小電流接地系統(tǒng)的不對(duì)稱電壓控制方法
【專利摘要】一種中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地電力系統(tǒng)的不對(duì)稱電壓控制方法，可將由于線路三相參數(shù)不平衡引起的不對(duì)稱電壓控制到趨近于零。該方法根據(jù)系統(tǒng)不對(duì)稱電壓與通過系統(tǒng)中性點(diǎn)或三相中任意一相注入的工頻零序電流之間的約束關(guān)系，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)已知時(shí)，可直接計(jì)算注入電流控制不對(duì)稱電壓到零；系統(tǒng)參數(shù)未知時(shí)，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(duì)稱電壓趨近于零。該方法能自適應(yīng)線路參數(shù)結(jié)構(gòu)的改變，可靈活、有效地控制小電流接地系統(tǒng)的不對(duì)稱電壓，維持電網(wǎng)三相電壓平衡，切實(shí)提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】小電流接地系統(tǒng)的不對(duì)稱電壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)三相電壓平衡控制領(lǐng)域，涉及一種小電流接地系統(tǒng)的不對(duì)稱電壓控制方法。
[0002]本發(fā)明尤其涉及一種利用有源補(bǔ)償技術(shù)控制小電流接地系統(tǒng)不對(duì)稱電壓趨近于零的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003]我國(guó)中壓配電網(wǎng)廣泛采用小電流接地方式，即中性點(diǎn)不接地方式和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。由于架空線路制造工藝、實(shí)際施工以及換位不佳等因素的影響，一般電網(wǎng)的三相對(duì)地電容互不相等。除此之外，電網(wǎng)有時(shí)會(huì)采用非全相供電的方式為單相負(fù)荷供電，這也會(huì)造成配電網(wǎng)的三相對(duì)地電容不對(duì)稱。對(duì)于采用小電流接地方式的中壓配電網(wǎng)，其中性點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)值的對(duì)地電壓。在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，消弧線圈的電感和電網(wǎng)的三相對(duì)地電容構(gòu)成電壓諧振回路，還會(huì)加劇中性點(diǎn)電壓，可能嚴(yán)重破壞三相電壓的平衡關(guān)系。
[0004]這種由零序電壓引起的三相電壓不平衡雖不會(huì)影響用戶的正常供電，但會(huì)對(duì)電力線路、變壓器、互感器、避雷器等設(shè)備造成眾多危害，輕則使電氣設(shè)備的效率和性能下降，重則使電氣設(shè)備的使用壽命縮短或造成損壞事故，降低電網(wǎng)運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)性能，必須加以限制。
[0005]《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》(DL\T620-1997)中規(guī)定，經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下，中性點(diǎn)的長(zhǎng)時(shí)間電壓位移不得超過系統(tǒng)額定相電壓的15%。傳統(tǒng)上，限制系統(tǒng)不對(duì)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(diào)諧和適當(dāng)增大其阻尼率等。但這些方法由于存在施工難度大、需增加設(shè)備投入以及不能自適應(yīng)線路參數(shù)和結(jié)構(gòu)的改變等不同缺點(diǎn)，不能有效的限制不對(duì)稱電壓。目前，該領(lǐng)域尚缺少靈活、有效的不對(duì)稱電壓控制方法。
[0006]基于有源電力電子器件和脈寬調(diào)制技術(shù)的有源補(bǔ)償技術(shù)，通過向配電網(wǎng)注入零序電流來控制系統(tǒng)零序電壓。該技術(shù)在中性點(diǎn)非有效接地配電網(wǎng)的單相接地故障消弧中已有應(yīng)用，其可補(bǔ)償故障點(diǎn)殘流，提高熄弧概率，并在熄弧后控制故障點(diǎn)電壓的恢復(fù)速度，防止電弧重燃。其優(yōu)越的零序電壓控制性能為尋求新的不對(duì)稱電壓控制原理提供了思路。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:小電流接地系統(tǒng)的不對(duì)稱電壓控制技術(shù)。當(dāng)小電流接地系統(tǒng)由于線路換位不充分、非全相供電等原因使中性點(diǎn)存在較大電壓(即不對(duì)稱電壓)時(shí)，能靈活、有效地消除系統(tǒng)不對(duì)稱電壓，維持系統(tǒng)三相電壓平衡。
[0008]本發(fā)明解決技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:通過系統(tǒng)中性點(diǎn)或三相中任意一相向系統(tǒng)注入一幅值、相位可控的工頻零序電流，控制系統(tǒng)不對(duì)稱電壓趨近于零，維持系統(tǒng)三相電壓平衡。過程為:
