專利名稱：電抗器諧波過負荷保護的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電抗器諧波過負荷保護的新方法，尤其是采用最小二乘法擬合動作特性和采用有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器計算電抗器等效熱電流的電抗器諧波過負荷保護新方法及其繼電保護裝置。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有電抗器過負荷保護的方法在原理只能實現(xiàn)工頻過負荷，存在不能有效實現(xiàn)電抗器諧波過負荷保護的問題。
現(xiàn)有電抗器過負荷保護原理實現(xiàn)方法可描述如下反時限保護由三部分組成①下限啟動，②反時限部分，③上限定時限部分。上限定時限部分設(shè)最小動作時間定值。
當(dāng)電抗器電流超過下限整定值Iszd時，反時限部分起動，并進行累積。反時限保護熱積累值大于熱積累定值保護發(fā)出跳閘信號。反時限保護，模擬電抗器的發(fā)熱過程，并能模擬散熱。當(dāng)電抗器電流大于下限電流定值時，電抗器開始熱積累，如電抗器相電流小于額定電流時，熱積累值通過散熱慢慢減小。
反時限保護動作方程[(I/Iezd)2-k2srzd]×t≥Kszd式中，Kszd電抗器發(fā)熱時間常數(shù)，Ksrzd電抗器散熱效應(yīng)系數(shù)，Iezd電抗器額定電流二次值。
圖1中tmin反時限上限延時定值，Iszd反時限起動定值。
可以看出現(xiàn)有的電抗器過負荷保護只能反應(yīng)某一個特定的頻率分量，而且這個頻率分量和電抗器額定電流二次值的頻率應(yīng)該相同，否則動作方程中的I/Iezd就失去實際的物理意義，也就不能實現(xiàn)應(yīng)有的過負荷保護功能了。而這個頻率在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)中的電抗器過負荷保護都是取的工頻分量(50Hz)，所以現(xiàn)有的電抗器過負荷保護只能實現(xiàn)工頻過負荷保護。
現(xiàn)有的電抗器過負荷保護在高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用時碰到的問題1.交流輸電系統(tǒng)中基本上只流過工頻電流分量，但是在高壓直流輸電系統(tǒng)中存在大量的電力電子器件，工作時在交直流系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的諧波分量，這些諧波分量通過電力元件中的電抗器和電阻元件時轉(zhuǎn)化成熱能，也可能導(dǎo)致這些元件過熱。
2.現(xiàn)有的過負荷保護的定值一般廠家都能提供比較直接的參數(shù)，而考慮頻率效應(yīng)的發(fā)熱參數(shù)現(xiàn)在一般沒有成熟實用的整定方法，一般依靠進行發(fā)熱試驗來確定幾個電流情況下的發(fā)熱允許時間，而不能直接提供發(fā)熱方程中的散熱效應(yīng)系數(shù)和發(fā)熱常數(shù)等定值，即發(fā)熱的數(shù)學(xué)模型沒有，這大大的提高了在微機保護中實現(xiàn)過負荷保護的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的電抗器和電阻過負荷保護原理，能夠同時準(zhǔn)確的反應(yīng)流過電抗器的工頻電流和諧波電流，為了方便該方法在微機保護中實現(xiàn)，還提出針對離散的試驗數(shù)據(jù)采用最小二乘法來擬合反時限動作特性的方法。
本發(fā)明首次將有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器和最小二乘法引入到電抗器和電阻的過負荷保護，根據(jù)不同頻率分量的電流對電抗器發(fā)熱效應(yīng)之間的參數(shù)比來設(shè)計相應(yīng)的一個有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器，來模擬不同頻率分量的發(fā)熱之間的比例關(guān)系，這樣將流過電抗器的所有工頻基波電流和其他次諧波電流的發(fā)熱貢獻等效到一個單一工頻電流流過電抗器時的發(fā)熱貢獻，這個工頻電流就是以上所有電流(包括工頻基波電流和其他次諧波電流)的等效熱電流，這樣就解決了傳統(tǒng)過負荷保護應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)中的第一個問題，即不能反應(yīng)諧波電流發(fā)熱的問題。同時本發(fā)明還提出根據(jù)廠家給出的很少數(shù)幾個點的試驗數(shù)據(jù)擬合成一個發(fā)熱效應(yīng)方程，這樣就解決了傳統(tǒng)過負荷保護應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)中的第二個問題，即沒有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型問題。
