專利名稱：有源式高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)在線測(cè)量系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)測(cè)量技術(shù)，特別是涉及一種有源式高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)[電阻㈨、電感(L)、電容(C)]在線測(cè)量系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
從80年代末以來(lái)，我國(guó)直流輸電技術(shù)的研究取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，目前國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的士500kV直流工程有十余條。我國(guó)計(jì)劃在2020年前投運(yùn)的直流工程將超過(guò)30 條；同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)“西電東送”戰(zhàn)略，國(guó)家正大力推進(jìn)包括士400kV、士660kV、士800kV和士 IOOOkV特高壓直流輸電工程的建設(shè)，未來(lái)直流輸電將成為我國(guó)電網(wǎng)的重要組成部分。直流開(kāi)關(guān)是直流輸電工程換流站的重要設(shè)備之一，其主要作用是改變直流系統(tǒng)的運(yùn)行方式和及時(shí)清除線路中出現(xiàn)的故障。目前為止，在高壓直流輸電系統(tǒng)中的直流開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)所采用的方法是基于交流開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上，通過(guò)各種措施將通過(guò)交流開(kāi)關(guān)的恒定電流轉(zhuǎn)換為有電流零點(diǎn)的變換電流。這樣利用傳統(tǒng)意義上的交流開(kāi)關(guān)所設(shè)計(jì)的直流開(kāi)斷方案，可以達(dá)到開(kāi)斷大電流的效果?，F(xiàn)在典型的高壓直流開(kāi)關(guān)有無(wú)源型直流開(kāi)關(guān)和有源型直流開(kāi)關(guān)兩種。當(dāng)前國(guó)內(nèi)各大換流站裝設(shè)的直流開(kāi)關(guān)主要有金屬回路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MRTB)、大地回路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(GRTS)、中性母線開(kāi)關(guān)(NBS)等。電力行業(yè)為了加強(qiáng)對(duì)變電技術(shù)管理，提高電網(wǎng)運(yùn)行水平，減少事故，規(guī)范對(duì)直流電源的運(yùn)行管理，國(guó)家電網(wǎng)公司制定了《直流電源系統(tǒng)設(shè)備評(píng)析標(biāo)準(zhǔn)》等企業(yè)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。目前，在新投運(yùn)換流站交接以及已運(yùn)行站的檢修工作中，因?yàn)槿狈煽康募夹g(shù)手段和先進(jìn)的設(shè)備和裝置，對(duì)直流開(kāi)關(guān)振蕩回路的檢修工作未能有效開(kāi)展，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了隱患。湖北省電力試驗(yàn)研究院提出了一種振蕩回路參數(shù)的測(cè)量方法，并已廣泛應(yīng)用到直流開(kāi)關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中。這種測(cè)量方法必須是在離線的方式下進(jìn)行的，且測(cè)量工作較為繁瑣， 工作量較大。

圖1為傳統(tǒng)離線式測(cè)量MRTB(金屬回路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān))振蕩回路參數(shù)方法的電路原理圖?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，先將電容C兩端電壓充到300V左右，接著斷開(kāi)充電回路開(kāi)關(guān)SW，并逐步閉合振蕩回路開(kāi)關(guān)Sl和開(kāi)斷元件S2，此時(shí)電容C通過(guò)振蕩回路放電，通過(guò)電阻分流計(jì)R 和數(shù)字存儲(chǔ)示波器SBQ完成對(duì)振蕩回路電流的記錄。上述測(cè)量方法的不足之處是1、根據(jù)試驗(yàn)電流波形計(jì)算電感L和電阻R的前提是必須知道電容器C的容抗值， 且現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)一般是使用萬(wàn)用表估測(cè)電容值，這給計(jì)算的精度也帶來(lái)誤差。2、在搭建試驗(yàn)回路時(shí)，必須配置調(diào)壓器和整流器等裝置，由于整個(gè)直流斷路器是安裝在一個(gè)絕緣平臺(tái)上，因而在給電容器C充電時(shí)，需從電容器C的兩端引線下來(lái)；同時(shí)為了將電阻分流計(jì)R串接到放電回路中，必須從振蕩回路的一個(gè)連接口上拆掉一根導(dǎo)線，這種試驗(yàn)方法接線較為繁瑣，需要工作人員現(xiàn)場(chǎng)登高拆接導(dǎo)線；更嚴(yán)重的是，由于接入的導(dǎo)線自身的電感和電阻，會(huì)嚴(yán)重影響所計(jì)算得到的電感和電阻值的有效性和精確性。3、整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程必須在離線的狀態(tài)下進(jìn)行，導(dǎo)致測(cè)量的波形和計(jì)算的結(jié)果都缺乏實(shí)時(shí)性，不能有效地反映直流斷路的開(kāi)斷過(guò)程和運(yùn)行狀況，同時(shí)也影響了直流輸電系統(tǒng)的