[0009]1.當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)存在不對(duì)稱電壓時(shí)，立即向系統(tǒng)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(yù)設(shè)為某一固定的電流。除此之外，根據(jù)理論可推得本發(fā)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(shí)系統(tǒng)的不對(duì)稱電壓，CA、CB、Cc為系統(tǒng)三相對(duì)地電容。因
此，對(duì)于具有測(cè)量三相對(duì)地電容條件的系統(tǒng)，也可將此計(jì)算值作為初始注入電流Z1，再利用
后續(xù)步驟消除測(cè)量、計(jì)算等方面造成的誤差，以減少注入電流調(diào)整時(shí)間。
[0013]2.固定注入電流幅值為I1改變電流相位，確定使系統(tǒng)不對(duì)稱電壓達(dá)到局部最小的相位A
[0014]a.設(shè)計(jì)數(shù)器j=l，記錄初始注入電流(幅值為I1、相位為仍)時(shí)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓U01;
[0015]b.設(shè)計(jì)數(shù)器j=2，保持注入電流幅值I1不變，在相位奶基礎(chǔ)上以一定步長(zhǎng)(設(shè)為 )增大注入電流相位為朽=奶+Δρ，記錄其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓U02，若U02 < U01，則記
錄相位變化方向系數(shù)k=0并轉(zhuǎn)入步驟d ；
[0016]c.保持計(jì)數(shù)器j=2，保持注入電流幅值I1不變，在相位例基礎(chǔ)上以步長(zhǎng)Δρ減小注入電流相位Ψ =Ψχ - ，記錄其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓U02，若U02 > U01則轉(zhuǎn)入步驟e，否則記錄電流相位變化方向系數(shù)k=l ；
[0017]d.計(jì)數(shù)器j加1，根據(jù)相位變化方向，按照相位步長(zhǎng)《V吡續(xù)改變相位(Rj ^^0-1)+(-*y ，記錄對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓U0j，如果U0j < U0(H)則返回步驟d ；
[0018]e.確定使系統(tǒng)不對(duì)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(tǒng)不對(duì)稱電壓到達(dá)最小的電流幅值If:
[0020]a.設(shè)計(jì)數(shù)器j=l，記錄幅值為I1、相位為^的注入電流對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓U01;
[0021]b.設(shè)計(jì)數(shù)器j=2，保持注入電流相位^不變，在幅值I1基礎(chǔ)上以一定步長(zhǎng)(設(shè)為Λ I)增大注入電流幅值為I2 = I1+Λ I，記錄其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓Utl2，若Utl2 < Utll，則記錄幅值變化方向系數(shù)k=0并轉(zhuǎn)入步驟d ；
[0022]c.保持計(jì)數(shù)器j=2，保持注入電流相位^不變，在幅值I1基礎(chǔ)上以步長(zhǎng)Λ I減小注入電流幅值I2 = I1-A I，記錄其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓Utl2，若Utl2 > Utll則轉(zhuǎn)入步驟e，否則記錄電流幅值變化方向系數(shù)k=l ；
[0023]d.計(jì)數(shù)器j加I,根據(jù)幅值變化方向，按照幅值步長(zhǎng)Δ I繼續(xù)改變幅值Ij =1^) + (-1)11，記錄對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓Utlj，如果U0j <隊(duì)的)則返回步驟d ；
[0024]e.確定使系統(tǒng)不對(duì)稱電壓最小的幅值If為:If = I(j_D。[0025]4.持續(xù)向系統(tǒng)注入電流^ (幅值為If，相位力爐，)，控制不對(duì)稱電壓趨近于O。若
不對(duì)稱電壓的幅值發(fā)生改變，則將此刻的注入電流作為初始注入電流A，轉(zhuǎn)入步驟2。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是:
[0027]線路三相參數(shù)不對(duì)稱造成的中壓配電網(wǎng)三相電壓不平衡會(huì)縮短電氣設(shè)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(tǒng)不對(duì)稱電壓的已有方法由于存在各種缺點(diǎn)，并不能靈活、有效的控制不對(duì)稱電壓:(I)合理?yè)Q位，但對(duì)運(yùn)行中的電網(wǎng)換位難度大，且配電線路異動(dòng)率高，效果不明顯；(2)使消弧線圈補(bǔ)償裝置適當(dāng)偏離諧振點(diǎn)運(yùn)行，或適當(dāng)增大其阻尼率，減小消弧線圈對(duì)不對(duì)稱電壓的加劇作用，但效果有限，不能從根本上消除不對(duì)稱電壓；(3)增加專用的三相耦合電容器，使三相對(duì)地電容相等，但需增加設(shè)備投入，且在線路結(jié)構(gòu)、參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，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(fā)明提出的小電流接地系統(tǒng)不對(duì)稱電壓控制原理，根據(jù)注入電流與不對(duì)稱電壓的約束關(guān)系逐步調(diào)整注入電流的相位和幅值，控制不對(duì)稱電壓趨近于零。本發(fā)明所述方法能克服實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的各種誤差，精確度和穩(wěn)定性高，并能自適應(yīng)線路參數(shù)、結(jié)構(gòu)的改變，當(dāng)電網(wǎng)不對(duì)稱狀況發(fā)生變化時(shí)，只需重新調(diào)整注入電流，便可維持電網(wǎng)的三相平衡狀態(tài)，能切實(shí)提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全性能以及電能質(zhì)量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]附圖1為諧振接地系統(tǒng)在某一特定的三相對(duì)地電容不對(duì)稱情況下，不同幅值注入電流的相位與中性點(diǎn)電壓的約束關(guān)系(系統(tǒng)在不同三相對(duì)地電容不對(duì)稱情況下，其變化趨勢(shì)相同)；
[0030]附圖2為諧振接地系統(tǒng)在某一特定的三相對(duì)地電容不對(duì)稱情況下，不同相位注入電流的幅值與中性點(diǎn)電壓的約束關(guān)系(系統(tǒng)在不同三相對(duì)地電容不對(duì)稱情況下，其變化趨勢(shì)相同)；
[0031]附圖3為利用本發(fā)明所述方法控制中性點(diǎn)電壓趨近于O的波形圖；
[0032]附圖4為有源補(bǔ)償裝置系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明所述方法的【具體實(shí)施方式】為:
[0034](I)有源補(bǔ)償裝置
[0035]有源全補(bǔ)償控制裝置由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、整流逆變電源、濾波電路、接入電路、控制單元等幾部分構(gòu)成(如圖4所示)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集控制所需的各項(xiàng)電力系統(tǒng)參數(shù)，如不對(duì)稱電壓、三相對(duì)地電容等，并作為反饋量送給控制單元；控制單元根據(jù)算法計(jì)算出所需的注入電流，并通過驅(qū)動(dòng)電路控制逆變電路中有源電力電子器件的導(dǎo)通來輸出適合的PWM電壓波；濾波電路負(fù)責(zé)濾除PWM波中的高頻分量，經(jīng)過濾波后的電壓通過合適的接入電路為系統(tǒng)提供所需的注入電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)不對(duì)稱電壓的控制。有源補(bǔ)償裝置可與消弧線圈并聯(lián)或串聯(lián)后接入系統(tǒng)中性點(diǎn)，也可從三相中任意一相并聯(lián)或串聯(lián)接入。
[0036](2)中性點(diǎn)電壓的獲取
[0037]中性點(diǎn)電壓可通過系統(tǒng)中性點(diǎn)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(yù)設(shè)為某一固定的電流。除此之外，根據(jù)理論可推得本發(fā)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，么為未注入電流時(shí)系統(tǒng)的不對(duì)稱電壓，CaXbXc為系統(tǒng)三相對(duì)地電容。在實(shí)
際運(yùn)行中，該電流可利用未注入電流時(shí)所測(cè)得的不對(duì)稱電壓和三相對(duì)地電容值計(jì)算得到，但是由于測(cè)量、計(jì)算等方面的誤差，該計(jì)算值會(huì)存在一定誤差。因此，對(duì)于具有測(cè)量三相對(duì)
地電容條件的系統(tǒng)，可將此計(jì)算值作為初始注入電流J1，再利用本發(fā)明所述方法調(diào)整注入
電流，這樣可以顯著縮小注入電流的調(diào)整范圍，減小調(diào)整所需時(shí)間。
[0042](4)系統(tǒng)三相對(duì)地電容值的測(cè)量
[0043]若選擇將計(jì)算所得注入電流作為初始注入電流，則需測(cè)得系統(tǒng)三相對(duì)地電容值，一般采用信號(hào)注入法:通過微機(jī)測(cè)控器向系統(tǒng)中性點(diǎn)注入異頻信號(hào)，同時(shí)接收來自電網(wǎng)的反饋信號(hào)，根據(jù)相應(yīng)的等值電路和算法，計(jì)算得到電網(wǎng)的三相對(duì)地電容值。目前信號(hào)注入法的注入點(diǎn)可選在TV 二次側(cè)開口三角處，或在接地站用變、并聯(lián)電容器組的中性點(diǎn)。
[0044](5)控制系統(tǒng)不對(duì)稱電壓趨近于零，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(tǒng)不對(duì)稱電壓達(dá)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(tǒng)不對(duì)稱電壓到達(dá)最小的電流幅值If;持續(xù)向系統(tǒng)注入電流(幅值為If，相位為％)，控制不對(duì)