新型電抗器過負荷保護由等效熱電流計算元件、反時限方程參數(shù)計算元件和反時限熱累計元件共同構(gòu)成
(1)采用有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器模擬發(fā)熱特性的等效熱電流計算元件電抗器的發(fā)熱功率的表達式為P＝I2R(1)其中R為電抗器本身的電阻。
考慮到I是由基波分量和很多次數(shù)的諧波分量組成I＝a0+a1sin(ωt+θ1)+a2sin(2ωt+θ2)+a3sin(3ωt+θ3)+...(2)將式(2)代入式(1)，同時考慮到電抗器本身對于不同諧波電流的電阻是不相同的，并且不同頻率之間的正弦分量是正交的，它們的矢量積是為零的，有P=a02R0+a12R1sin2(ωt+θ1)+a22R2sin2(2ωt+θ2)+a32R3sin2(3ωt+θ3)+···---(3)]]>其中R0，R1，R2等是電抗器對于不同諧波分量的阻抗。
從(3)式可以看出，不同頻率的正弦分量電流在電抗器上的發(fā)熱效應(yīng)是獨立的，和其他頻率的分量不相關(guān)，這樣就可以將各個頻率分量的電流發(fā)熱貢獻累加等效到一個工頻基波電流上來P＝(k0+k1+k2+k3+k4+k5+...)ξ (4)其中ξ為單位基波電流的發(fā)熱貢獻，k0，k1，k2等為其他單位諧波分量等效到基波電流的發(fā)熱貢獻之間的比例系數(shù)。
這樣就有P=k12R1sin2(ωt+θ)---(5)]]>ξ＝R1sin2(ωt+θ)k1就是這個等效熱電流的大小。
這樣就可以根據(jù)不同頻率的電流在電抗器上的發(fā)熱貢獻和工頻基波分量電流在電抗器上的發(fā)熱貢獻的比例關(guān)系來設(shè)計一個相應(yīng)的數(shù)字濾波器，使其在各個頻率分量上的響應(yīng)與該頻率的電流熱貢獻系數(shù)相同，就能得到這些電流分量在該電抗器上的等效熱電流。
由于有限沖擊響應(yīng)的數(shù)字濾波器沒有極點，所以在微機保護算法實現(xiàn)中是恒穩(wěn)定的，而且可以用簡單的卷積算法實現(xiàn)，因而在該元件中引入上述概念是非常合適的。
(2)采用最小二乘法的發(fā)熱方程參數(shù)擬合元件目前國內(nèi)外常用的過負荷保護動作時間和電流的表達式為t=Kszd(IIezd)2-ksrzd2]]>所以也可以認為電抗器諧波過負荷特性也滿足以上方程，將廠家給出的離散的試驗參數(shù)擬合出一個這樣的方程，得到最佳的參數(shù)。
以目前現(xiàn)場一般給出若干點例如三點的試驗數(shù)據(jù)和一個長時間允許工作電流為例，有以下方程t1=b(I1Ilongtime)2-a]]>t2=b(I2Ilongtime)2-a]]>t3=b(I3Ilongtime)2-a]]>這樣，根據(jù)以上三個方程，采用合適的最小二乘法進行擬合，可以得到一個電抗器發(fā)熱方程的最優(yōu)解。
(3)反時限熱累積實現(xiàn)元件經(jīng)過以上兩個元件的計算之后，電抗器的諧波過負荷保護就和傳統(tǒng)的電抗器過負荷保護完全相同，利用傳統(tǒng)電抗器過負荷保護的實現(xiàn)方法就可以實現(xiàn)新的電抗器諧波過負荷保護了。同時采用等效熱電流也可以實現(xiàn)諧波定時限過負荷保護和報警功能。
本發(fā)明的特點—首次采用有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器模擬電抗器諧波電流發(fā)熱特性的等效熱電流計算數(shù)學(xué)模型，有效解決了現(xiàn)有電抗器過負荷保護沒有諧波過負荷數(shù)學(xué)模型的問題。
—采用合適的最小二乘法進行動作特性的擬合，可以得到一個電抗器發(fā)熱方程的最優(yōu)解。解決了固定動作方程式不能有效模擬電抗器諧波過負荷特性曲線的問題。
—從而可以實現(xiàn)新的電抗器諧波過負荷保護。
四

圖1為本發(fā)明電抗器反時限過負荷動作曲線2為本發(fā)明的諧波反時限過負荷和定時限過負荷保護的邏輯框圖五具體實施方式
首先根據(jù)用戶提供的電抗器的各次諧波和基波的發(fā)熱系數(shù)設(shè)計一個有限沖擊響應(yīng)的數(shù)字濾波器，其系數(shù)滿足以下方程abs(a0，a1，a2，...，fi)＝hoti其中abs表示濾波器系數(shù)a0，a1，a2…在fi上的響應(yīng)系數(shù)，hoti表示電抗器在不同頻率時的發(fā)熱倍數(shù)(相對于基波)。
然后利用采樣點數(shù)和這個濾波器系數(shù)進行卷積hoti(k)＝sample(k)*a0+sample(k-1)*a1+sample(k-2)*a2......
