓控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力系統三相電壓平衡控制領域，涉及一種小電流接地系統的不對稱電壓控制方法。
[0002]本發明尤其涉及一種利用有源補償技術控制小電流接地系統不對稱電壓趨近於零的控制方法。
【背景技術】
[0003]我國中壓配電網廣泛採用小電流接地方式，即中性點不接地方式和中性點經消弧線圈接地方式。由於架空線路製造工藝、實際施工以及換位不佳等因素的影響，一般電網的三相對地電容互不相等。除此之外，電網有時會採用非全相供電的方式為單相負荷供電，這也會造成配電網的三相對地電容不對稱。對於採用小電流接地方式的中壓配電網，其中性點會產生一定數值的對地電壓。在經消弧線圈接地系統中，消弧線圈的電感和電網的三相對地電容構成電壓諧振迴路，還會加劇中性點電壓，可能嚴重破壞三相電壓的平衡關係。
[0004]這種由零序電壓引起的三相電壓不平衡雖不會影響用戶的正常供電，但會對電力線路、變壓器、互感器、避雷器等設備造成眾多危害，輕則使電氣設備的效率和性能下降，重則使電氣設備的使用壽命縮短或造成損壞事故，降低電網運行的安全、經濟性能，必須加以限制。
[0005]《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》(DL\T620-1997)中規定，經消弧線圈接地系統在正常運行情況下，中性點的長時間電壓位移不得超過系統額定相電壓的15%。傳統上，限制系統不對稱電壓的方法主要為線路換位、接入耦合電容器以及消弧線圈調諧和適當增大其阻尼率等。但這些方法由於存在施工難度大、需增加設備投入以及不能自適應線路參數和結構的改變等不同缺點，不能有效的限制不對稱電壓。目前，該領域尚缺少靈活、有效的不對稱電壓控制方法。
[0006]基於有源電力電子器件和脈寬調製技術的有源補償技術，通過向配電網注入零序電流來控制系統零序電壓。該技術在中性點非有效接地配電網的單相接地故障消弧中已有應用，其可補償故障點殘流，提高熄弧概率，並在熄弧後控制故障點電壓的恢復速度，防止電弧重燃。其優越的零序電壓控制性能為尋求新的不對稱電壓控制原理提供了思路。
【發明內容】
[0007]本發明解決的技術問題是:小電流接地系統的不對稱電壓控制技術。當小電流接地系統由於線路換位不充分、非全相供電等原因使中性點存在較大電壓(即不對稱電壓)時，能靈活、有效地消除系統不對稱電壓，維持系統三相電壓平衡。
[0008]本發明解決技術問題採取的技術方案是:通過系統中性點或三相中任意一相向系統注入一幅值、相位可控的工頻零序電流，控制系統不對稱電壓趨近於零，維持系統三相電壓平衡。過程為:
[0009]1.當檢測到系統存在不對稱電壓時，立即向系統注入初始注入電流A (幅值為Ip相位為0)。初始注入電流的選擇方法:
[0010]該初始注入電流I1可以為任意幅值和相位的電流，也可由人工預設為某一固定的電流。除此之外，根據理論可推得本發明所述方法的最終注入工頻電流^為:
[0011 ] ij.= -?。.JoXXJji+Cb+C。)
[0012]式中，仏為未注入電流時系統的不對稱電壓，CA、CB、Cc為系統三相對地電容。因
此，對於具有測量三相對地電容條件的系統，也可將此計算值作為初始注入電流Z1，再利用
後續步驟消除測量、計算等方面造成的誤差，以減少注入電流調整時間。
[0013]2.固定注入電流幅值為I1改變電流相位，確定使系統不對稱電壓達到局部最小的相位A
[0014]a.設計數器j=l，記錄初始注入電流(幅值為I1、相位為仍)時的系統不對稱電壓U01;
[0015]b.設計數器j=2，保持注入電流幅值I1不變，在相位奶基礎上以一定步長(設為 )增大注入電流相位為朽=奶+Δρ，記錄其對應的系統不對稱電壓U02，若U02 < U01，則記
錄相位變化方向係數k=0並轉入步驟d ；
[0016]c.保持計數器j=2，保持注入電流幅值I1不變，在相位例基礎上以步長Δρ減小注入電流相位Ψ =Ψχ - ，記錄其對應的系統不對稱電壓U02，若U02 > U01則轉入步驟e，否則記錄電流相位變化方向係數k=l ；
[0017]d.計數器j加1，根據相位變化方向，按照相位步長《V吡續改變相位(Rj ^^0-1)+(-*y ，記錄對應的系統不對稱電壓U0j，如果U0j < U0(H)則返回步驟d ；