稱電壓趨近于0，若不對(duì)稱電壓的幅值發(fā)生改變，則將此刻的注入電流^作為初始注入電流
Z1，重新調(diào)整注入電流。
[0046]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.小電流接地系統(tǒng)不對(duì)稱電壓控制方法，其特征在于:通過系統(tǒng)中性點(diǎn)或三相中任意一相向系統(tǒng)注入一幅值、相位可控的工頻零序電流，控制系統(tǒng)不對(duì)稱電壓趨近于零，維持系統(tǒng)三相電壓平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 從任意幅值(設(shè)為I1)和相位(設(shè)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(tǒng)不對(duì)稱電壓達(dá)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(tǒng)不對(duì)稱電壓達(dá)到最小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于: 固定注入電流幅值改變電流相位，確定使系統(tǒng)不對(duì)稱電壓達(dá)到局部最小的相位^的實(shí)現(xiàn)過程為: a.設(shè)計(jì)數(shù)器j=l，記錄初始注入電流(幅值為I1、相位為奶)時(shí)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓Utll； b.設(shè)計(jì)數(shù)器j=2，保持注入電流幅值I1不變，在相位仍基礎(chǔ)上以一定步長(zhǎng)(設(shè)為Δρ)增大注入電流相位力滬=Ψ\ +卸，記錄其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓U02，若U02 < U01,則記錄相位變化方向系數(shù)k=0并轉(zhuǎn)入步驟d ； c.保持計(jì)數(shù)器j=2，保持注入電流幅值I1不變，在相位例基礎(chǔ)上以步長(zhǎng)Δρ減小注入電流相位φ! - Ψ\ - ，記錄其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓U02,若U02 > U01則轉(zhuǎn)入步驟e,否則記錄電流相位變化方向系數(shù)k=l ； d.計(jì)數(shù)器j加1，根據(jù)相位變化方向，按照相位步長(zhǎng)'繼續(xù)改變相位φ} =^ο.-?)+(-?)Α^，記錄對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓U0j，如果u0j < U0(H)則返回步驟d ； e.確定使系統(tǒng)不對(duì)稱電壓最小`的相位^為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于: 固定注入電流相位^改變電流幅值，確定使系統(tǒng)不對(duì)稱電壓達(dá)到最小的電流幅值If的實(shí)現(xiàn)過程為: a.設(shè)計(jì)數(shù)器j=l，記錄幅值為I1、相位為A的注入電流對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓Utll； b.設(shè)計(jì)數(shù)器j=2，保持注入電流相位A不變，在幅值I1基礎(chǔ)上以一定步長(zhǎng)(設(shè)為ΛI(xiàn))增大注入電流幅值為I2 = I1+Λ I，記錄其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓Utl2，若Utl2 < Utll，則記錄幅值變化方向系數(shù)k=0并轉(zhuǎn)入步驟d ； c.保持計(jì)數(shù)器j=2，保持注入電流相位^不變，在幅值I1基礎(chǔ)上以步長(zhǎng)ΛI(xiàn)減小注入電流幅值I2 = I1- Δ I，記錄其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓U02，若U02 > U01則轉(zhuǎn)入步驟e，否則記錄電流幅值變化方向系數(shù)k=l ； d.計(jì)數(shù)器j加I，根據(jù)幅值變化方向，按照幅值步長(zhǎng)ΔI繼續(xù)改變幅值Ij = 10-1)+(-1)kA I，記錄對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)不對(duì)稱電壓U0j,如果U0j < U0(H)則返回步驟d ； e.確定使系統(tǒng)不對(duì)稱電壓最小的幅值If為:If= I(j-D ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于: 使系統(tǒng)不對(duì)稱電壓趨于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(shí)系統(tǒng)的不對(duì)稱電壓，CA、CB、Cc為系統(tǒng)三相對(duì)地電容。
【文檔編號(hào)】H02J3/26GK103887805SQ201410006023
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】薛永端, 謝菁 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)