一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的暫態(tài)串補電容電壓計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的暫態(tài)串補電容電壓計算方法，屬于電力系統(tǒng) 自動化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 交流輸電系統(tǒng)的串聯(lián)電容補償（簡稱串補）技術(shù)是將電容器串接于輸電線路中， 通過阻抗補償縮短了線路電氣距離，減少功率輸送引起的電壓降和功角差，從而提高電力 系統(tǒng)穩(wěn)定性，擴大線路輸送容量。目前，常規(guī)串補（或固定串補）技術(shù)是世界范圍內(nèi)應(yīng)用最 為廣泛的提高超高壓、遠距離輸電線路輸送能力的技術(shù)之一。國內(nèi)先后投運了山西陽城電 廠送出工程、華北電網(wǎng)大房雙回線路、豐萬順線路、河池出線、百色出線等超高壓串補裝置， 以及1000 kV晉東南-南陽-荊門特高壓示范工程串補裝置。
[0003] 串補裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由以下設(shè)備組成：
[0004] (1)電容器組：串補裝置的基本元件，連接成H橋型。
[0005] (2)金屬氧化物限壓器MOV:串補裝置的主保護元件，限制由于大電流流經(jīng)電容器 組在其上產(chǎn)生的過電壓。
[0006] (3)火花間隙GAP:MOV的后備保護，當(dāng)通過MOV的能量或電流超過設(shè)定值時，保護 動作觸發(fā)間隙，旁路MOV。
[0007] (4)旁路開關(guān)。
[0008] (5)阻尼裝置：在間隙和旁路開關(guān)動作時，限制并阻尼電容器放電電流。
[0009] (6)電流互感器CT:線路電流CT1、電容器CT3和不平衡CT2、M0V支路CT4和CT5、 火花間隙CT6、平臺故障監(jiān)測CT7。
[0010] 交流輸電系統(tǒng)在正常運行時，負荷電流流過串補電容，此時電容器兩端電壓較低， MOV呈高阻態(tài)，幾乎沒有電流流過。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，如果發(fā)生區(qū)外故障，利用MOV良 好的非線性特性，瞬間導(dǎo)通M0V，將電容器兩端的電壓限制在一定范圍內(nèi)，MOV會在短路期 間吸收一定的能量。MOV容量的選擇及保護定值整定時，應(yīng)使MOV能量及電流保護在這種情 況下不動作。如果發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，流過串補的短路電流比較大，MOV在該過程中會流過很大 的電流，能量和溫度在短時內(nèi)上升很快。為了保護MOV在短路期間免受損壞，保護將瞬間觸 發(fā)GAP，限制MOV的能量上升，同時發(fā)出合旁路開關(guān)的命令，使串補暫時退出。整套串補將在 一定延時后重新投入。如果MOV在故障期間能量的吸收或溫度的上升超出某一整定值（可 設(shè)定），保護將發(fā)永久閉鎖信號，禁止串補重投。
[0011] 在實際運行過程中，在區(qū)內(nèi)外故障時，多次發(fā)生串補GAP自觸發(fā)保護動作，導(dǎo)致串 補暫時或永久退出運行。GAP自觸發(fā)保護原理是：在MOV過電流保護未動作，而GAP觸發(fā)導(dǎo) 通（GAP的CT測到電流）時，保護動作合旁路開關(guān)，串補暫時/永久退出運行。造成GAP自 觸發(fā)保護動作的原因可能有：1)外部干擾產(chǎn)生或控保系統(tǒng)誤發(fā)GAP觸發(fā)信號；2)GAP的觸 發(fā)放電密封間隙耐壓不足，GAP的主間隙耐壓不足；4)MOV電流測量系統(tǒng)精度不夠；5)MOV伏 安特性發(fā)生變化等。
[0012] 串補控制保護系統(tǒng)錄波數(shù)據(jù)中，一般配置如下模擬量通道：
[0013] (1)三相電容不平衡電流
