配電網接地自適應控制系統及方法
2023-05-06 14:58:26 1
配電網接地自適應控制系統及方法
【專利摘要】配電網接地自適應控制系統，其在原系統基礎上增加了母線PT、自適應控制並聯迴路及自適應控制模塊等，在該系統的支持下，通過自適應控制方法，使開關的投切和電阻值的調整通過自適應控制模塊實現了優化調整，該方法還對消弧線圈和可變電阻檔位調整提出了一種自適應控制的優化策略。本發明提高了跳開故障線路的準確性，有效降低下一次故障時控制調整的誤差，有效防止了接地故障信號的錯發，大幅提高了系統單相接地的選線準確性。
【專利說明】配電網接地自適應控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種配電網中性點的接地系統，具體的說是一種配電網接地自適應控 制系統及自適應控制方法。
【背景技術】
[0002] 電網中性點的接地方式與電力系統運行可靠性、安全性和經濟性密切相關，隨著 智能電網的建設和發展，針對城市電網和配電網中性點接地方式的選擇成為了當前電網智 能化改造建設的重點關注問題。當前中壓配電網中，中性點的接地方式主要包括不接地、經 消弧線圈接地和經小電阻接地三種方式，下面對這三種方式做簡單分析：
[0003] 1)不接地方式
[0004] 該方式下，實際是經變壓器中性點的等值電容接地，絕緣狀況不好時還包括洩漏 電阻，系統的零序阻抗呈現容性。當發生接地故障時，非故障相的電壓最高會升至線電壓， 而故障點流過的電流為非故障線路電容電流的總和。當系統規模不大時，該接地方式下的 電容電流較小，對系統影響較小，系統允許運行一段時間，能有效提高用戶的供電可靠性， 該方式在系統電網建設初期得到廣泛應用。隨著系統規模的增大，且城市電網中電纜的比 例越來越大，對地電容電流達到一定值時，容易產生弧光接地過電壓，造成系統設備絕緣破 壞，嚴重影響系統的安全性。
[0005] 2)經消弧線圈接地
[0006] 該方式採用消弧線圈接入中性點，消弧線圈是一種鐵心帶空氣間隙的可調電桿線 圈，通常經接地變的虛擬中性點接入系統，實現對電容電流的補償，且消弧線圈會使故障相 恢復電壓上升速度變慢，能保證故障點電弧迅速熄滅和避免發生重燃，有效避免電弧的接 地過電壓；另一方面，能有效限制單相故障時的接地電流，降低對設備和系統裝置的要求。 當系統發生瞬時單相接地故障時，消弧線圈能使故障點電弧迅速熄滅，實現故障的快速自 動消除。但該接地方式下，針對電纜線路常發生的永久性故障無法實現快速隔離，需要根據 選線信息進行人工拉路，另外由於單相故障時的接地電流較小，增大了故障選線的難度，選 線裝置的準確率難以保證。
[0007] 3)經小電阻接地
[0008] 該方式是在接地變的虛擬中性點接入低電阻，可以避免不接地方式下的弧光過電 壓，同時發生單相接地時，故障電流較大，能有效實現故障選線，並能使保護快速動作跳閘 隔離故障。該方式下非故障相的過電壓水平較低，對設備絕緣水平要求相對較低。該方式 針對城市電網的電纜線路來說是一種理想的接地方式。由於電纜線路的故障多為永久性故 障，過大的電容電流易使單相故障範圍擴大為相間故障，因此小電阻的接地方式能使保護 及時跳閘來切除故障線路。但該方式下系統中任何的單相接地故障都會動作於跳閘，對於 以架空線路為主或以架空與電纜混合線路組成的電網，其線路跳閘率過高，降低了供電可 靠性。
