一種具有故障電弧檢測功能的靜止型無功發生器及方法與流程
2024-02-06 06:11:15 1
本發明涉及電能質量檢測管理技術領域，特別涉及一種具有故障電弧檢測功能的靜止型無功發生器及方法。
背景技術：
隨著我國經濟的不斷發展，生產生活所需各種用電設備不斷增多，相應的，電力系統的組成部分越來越多，工作狀態也更加複雜多變，這就極大地增大了電力系統故障的發生概率。故障電弧在電氣類火災成因中佔據了相當大的比例，因此，及時準確地發現故障電弧的出現對保障安全生產和百姓生活有著重要的作用。而靜止無功發生器(staticvargenerator,svg)作為新型無功補償設備，具有無功電流調節速度快、運行範圍廣、諧波含量低等優點，在改善電能質量和無功補償方面起到了非常重要的作用。
電弧是一種氣體放電現象，是電流通過某些絕緣介質所產生的瞬間火花。隨著我國經濟水平的提高，生活用電量增加迅速，配電系統也越來越複雜。由於配電線路空間有限，配電箱中許多導線捆綁一起，當用電處於過負荷狀態時會使得電纜絕緣受到損害，進而產生故障電弧引發電氣火災。另外，當線路與線路之間接觸不良或環境因數的影響，出現用電通斷情況時，連接點處會產生故障電弧進而引發火災。由於故障電弧的電壓有效值與非故障時電壓有效值接近，當發生故障電弧時，保護裝置將很難發現。
然而，由於靜止型無功發生器的安裝，電流中的高頻諧波分量有可能被補償掉導致原有故障電弧檢測設備無法正常檢測到故障電弧，影響故障電弧檢測設備的正常工作。
同時，電容、電感、晶閘管、igbt等非線性負載的使用，會引起電路中的電流諧波，也會使常規的故障電弧檢測方法出現漏判、誤判。而如果利用諧波含有率的變化率可以排除非線性負載的幹擾，用這種方法，重點比較其變化率，若是電路中接入非線性負載，引發諧波含有率增加超限，但其變化率不會超限。只有發生故障電弧時，諧波含有率會劇烈變化，相鄰兩周期間諧波含有率的變化率會超限，從而判定為故障電弧。目前，還沒有這種利用諧波含有率的變化率對故障電弧進行判定的方法。
技術實現要素：
為了解決背景技術中所述問題，本發明提供一種具有故障電弧檢測功能的靜止型無功發生器及方法，將故障電弧的電流檢測與無功發生器的電流檢測部分進行共享，採用同一檢測信號，使用共同的主控制單元同時進行故障電弧分析和無功電流計算，使裝置能夠在故障電弧特徵電流被補償前被採樣出來，保證故障電弧的準確檢測。其中的故障電弧檢測方法利用電流差異參數的判定結果作為前提，採用諧波含有率變化率對故障電弧進行判斷，可以有效排除非線性負載的幹擾，同時採用四種判斷手段進行判斷，準確檢測出故障電弧。
為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案實現：
一種具有故障電弧檢測功能的靜止型無功發生器，包括電壓傳感器、電流傳感器、採樣電路、信號處理電路、主控mcu、電弧故障報警電路、開關量隔離輸出電路、igbt驅動電路和svg主電路；
所述的主控mcu通過信號處理電路和採樣電路連接電壓傳感器和電流傳感器，主控mcu將同一電壓和電流採樣信號分別經過故障電弧分析和無功電流計算後，分別進行故障電弧報警輸出和igbt控制輸出；使裝置能夠在故障電弧特徵電流被補償掉前被採樣出來，保證故障電弧的準確檢測。
所述的主控mcu在輸出故障電弧報警的同時還通過開關量隔離輸出電路控制電源斷路器的斷開，故障時切斷電源。
所述的svg主迴路為電力電子變流器，包括多組igbt單元，組成兩電平或三電平三相電壓源型換流器拓撲，還可以組成分相h橋結構拓撲，所述的主控mcu通過igbt驅動電路輸出igbt的觸發脈衝，實時補償電網中的無功電流。
一種具有故障電弧檢測功能的靜止型無功發生器的控制方法，包括以下步驟：
步驟一、系統初始化，裝置上電；
步驟二、採集系統三相電壓和三相電流，並將信號送至信號調製處理電路；
步驟三、信號調製處理電路分別對電壓和電流信號進行調製處理，並將調製過後的信號送至主控mcu單元；
步驟四、主控mcu單元由採樣電流、電壓參數計算出系統的無功電流數值；同時，對電流信號處理，提取電弧電流特徵值；
步驟五、主控mcu單元根據計算的無功電流，得出svg需要的補償電流量，生成觸發脈衝，控制igbt，實時補償電網中無功電流；