其中hoti(k)表示等效熱電流的采樣值，sample(k)表示裝置實時采樣值。最后計算等效熱電流的幅值amphoti=2NΣk=0N-1hoti(k)*hoti(k)]]>其中N為每周波的采樣點數(shù)。
這樣定時限諧波過負荷的判據(jù)為amphoti＞IhotsetT＞Thotset這兩個方程的意義為等效熱電流的幅值超過熱電流定值的持續(xù)時間超過時間定值。
反時限諧波過負荷的判據(jù)為[(amphoti/Iezd)2-k2srzd]×t≥Kszdamphoti＞IhotqdsetT＞Thot min time這三個方程的意義為等效熱電流的積累超過電抗器允許的熱積累，同時等效熱電流幅值大于電抗器過負荷的啟動定值，并且熱積累時間超過最小的時間定值。
權(quán)利要求
1.電抗器諧波過負荷保護的方法，其特征是由等效熱電流計算元件、反時限方程參數(shù)計算元件和反時限熱累計元件共同構(gòu)成采用有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器模擬發(fā)熱特性的等效熱電流計算元件電抗器的發(fā)熱功率的表達式為P=a02R0+a12R1sin2(ωt+θ1)+a22R2sin2(2ωt+θ2)+a32R3sin2(3ωt+θ3)+...]]>其中R0，R1，R2等是電抗器對于不同諧波分量的阻抗，這樣就可以將各個頻率分量的電流發(fā)熱貢獻累加等效到一個工頻基波電流上來P＝(k0+k1+k2+k3+k4+k5+...)ξ其中ξ為單位基波電流的發(fā)熱貢獻，k0，k1，k2等為其他單位諧波分量等效到基波電流的發(fā)熱貢獻之間的比例系數(shù)；這樣就有P=k12R1sin2(ωt+θ)]]>ξ＝R1sin2(ωt+θ)k1就是這個等效熱電流的大小；根據(jù)不同頻率的電流在電抗器上的發(fā)熱貢獻和工頻基波分量電流在電抗器上的發(fā)熱貢獻的比例關(guān)系來設(shè)計一個相應(yīng)的數(shù)字濾波器，使其在各個頻率分量上的響應(yīng)與該頻率的電流熱貢獻系數(shù)相同，就能得到這些電流分量在該電抗器上的等效熱電流；采用最小二乘法的發(fā)熱方程參數(shù)擬合元件以目前現(xiàn)場一般給出三點的試驗數(shù)據(jù)根據(jù)方程t1=b(I1Ilongtime)2-a]]>t2=b(I2Ilongtime)2-a]]>t3=b(I3Ilongtime)2-a]]>采用合適的最小二乘法進行擬合，可以得到一個電抗器發(fā)熱方程的最優(yōu)解；反時限熱累積實現(xiàn)元件經(jīng)過以上兩個元件的計算之后，電抗器的諧波過負荷保護利用傳統(tǒng)電抗器過負荷保護的實現(xiàn)方法就可以實現(xiàn)新的電抗器諧波過負荷保護。
全文摘要
電抗器諧波過負荷保護的方法，由等效熱電流計算元件、反時限方程參數(shù)計算元件和反時限熱累計元件共同構(gòu)成采用有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器模擬發(fā)熱特性的等效熱電流計算元件電抗器的發(fā)熱功率，根據(jù)不同頻率的電流在電抗器上的發(fā)熱貢獻和工頻基波分量電流在電抗器上的發(fā)熱貢獻的比例關(guān)系來設(shè)計一個相應(yīng)的數(shù)字濾波器，使其在各個頻率分量上的響應(yīng)與該頻率的電流發(fā)熱貢獻系數(shù)相同，就能得到這些電流分量在該電抗器上的等效熱電流；采用最小二乘法的發(fā)熱方程參數(shù)擬合元件，得到一個電抗器發(fā)熱方程的最優(yōu)解；經(jīng)過以上兩個元件的計算之后，電抗器的諧波過負荷保護利用傳統(tǒng)電抗器過負荷保護的實現(xiàn)方法就可以實現(xiàn)新的電抗器諧波過負荷保護。
文檔編號H02H7/00GK1545177SQ20031010643
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者文繼鋒, 李海英, 陳松林, 鄭玉平, 沈國榮 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司