[0009] 從上述可看出，若前配電網中性點的接地方式常採用不接地或經消弧線圈接地， 當發生單相接地故障時，接地電流較小，斷路器保護不動作，通過發出接地信號提醒調控人 員，若為永久性故障需要根據選線信息採取人工拉路的方法來判斷故障線路並隔離。此類 接地方式下針對線路永久性故障（特別是電纜線路故障）的隔離效率較低，易造成設備長 時間的過電壓運行，且人為判斷操作的可靠性難以保證，影響設備和人身安全。若採用中性 點經小電阻接地的方式，當線路發生單相接地故障時，所產生的大電流信號能有效實現斷 路器保護的準確動作，快速實現故障線路的隔離，能有效避免線路長時間的過電壓運行，降 低絕緣強度，但該方式下無法區分瞬時性接地故障和永久性接地故障，即系統中任何單相 接地故障都使保護動作於跳閘，特別當10kV架空線路的單相接地故障概率較高，這種接地 方式大大降低了系統的供電可靠性。因此如何統籌考慮瞬時性接地和永久性接地故障以及 架空線路和電纜線路等多種情況，提出一種能實現自適應控制的配電網接地方式，對提高 電網的供電可靠性和運行安全性至關重要。
【發明內容】
[0010] 為了克服上述現有技術存在的缺點，本發明提出一種配電網接地自適應控制系統 及自適應控制方法，在該系統的支持下，通過自適應控制方法，使開關的投切和電阻值的調 整通過自適應控制模塊實現了優化調整，而且該系統有效防止了接地故障信號的錯發，大 幅提高了系統單相接地的選線準確性。
[0011] 為了解決上述問題，本發明採用以下技術方案：一種配電網接地自適應控制系統， 包括線路零序CT和消弧線圈，其特徵在於，還包括：母線PT、自適應控制並聯迴路、自適應 控制模塊和外部輸入輸出設備，所述自適應控制並聯迴路包括可變電阻和與其串聯的開 關。
[0012] 所述自適應控制模塊包括接地判斷模塊、跳閘控制和自適應優化模塊、接地選線 模塊及輸入輸出模塊，所述接地判斷模塊對中性點電壓、中性點電流和母線電壓進行判斷， 並發出接地信號和異常信號；所述跳閘控制和自適應優化模塊對所述接地判斷模塊輸出的 接地信號及所述外部輸入輸出設備輸入的參數通過優化控制策略來控制斷路器和自適應 控制並聯迴路的開關；所述接地選線模塊採集線路零序CT值後，在常規選線分析的基礎上 加入線路零序電流中的有功分量，通過與門與常規選線分析耦合；所述輸入輸出模塊與所 述線路零序CT、消弧線圈、母線PT、可變電阻、開關及外部輸入輸出設備連接。
[0013] 進一步的，所述外部輸入輸出設備包括實時電網監測設備、調度中心上位機、顯示 屏、印表機和指示燈，外部輸入輸出設備與輸入輸出模塊通過有線和/或無線方式連接。
[0014] 一種配電網接地自適應控制方法，其特徵在於，包括以下步驟：
[0015] a、接地判斷模塊對中性點電壓、中性點電流和母線電壓進行採樣，採樣過程中應 採用統一的時鐘；
[0016] b、根據靈敏度和裕度，設定母線電壓的最小值Vbmin和最大值Vbmax，當母線電壓的某 相電壓低於v bmin且其餘兩相電壓高於vbmax時，則發出異常信號；
[0017] c、若中性點電壓高於中性點電壓最大值Vset，且母線的某相電壓發出異常信號時， 則判斷為接地故障；若中性點電流高於中性點電流最大值I srt，且母線的某相電壓發出異常 信號，則判斷為接地故障；
[0018] d、接地判斷模塊將異常信號輸出至指示燈，接地故障輸出至跳閘控制和自適應優 化模塊；
[0019] e、跳閘控制和自適應優化模塊採用預調式的跟蹤補償方式，根據電網的實時諧振 頻率，並結合設定的脫諧度對消弧線圈檔位進行調節，具體的優化控制策略如下：
[0020] k = Ceiling[k0+ α ( y - y 0)]
[0021]
【權利要求】