[0018]e.確定使系統不對稱電壓最小的相位^為:fPf = fPa-U。
[0019]3.固定注入電流相位化改變電流幅值，確定使系統不對稱電壓到達最小的電流幅值If:
[0020]a.設計數器j=l，記錄幅值為I1、相位為^的注入電流對應的系統不對稱電壓U01;
[0021]b.設計數器j=2，保持注入電流相位^不變，在幅值I1基礎上以一定步長(設為Λ I)增大注入電流幅值為I2 = I1+Λ I，記錄其對應的系統不對稱電壓Utl2，若Utl2 < Utll，則記錄幅值變化方向係數k=0並轉入步驟d ；
[0022]c.保持計數器j=2，保持注入電流相位^不變，在幅值I1基礎上以步長Λ I減小注入電流幅值I2 = I1-A I，記錄其對應的系統不對稱電壓Utl2，若Utl2 > Utll則轉入步驟e，否則記錄電流幅值變化方向係數k=l ；
[0023]d.計數器j加I,根據幅值變化方向，按照幅值步長Δ I繼續改變幅值Ij =1^) + (-1)11，記錄對應的系統不對稱電壓Utlj，如果U0j <隊的)則返回步驟d ；
[0024]e.確定使系統不對稱電壓最小的幅值If為:If = I(j_D。[0025]4.持續向系統注入電流^ (幅值為If，相位力爐，)，控制不對稱電壓趨近於O。若
不對稱電壓的幅值發生改變，則將此刻的注入電流作為初始注入電流A，轉入步驟2。
[0026]與現有技術相比本發明的有益效果是:
[0027]線路三相參數不對稱造成的中壓配電網三相電壓不平衡會縮短電氣設備的使用壽命，容易造成安全事故，必需加以限制。而限制系統不對稱電壓的已有方法由於存在各種缺點，並不能靈活、有效的控制不對稱電壓:(I)合理換位，但對運行中的電網換位難度大，且配電線路異動率高，效果不明顯；(2)使消弧線圈補償裝置適當偏離諧振點運行，或適當增大其阻尼率，減小消弧線圈對不對稱電壓的加劇作用，但效果有限，不能從根本上消除不對稱電壓；(3)增加專用的三相耦合電容器，使三相對地電容相等，但需增加設備投入，且在線路結構、參數發生變化時，不能立即隨之改變，可能加重三相電壓的不平衡程度。
[0028]本發明提出的小電流接地系統不對稱電壓控制原理，根據注入電流與不對稱電壓的約束關係逐步調整注入電流的相位和幅值，控制不對稱電壓趨近於零。本發明所述方法能克服實際運行中出現的各種誤差，精確度和穩定性高，並能自適應線路參數、結構的改變，當電網不對稱狀況發生變化時，只需重新調整注入電流，便可維持電網的三相平衡狀態，能切實提高電網的經濟、安全性能以及電能質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]附圖1為諧振接地系統在某一特定的三相對地電容不對稱情況下，不同幅值注入電流的相位與中性點電壓的約束關係(系統在不同三相對地電容不對稱情況下，其變化趨勢相同)；
[0030]附圖2為諧振接地系統在某一特定的三相對地電容不對稱情況下，不同相位注入電流的幅值與中性點電壓的約束關係(系統在不同三相對地電容不對稱情況下，其變化趨勢相同)；
[0031]附圖3為利用本發明所述方法控制中性點電壓趨近於O的波形圖；
[0032]附圖4為有源補償裝置系統框圖。
【具體實施方式】
[0033]本發明所述方法的【具體實施方式】為:
[0034](I)有源補償裝置
[0035]有源全補償控制裝置由數據採集系統、整流逆變電源、濾波電路、接入電路、控制單元等幾部分構成(如圖4所示)。數據採集系統負責採集控制所需的各項電力系統參數，如不對稱電壓、三相對地電容等，並作為反饋量送給控制單元；控制單元根據算法計算出所需的注入電流，並通過驅動電路控制逆變電路中有源電力電子器件的導通來輸出適合的PWM電壓波；濾波電路負責濾除PWM波中的高頻分量，經過濾波後的電壓通過合適的接入電路為系統提供所需的注入電流，實現對不對稱電壓的控制。有源補償裝置可與消弧線圈並聯或串聯後接入系統中性點，也可從三相中任意一相併聯或串聯接入。
[0036](2)中性點電壓的獲取
[0037]中性點電壓可通過系統中性點接有的三相或零序電壓互感器(TV)直接獲得。[0038]( 3 )初始注入電流< 的選擇
[0039]初始注入電流 <可以為任意幅值和相位的電流，也可由人工預設為某一固定的電流。除此之外，根據理論可推得本發明所述方法的最終注入工頻電流^為:
[0040]if =—U0*Jω(CA + Cg + Cc)