可靠性及能量可利用率。到目前為止，直流開(kāi)關(guān)的測(cè)量?jī)x器都是在試驗(yàn)室和生產(chǎn)廠家進(jìn)行，其相關(guān)的測(cè)試儀器都是采用“人工干預(yù)計(jì)算”。采用設(shè)備主要是大型充電機(jī)、直流屏、蓄電池組、毫秒計(jì)和波形記錄儀等。R、L、C振蕩回路是直流開(kāi)關(guān)的核心部分，通過(guò)它產(chǎn)生的交流電流與線路上的直流電流進(jìn)行疊加，從而使得最后的總電流波形有過(guò)零點(diǎn)，這樣就可以根據(jù)交流開(kāi)關(guān)滅弧原理來(lái)熄滅電弧。直流開(kāi)關(guān)的滅弧性能好壞不僅跟開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，而且還與振蕩回路產(chǎn)生的交流電流的幅值頻率有關(guān)，而交流電流的頻率幅值直接取決于R、L、C參數(shù)。因此為保證直流開(kāi)關(guān)可靠運(yùn)行，其R、L、C參數(shù)必須配合得當(dāng)并且保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。但是由于這些設(shè)備長(zhǎng)期戶外帶電運(yùn)行，其參數(shù)有可能發(fā)生一些變化，從而導(dǎo)致直流開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷性能發(fā)生變化， 最終影響其安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此必須對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行測(cè)量以判斷開(kāi)關(guān)的性能好壞?，F(xiàn)行的檢修試驗(yàn)方案中，在換流站進(jìn)行檢修時(shí)運(yùn)用專門(mén)的儀器或者用特定的試驗(yàn)方法來(lái)分別測(cè)定直流開(kāi)關(guān)振蕩回路中R、L、C的具體值。還有一種直流開(kāi)關(guān)離線參數(shù)測(cè)量方法需要在回路中串人分流計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。這些方法的缺點(diǎn)是1、這些方法全部是離線的，只有在換流站進(jìn)行檢修的時(shí)候進(jìn)行，在換流站正常運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法得知這些值，而一旦當(dāng)其中某些參數(shù)由于設(shè)備老化或者過(guò)電壓沖擊發(fā)生一些變化時(shí)，就是無(wú)法得知其變化的具體數(shù)值的。2、直流開(kāi)關(guān)分離元件多，試驗(yàn)的周期很長(zhǎng)，花費(fèi)的人力物力比較大。3、現(xiàn)有直流開(kāi)關(guān)離線參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)需要解開(kāi)直流開(kāi)關(guān)振蕩回路連接線。4、現(xiàn)有直流開(kāi)關(guān)離線參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)需要外加很長(zhǎng)的延長(zhǎng)線將分流計(jì)傳入直流開(kāi)關(guān)振蕩回路中。由于振蕩回路中電感參數(shù)本身很小(幾十μH數(shù)量級(jí))，而增加延長(zhǎng)線的導(dǎo)線電感也有幾十μ H電感，這樣會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。5、現(xiàn)有直流開(kāi)關(guān)離線參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)，計(jì)算電阻R、電感L和電容C的參數(shù)是采用首先假定電容C參數(shù)不變，根據(jù)振蕩電流的頻率計(jì)算出電感L參數(shù)。其次再根據(jù)電感L參數(shù)和振蕩電流的包絡(luò)線計(jì)算出電阻參數(shù)，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不完全符合。

發(fā)明內(nèi)容
由于要對(duì)高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)進(jìn)行在線測(cè)量，因此不可能允許將對(duì)R、L、C 這些參數(shù)進(jìn)行直接測(cè)量的裝置長(zhǎng)期掛網(wǎng)運(yùn)行，所以必須采用其他的測(cè)量技術(shù)來(lái)間接地求取 R、L、C的值。因此，本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種有源式高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)在線測(cè)量系統(tǒng)及其方法。本發(fā)明只需要知道直流開(kāi)關(guān)上兩端充電電壓的初始值以及振蕩回路中的電流，就可以通過(guò)遺傳算法在線計(jì)算出相應(yīng)的R、L、C的值。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一、有源式高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)在線測(cè)量系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱系統(tǒng))本系統(tǒng)以PAC為核心，以霍爾電流傳感器作為采集設(shè)備，以GPRS作為通信手段，以太陽(yáng)能電池板、蓄電池以及直流電壓轉(zhuǎn)化器作為裝置的工作電源，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸將采集到的信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)PC機(jī)上存儲(chǔ)起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)有源式高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路電流的在線監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)的前置包括信號(hào)的采集部分和傳輸部分，采集部分由霍爾傳感器和PAC采集卡組成，數(shù)據(jù)傳輸部分由GPRS完成，數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)之后，經(jīng)過(guò)遺傳算法計(jì)算出R、L、C值。具體地說(shuō)，本系統(tǒng)包括PAC、傳感器、GPRS模塊、太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能控制器、蓄電池、直流電壓轉(zhuǎn)化器和后臺(tái)PC機(jī)；分別與太陽(yáng)能電池板和蓄電池連接的太陽(yáng)能控制器又與直流電壓轉(zhuǎn)化器連接，構(gòu)成供電電源；直流電壓轉(zhuǎn)化器分別與PAC、傳感器和GPRS模塊連接，實(shí)現(xiàn)供電；傳感器、PAC、GPRS模塊和后臺(tái)PC機(jī)依次連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理。