同時，主控mcu單元根據經過邏輯計算，對提取電弧電流特徵值進行分析判斷，如符合故障電弧信號，則向故障電弧預警模塊發出指令，並通過輸出信號切斷電源斷路器，切斷故障電弧；如不符合則不發出指令，並返回步驟二。
一種具有故障電弧檢測功能的靜止型無功發生器中的故障電弧檢測方法，採用四種條件共同判斷，並且其中一種判定條件利用電流差異參數的判定結果作為前提，採用諧波含有率變化率對故障電弧進行判斷，能夠在複雜情況下有效檢測出故障電弧，包括如下步驟：
步驟1：持續對電流進行採樣(根據實際硬體情況，每周期採64或128個點)；
步驟2：電流的採樣值為128點每周期或64點每周期。以64點為例，將電流採樣值記為i0、i1、……、i63，正常周期電流記為in0、in1、……、in63(採樣值和正常值均為標么值)。計算當前的採樣周期電流與正常周期電流的差異參數：
將iper與閾值s1比較，若iper＞s1，則將採樣電流值幅給正常周期電流值，更新正常周期電流值；若iper＞s1，則進行進一步的分析計算來判斷是否由故障電弧發生；
步驟3：計算電流的平均值：
用電流的平均值來判斷電流的正負半周是否對稱。若iave大於給定閾值s2，則認為波形對稱性不滿足要求，為波形對稱指示參數m1賦值1，否則為m1賦值0；
步驟4：計算採樣電流相鄰兩個採樣值的差值：
δik＝ik+1-ik(k＝0,1,2……62)(3)
用該差值的最大值kv＝max[δi0，δi1，...，δi62]來表示電流的最大變化率。若kv大於閾值s3，則認為電流變化率過大，為電流變化率參數m2賦值1，否則m2賦值為零；
步驟5：計算電流的波型參數：
其中，α根據實際電流進行設置，一般取正常電流峰值。用電流的波型參數可以表示出電流是否含有平肩部。若kp大於閾值s4，則認為電流含有平肩部，為平肩部指示參數m3賦值1，否則m3賦值為零；
步驟6：用fft檢測採樣電流諧波，計算採樣電流高次諧波(此處計算第3、5、7、9次諧波)含有率變化率δpn，若δpn大於閾值s4，則認為採樣電流諧波含量不正常，為諧波指示參數m4賦值為1，否則賦值為0；
步驟7：計算上述步驟3～步驟6中四個指示參數的和，即m＝m1+m2+m3+m4；若m>＝2,故障電弧周波數指示參數sum＝sum+1，若sum>＝6，則觸發報警信號；若sum<6，則返回步驟2繼續判別；若m＝2,故障電弧周波數指示參數sum＝sum+1，若sum>＝6，則觸發報警信號；若sum<6，則返回步驟2繼續判別；若m<2,則認為沒有故障電弧發生，為sum賦值0，並將正常電流更新為此時的採樣電流。
步驟6的具體步驟如下：
步驟601.計算出採樣周期奇次諧波含有率變化率δpn和設定閾值δpth比較；諧波含有率定義為其中i1為基波電流，ih為第h次諧波電流的均方根值，xh1為第h次諧波電流採樣值，m為採樣點數，本例中取3、5、7、9次諧波，計算奇次諧波含有率為
步驟602.以步驟2判斷出的第1個正常工頻採樣周期電流奇次諧波含有率p為基礎值，計算相鄰兩個工頻採樣周期電流奇次諧波含有率變化率δpn，δpn＝pn-p，兩次採樣周期之間電流奇次諧波含有率之差為採樣周期奇次諧波含有率變化率δpn。
本發明的一種具有故障電弧檢測功能的靜止型無功發生器，將故障電弧的電流檢測與無功發生器的電流檢測部分進行共享，採用同一檢測信號，使裝置能夠在故障電弧特徵電流被補償前被採樣出來，保證故障電弧的準確檢測。
本發明的一種具有故障電弧檢測功能的靜止型無功發生器及其控制方法，利用同一主控mcu對同一電流數據進行處理，分別計算故障電弧特徵值和無功電流值，分別對故障電弧報警電路和svg的igbt驅動電路進行控制，完美的實現了用單個設備實現兩種功能的同時兼顧使用，有效解決由於無功發生器的使用而造成故障電弧被漏判、誤判的問題。
本發明的一種具有故障電弧檢測功能的靜止型無功發生器的故障電弧檢測方法，利用電流差異參數的判定結果作為前提，採用諧波含有率變化率對故障電弧進行判斷，可以有效排除非線性負載的幹擾，同時採用四種判斷手段進行判斷，準確檢測出故障電弧。
以上實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於上述的實施例。上述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。