[0014] (2)三相MOV總電流
[0015] (3)三相平臺電流
[0016] (4)三相GAP電流
[0017] (5)三相電容電流
[0018] (6)三相線路電流
[0019] 當(dāng)前，已投運串補裝置中大多未配置電容兩端電壓測量設(shè)備，無法直接測量電容 器電壓。當(dāng)GAP自觸發(fā)保護動作時，由于沒有串補電容電壓的錄波數(shù)據(jù)，專業(yè)人員難以確定 引起保護動作原因是否由于間隙耐壓水平下降引起的，這給故障分析和處理帶來了很大不 便。如何在現(xiàn)有測量數(shù)據(jù)的條件下得到串補電容電壓，是串補系統(tǒng)運行維護中一個重要的 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于現(xiàn)有串補控制保護系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的電 容電壓計算方法，以便于開展串補及其控制保護動作行為分析，特別是GAP自觸發(fā)保護動 作時的故障分析和處理。
[0021] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0022] 一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的暫態(tài)串補電容電壓計算方法，包括以下步驟：
[0023] 1)電容器的電壓電流滿足以下關(guān)系：
【主權(quán)項】
1. 一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的暫態(tài)串補電容電壓計算方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 電容器的電壓電流滿足以下關(guān)系：
(2) 其中，!!。⑴、ie(t)分別為t時刻的電容電壓和電流，C為電容值，t是時間，h為初始 時亥IJ，uc (t0)為t?時亥Ij的電容電壓，τ為積分變量； 2) 在正弦穩(wěn)態(tài)工況下，存在：
(3) C5) 其中，T為工頻周期； 3) 結(jié)合式⑵可得：
(6) 4) 考慮到控制保護裝置錄波通道存在偏置，從而在電流錄波數(shù)據(jù)中產(chǎn)生直流偏置分 量，則保護錄波中記錄的電容電流表示為： icc(t) = ic(t)+icA (7) 其中，ia(t)為電容電流錄波數(shù)據(jù)，1。&為保護裝置錄波通道直流偏置分量； 5) 對式（7)兩邊進行一個工頻周期積分可得：
(8) 其中，i'cTT，G分別為積分上限和下限， 則有：
C9)； 6) 在式（6)的基礎(chǔ)上，結(jié)合式（7)和式（9)，得到t時刻和h時刻的電容電壓，如下：
將式（10)作為計算穩(wěn)態(tài)工況的電容電壓，將式（11)作為計算任意工況下的電容電 壓； 7) 考慮到實際過程中，得到的是電容電流的采樣點序列，設(shè)一個工頻周期T有N個采樣 點，則將所述式（9)，式（10)，式（11)采用數(shù)值積分的形式表示：
其中，
為采樣周期，…i。。，* i。。^，1。。;1，…，…為采樣點序列，… Uc^1, u。』，Ucu，…，ue，k,…為與米樣點序列相對應(yīng)的電容電壓，k -----1，0, 1，…表不第k個 采樣點，^ ^ uc，Q表不0米樣點的電容電壓，u。;11表不第η米樣點的電容電壓； 8) 根據(jù)以下判據(jù)1來識別交流輸電系統(tǒng)的平穩(wěn)狀態(tài)和暫態(tài)，判據(jù)如下： 判據(jù)1