本發(fā)明的測(cè)量原理與傳統(tǒng)離線式的相比較，本發(fā)明不采用電阻分流計(jì)和示波器完成對(duì)振蕩回路電流的記錄，而是采用更加精確的PAC和霍爾電流傳感器來(lái)采集振蕩回路的電流，并通過(guò)GPRS 無(wú)線傳輸技術(shù)將采集到的電流信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)PC機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路電流的在線檢測(cè)。二、有源式高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)在線測(cè)量方法(簡(jiǎn)稱方法)本方法基于上述有源式高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)在線測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)可編程自動(dòng)化控制器PAC和霍爾電流傳感器采集振蕩回路的電流，并通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊將采集到的電流信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路電流的在線檢測(cè)；再以后臺(tái)PC 機(jī)為工作平臺(tái)進(jìn)行編程來(lái)處理數(shù)據(jù)，即應(yīng)用遺傳算法對(duì)后臺(tái)工控機(jī)接收的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要包括確定計(jì)算對(duì)象、編碼、解碼、計(jì)算適應(yīng)度值、進(jìn)行選擇、交叉、變異操作、輸出結(jié)果等步驟①對(duì)于直流開(kāi)關(guān)振蕩回路，應(yīng)用基爾霍夫第一定律有u = uc+uL+uE,u為開(kāi)斷回路兩端電壓，Uc, uL, Uk分別為振蕩回路電容電壓、電感電壓和電阻電壓；②將Wi =L-^-, uE = iR代入u = uc+uL+uE,并對(duì)t求導(dǎo)可得振蕩回路中R、L、C與
at
電壓u、電流i之間的關(guān)系^ =丄+ L4 + i 4，
dt C dt dti為振蕩回路電流，R、L、C分別為別為振蕩回路電阻、電感和電容；③解上述二階方程得/ = AiTa sm加，即為振蕩回路中R、L、C與電壓U、電流i之
權(quán)利要求
1.一種有源式高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)在線系統(tǒng)，其特征在于包括PAC(I)、傳感器(2)、GPRS模塊(3)、太陽(yáng)能電池板⑷、太陽(yáng)能控制器(5)、蓄電池(6)、直流電壓轉(zhuǎn)化器(7)和后臺(tái)PC機(jī)⑶；分別與太陽(yáng)能電池板(4)和蓄電池(6)連接的太陽(yáng)能控制器( 又與直流電壓轉(zhuǎn)化器(7)連接，構(gòu)成供電電源；直流電壓轉(zhuǎn)化器(7)分別與PAC(I)、傳感器⑵和GPRS模塊(3)連接，實(shí)現(xiàn)供電； 傳感器(2)、PAC(I)、GPRS模塊(3)和后臺(tái)PC機(jī)⑶依次連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理。
2.基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的一種有源式高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)在線測(cè)量方法， 其特征在于通過(guò)可編程自動(dòng)化控制器PAC和霍爾電流傳感器采集振蕩回路的電流，并通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊將采集到的電流信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路電流的在線檢測(cè)；再以后臺(tái)PC機(jī)為工作平臺(tái)進(jìn)行編程來(lái)處理數(shù)據(jù)①對(duì)于直流開(kāi)關(guān)振蕩回路，應(yīng)用基爾霍夫第一定律有 U = uc+uL+uE,U為開(kāi)斷回路兩端電壓，U。、UL, Ue分別為振蕩回路電容電壓、電感電壓和電阻電壓；②將
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種有源式高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)在線測(cè)量系統(tǒng)及其方法，涉及一種高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路參數(shù)測(cè)量技術(shù)。本發(fā)明通過(guò)可編程自動(dòng)化控制器PAC和霍爾電流傳感器采集振蕩回路的電流，并通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊將采集到的電流信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)高壓直流開(kāi)關(guān)振蕩回路電流的在線檢測(cè)；再以后臺(tái)PC機(jī)為工作平臺(tái)進(jìn)行編程來(lái)處理數(shù)據(jù)，即應(yīng)用遺傳算法對(duì)后臺(tái)工控機(jī)接收的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本發(fā)明可以隨時(shí)在線測(cè)量直流開(kāi)關(guān)振蕩回路中的R、L、C參數(shù)，能保障振蕩回路產(chǎn)生的電流波形保持穩(wěn)定，保證了直流輸電系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行以及整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G01R27/02GK102230948SQ201110065039
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者寧濤, 李志華, 王俊, 王雄, 白堯, 蔡超, 袁佳歆, 金濤, 阮羚, 陳偉 申請(qǐng)人:湖北省電力公司電力試驗(yàn)研究院