1. 一種配電網接地自適應控制系統，包括線路零序CT和消弧線圈，其特徵在於，還包 括：母線PT、自適應控制並聯迴路、自適應控制模塊和外部輸入輸出設備，所述自適應控制 並聯迴路包括可變電阻和與其串聯的開關， 所述自適應控制模塊包括接地判斷模塊、跳閘控制和自適應優化模塊、接地選線模塊 及輸入輸出模塊，所述接地判斷模塊對中性點電壓、中性點電流和母線電壓進行判斷，並發 出接地信號和異常信號；所述跳閘控制和自適應優化模塊對所述接地判斷模塊輸出的接地 信號及所述外部輸入輸出設備輸入的參數通過優化控制策略來控制斷路器和自適應控制 並聯迴路的開關；所述接地選線模塊採集線路零序CT值後，在常規選線分析的基礎上加入 線路零序電流中的有功分量，通過與門與常規選線分析耦合；所述輸入輸出模塊與所述線 路零序CT、消弧線圈、母線PT、可變電阻、開關及外部輸入輸出設備連接。
2. 根據權利要求1所述的配電網接地自適應控制系統，其特徵在於，所述外部輸入輸 出設備包括實時電網監測設備、調度中心上位機、顯示屏、印表機和指示燈，外部輸入輸出 設備與輸入輸出模塊通過有線和/或無線方式連接。
3. -種配電網接地自適應控制方法，其特徵在於，包括以下步驟： a、 接地判斷模塊對中性點電壓、中性點電流和母線電壓進行採樣，採樣過程中應採用 統一的時鐘； b、 根據靈敏度和裕度，設定母線電壓的最小值vbmin和最大值vbmax，當母線電壓的某相電 壓低於v bmin且其餘兩相電壓高於vbmax時，則發出異常信號； c、 若中性點電壓高於中性點電壓最大值Vset，且母線的某相電壓發出異常信號時，則判 斷為接地故障；若中性點電流高於中性點電流最大值I srt，且母線的某相電壓發出異常信 號，則判斷為接地故障； d、 接地判斷模塊將異常信號輸出至指示燈，接地故障輸出至跳閘控制和自適應優化模 塊； e、 跳閘控制和自適應優化模塊採用預調式的跟蹤補償方式，根據電網的實時諧振頻 率，並結合設定的脫諧度對消弧線圈檔位進行調節，具體的優化控制策略如下： k = Ceiling[k〇+a ( y - y 0)]
式中，1?和k為調整前後的消弧線圈檔位，為設定的脫諧度，γ為掃頻裝置分析計 算得到的實際電網脫諧度，a為調整係數，Ceiling為取整函數； 若消弧線圈檔位調整後系統的脫諧度為Y'，則對並聯電阻檔位的修正調整策略為： R = R〇+ β (y' - y 〇)
式中，R〇為調整前的並聯電阻值，R為調整後的並聯電阻值； f、 當發生接地故障時，首先投入消弧線圈對電容電流進行補償，若為瞬時接地故障，則 不投入可變電阻，若為永久性接地故障，且故障時間大於t srt時，則閉合與可變電阻串聯的 開關，投入根據上述策略預調整的並聯電阻R ; g、在步驟a採樣的同時，接地選線模塊對線路零序CT進行採樣，對線路零序電流中的 有功分量分析通過與門實現與常規選線分析的耦合，若兩者一致則直接對斷路器發出跳閘 信號實現所選擇線路的隔離，若兩者不一致，則僅通過顯示裝置將選線信息提供給調控或 運維人員。
4. 根據權利要求3所述的配電網接地自適應控制方法，其特徵在於，在步驟e中，還包 括以下誤差修正步驟， 根據調整後實際系統的脫諧度和零序電流值對調整係數α和β進行反饋修正，其相 應的修正公式為：
式中，Sa和30為優化調整步長，c為權重係數，I'為實際的零序電流值，、和Imin 為設定的目標零序電流值、最大零序電流值和最小零序電流值。
5. 根據權利要求3所述的配電網接地自適應控制方法，其特徵在於，在步驟f中還包括 延遲控制步驟，即當與可變電阻串聯的開關閉合後的時間大於保護動作時間t與裕度時間 ε的和時，開關自動斷開。
【文檔編號】H02H9/08GK104092206SQ201410277801
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】瞿寒冰, 尹茂林, 林山, 臧宏偉, 于光遠 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司濟南供電公司