[0041]式中，麼為未注入電流時系統的不對稱電壓，CaXbXc為系統三相對地電容。在實
際運行中，該電流可利用未注入電流時所測得的不對稱電壓和三相對地電容值計算得到，但是由於測量、計算等方面的誤差，該計算值會存在一定誤差。因此，對於具有測量三相對
地電容條件的系統，可將此計算值作為初始注入電流J1，再利用本發明所述方法調整注入
電流，這樣可以顯著縮小注入電流的調整範圍，減小調整所需時間。
[0042](4)系統三相對地電容值的測量
[0043]若選擇將計算所得注入電流作為初始注入電流，則需測得系統三相對地電容值，一般採用信號注入法:通過微機測控器向系統中性點注入異頻信號，同時接收來自電網的反饋信號，根據相應的等值電路和算法，計算得到電網的三相對地電容值。目前信號注入法的注入點可選在TV 二次側開口三角處，或在接地站用變、並聯電容器組的中性點。
[0044](5)控制系統不對稱電壓趨近於零，維持三相電壓平衡
[0045]從初始注入電流開始，先固定注入電流幅值為I1改變電流相位，確定使系統不對稱電壓達到局部最小的相位P/;再固定注入電流相位P/改變電流幅值，確定使系統不對稱電壓到達最小的電流幅值If;持續向系統注入電流(幅值為If，相位為％)，控制不對
稱電壓趨近於0，若不對稱電壓的幅值發生改變，則將此刻的注入電流^作為初始注入電流
Z1，重新調整注入電流。
[0046]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非是對本發明作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保護範圍。
【權利要求】
1.小電流接地系統不對稱電壓控制方法，其特徵在於:通過系統中性點或三相中任意一相向系統注入一幅值、相位可控的工頻零序電流，控制系統不對稱電壓趨近於零，維持系統三相電壓平衡。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於: 從任意幅值(設為I1)和相位(設為奶)的初始注入電流Z1開始，先固定注入電流幅值為I1改變電流相位，確定使系統不對稱電壓達到局部最小的相位P/，再固定注入電流相位為tPf改變電流幅值使系統不對稱電壓達到最小。
3.根據權利要求1和2所述的方法，其特徵在於: 固定注入電流幅值改變電流相位，確定使系統不對稱電壓達到局部最小的相位^的實現過程為: a.設計數器j=l，記錄初始注入電流(幅值為I1、相位為奶)時的系統不對稱電壓Utll； b.設計數器j=2，保持注入電流幅值I1不變，在相位仍基礎上以一定步長(設為Δρ)增大注入電流相位力滬=Ψ\ +卸，記錄其對應的系統不對稱電壓U02，若U02 U01則轉入步驟e,否則記錄電流相位變化方向係數k=l ； d.計數器j加1，根據相位變化方向，按照相位步長'繼續改變相位φ} =^ο.-?)+(-?)Α^，記錄對應的系統不對稱電壓U0j，如果u0j < U0(H)則返回步驟d ； e.確定使系統不對稱電壓最小`的相位^為:
4.根據權利要求1和2所述的方法，其特徵在於: 固定注入電流相位^改變電流幅值，確定使系統不對稱電壓達到最小的電流幅值If的實現過程為: a.設計數器j=l，記錄幅值為I1、相位為A的注入電流對應的系統不對稱電壓Utll； b.設計數器j=2，保持注入電流相位A不變，在幅值I1基礎上以一定步長(設為ΛI)增大注入電流幅值為I2 = I1+Λ I，記錄其對應的系統不對稱電壓Utl2，若Utl2 U01則轉入步驟e，否則記錄電流幅值變化方向係數k=l ； d.計數器j加I，根據幅值變化方向，按照幅值步長ΔI繼續改變幅值Ij = 10-1)+(-1)kA I，記錄對應的系統不對稱電壓U0j,如果U0j < U0(H)則返回步驟d ； e.確定使系統不對稱電壓最小的幅值If為:If= I(j-D ο
5.根據權利要求1和2所述的方法，其特徵在於: 使系統不對稱電壓趨於O的最終注入工頻零序電流^為:if =-U0.jω(CA +Cb+Cc)式中，A為未注入電流時系統的不對稱電壓，CA、CB、Cc為系統三相對地電容。
【文檔編號】H02J3/26GK103887805SQ201410006023
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】薛永端, 謝菁 申請人:中國石油大學(華東)