(15) 其中，為供相電容電流突變量為供相電容電流瞬時值，為電流突變量定值， 為電流突變量浮動門檻； 如果某相電容電流突變量連續(xù)三次滿足（15)，則進入暫態(tài)，則根據(jù)式（11)或（14)計算 電容電壓，否則，為平穩(wěn)狀態(tài)，則根據(jù)式（10)或（13)計算電容電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的暫態(tài)串補電容電壓計算方法，其特 征在于，所述方法用于計算離線時串補電容電壓的計算機編程實現(xiàn)過程為： 1-1)采樣電容電流的錄波數(shù)據(jù)icx，k，k = 0, 1，…； 1-2)設(shè)置系統(tǒng)周期為T = 0. 02s，采樣周期為dT ; 1-3)設(shè)置初始值 k = 1，?εΛ = 0 及 u。，。= 0 ; 1-4)判斷電容電流突變量是否滿足判據(jù)1，如果滿足，則轉(zhuǎn)入步驟1-5)，如果不滿足， 則轉(zhuǎn)入步驟1-7); 1-5)根據(jù)式（14)計算該采樣點的電容電壓Uc;，k，然后轉(zhuǎn)入步驟1-6); 1-6)令n = n+1，k = η，然后判斷是否結(jié)束，如果是，則結(jié)束計算，輸出計算結(jié)果，如果 否，則轉(zhuǎn)入步驟1-4)，其中，η = η+1，等號后邊的η表示舊的值，等號左邊的η表示迭代加1 后新的值，k = η表示將新的值η賦予k ; 1-7)根據(jù)式（12)計算該采樣點的偏置分量^ (k)，根據(jù)式（13)計算電容電流Ikci(k)， 將該電容電流(k)作為該采樣點k的電容電流，令Uca= u μ (k)，并提取半個周波前的 采樣點，即令 η = k-N/2+l，令 icA = i (k-N/2)，令 uc，Q= u c，k_N/2，然后轉(zhuǎn)入步驟 1-8); 1- 8)令k = k+Ι，然后判斷是否結(jié)束，如果是，則結(jié)束計算，輸出計算結(jié)果，如果否，則轉(zhuǎn) 入步驟1_4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的暫態(tài)串補電容電壓計算方法，其特 征在于，所述方法用于計算在線時串補電容電壓的計算機編程實現(xiàn)過程為： 2- 1)設(shè)置系統(tǒng)周期為T = 0. 02s，采樣周期為dT ; 2-2)采樣電容電流的錄波數(shù)據(jù)i。。^ 2-3)判斷電容電流突變量是否滿足判據(jù)1，如果滿足，則轉(zhuǎn)入步驟2-4)，如果不滿足， 則轉(zhuǎn)入步驟2-5); 2-4)根據(jù)式（14)計算該采樣點的電容電壓Uc;，k，然后轉(zhuǎn)入步驟2-6); 2-5)根據(jù)式（12)計算該采樣點的偏置分量^ (k)，根據(jù)式（13)計算電容電流Ikci(k)， 將11。,。(1〇作為該采樣點k的電容電壓，即u。,,= 11。,。(1〇，并提取半個周波前的采樣點，即令 i a (k-N/2)，令 u。，。= u c，k_N/2;然后轉(zhuǎn)入步驟 2-6); 2-6)令k = k+Ι，然后轉(zhuǎn)入步驟2-2);其中，k = k+Ι表示在原k的值的基礎(chǔ)上加1作 為新的k的值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的暫態(tài)串補電容電壓計算方法，利用串補電容電流積分計算暫態(tài)過程電容兩端電壓，設(shè)計了積分計算初始電壓確定方法及消除串補控制保護系統(tǒng)采樣通道偏差影響的算法，并給出了該方法用于計算機編程實現(xiàn)的數(shù)值算法，并利用電流突變量判據(jù)區(qū)分平穩(wěn)狀態(tài)和暫態(tài)過程，設(shè)計了利用該方法進行離線故障錄波分析和在線實時計算的實現(xiàn)流程。本發(fā)明方法可用于計算穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程中的串補電容電壓，可用于離線的串補裝置故障錄波分析；可以通過對現(xiàn)有串補控制保護系統(tǒng)錄波單元程序升級，直接嵌入到錄波處理程序中，實現(xiàn)電容電壓的在線記錄。
【IPC分類】H02H7-26
【公開號】CN104852363
【申請?zhí)枴緾N201510230423
【發(fā)明人】李鵬, 黃浩聲, 王業(yè), 孔祥平, 林金嬌, 袁宇波
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月7日