专利名称：有源式高压直流开关振荡回路参数在线测量系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种高压直流开关振荡回路参数测量技术，特别是涉及一种有源式高压直流开关振荡回路参数[电阻㈨、电感(L)、电容(C)]在线测量系统及其方法。
背景技术：
从80年代末以来，我国直流输电技术的研究取得了突飞猛进的进展，目前国内已投运的士500kV直流工程有十余条。我国计划在2020年前投运的直流工程将超过30 条；同时，为了实现“西电东送”战略，国家正大力推进包括士400kV、士660kV、士800kV和士 IOOOkV特高压直流输电工程的建设，未来直流输电将成为我国电网的重要组成部分。直流开关是直流输电工程换流站的重要设备之一，其主要作用是改变直流系统的运行方式和及时清除线路中出现的故障。目前为止，在高压直流输电系统中的直流开关设计所采用的方法是基于交流开关的基础上，通过各种措施将通过交流开关的恒定电流转换为有电流零点的变换电流。这样利用传统意义上的交流开关所设计的直流开断方案，可以达到开断大电流的效果。现在典型的高压直流开关有无源型直流开关和有源型直流开关两种。当前国内各大换流站装设的直流开关主要有金属回路转换开关(MRTB)、大地回路转换开关(GRTS)、中性母线开关(NBS)等。电力行业为了加强对变电技术管理，提高电网运行水平，减少事故，规范对直流电源的运行管理，国家电网公司制定了《直流电源系统设备评析标准》等企业规定和标准。目前，在新投运换流站交接以及已运行站的检修工作中，因为缺乏可靠的技术手段和先进的设备和装置，对直流开关振荡回路的检修工作未能有效开展，给安全生产带来了隐患。湖北省电力试验研究院提出了一种振荡回路参数的测量方法，并已广泛应用到直流开关的现场试验中。这种测量方法必须是在离线的方式下进行的，且测量工作较为繁琐， 工作量较大。
图1为传统离线式测量MRTB(金属回路转换开关)振荡回路参数方法的电路原理图。现场试验时，先将电容C两端电压充到300V左右，接着断开充电回路开关SW，并逐步闭合振荡回路开关Sl和开断元件S2，此时电容C通过振荡回路放电，通过电阻分流计R 和数字存储示波器SBQ完成对振荡回路电流的记录。上述测量方法的不足之处是1、根据试验电流波形计算电感L和电阻R的前提是必须知道电容器C的容抗值， 且现场试验时一般是使用万用表估测电容值，这给计算的精度也带来误差。2、在搭建试验回路时，必须配置调压器和整流器等装置，由于整个直流断路器是安装在一个绝缘平台上，因而在给电容器C充电时，需从电容器C的两端引线下来；同时为了将电阻分流计R串接到放电回路中，必须从振荡回路的一个连接口上拆掉一根导线，这种试验方法接线较为繁琐，需要工作人员现场登高拆接导线；更严重的是，由于接入的导线自身的电感和电阻，会严重影响所计算得到的电感和电阻值的有效性和精确性。3、整个试验过程必须在离线的状态下进行，导致测量的波形和计算的结果都缺乏实时性，不能有效地反映直流断路的开断过程和运行状况，同时也影响了直流输电系统的
可靠性及能量可利用率。到目前为止，直流开关的测量仪器都是在试验室和生产厂家进行，其相关的测试仪器都是采用“人工干预计算”。采用设备主要是大型充电机、直流屏、蓄电池组、毫秒计和波形记录仪等。R、L、C振荡回路是直流开关的核心部分，通过它产生的交流电流与线路上的直流电流进行叠加，从而使得最后的总电流波形有过零点，这样就可以根据交流开关灭弧原理来熄灭电弧。直流开关的灭弧性能好坏不仅跟开关的机械特性有关，而且还与振荡回路产生的交流电流的幅值频率有关，而交流电流的频率幅值直接取决于R、L、C参数。因此为保证直流开关可靠运行，其R、L、C参数必须配合得当并且保持长期稳定。但是由于这些设备长期户外带电运行，其参数有可能发生一些变化，从而导致直流开关的开断性能发生变化， 最终影响其安全稳定运行。因此必须对这些参数进行测量以判断开关的性能好坏。现行的检修试验方案中，在换流站进行检修时运用专门的仪器或者用特定的试验方法来分别测定直流开关振荡回路中R、L、C的具体值。还有一种直流开关离线参数测量方法需要在回路中串人分流计进行试验。这些方法的缺点是1、这些方法全部是离线的，只有在换流站进行检修的时候进行，在换流站正常运行过程中无法得知这些值，而一旦当其中某些参数由于设备老化或者过电压冲击发生一些变化时，就是无法得知其变化的具体数值的。2、直流开关分离元件多，试验的周期很长，花费的人力物力比较大。3、现有直流开关离线参数测量试验需要解开直流开关振荡回路连接线。4、现有直流开关离线参数测量试验需要外加很长的延长线将分流计传入直流开关振荡回路中。由于振荡回路中电感参数本身很小(几十μH数量级)，而增加延长线的导线电感也有几十μ H电感，这样会严重影响测量结果。5、现有直流开关离线参数测量试验，计算电阻R、电感L和电容C的参数是采用首先假定电容C参数不变，根据振荡电流的频率计算出电感L参数。其次再根据电感L参数和振荡电流的包络线计算出电阻参数，与现场实际不完全符合。
发明内容
由于要对高压直流开关振荡回路参数进行在线测量，因此不可能允许将对R、L、C 这些参数进行直接测量的装置长期挂网运行，所以必须采用其他的测量技术来间接地求取 R、L、C的值。因此，本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种有源式高压直流开关振荡回路参数在线测量系统及其方法。本发明只需要知道直流开关上两端充电电压的初始值以及振荡回路中的电流，就可以通过遗传算法在线计算出相应的R、L、C的值。本发明的目的是这样实现的一、有源式高压直流开关振荡回路参数在线测量系统(简称系统)本系统以PAC为核心，以霍尔电流传感器作为采集设备，以GPRS作为通信手段，以太阳能电池板、蓄电池以及直流电压转化器作为装置的工作电源，通过GPRS无线传输将采集到的信号传输到后台PC机上存储起来，从而实现了对有源式高压直流开关振荡回路电流的在线监测。系统的前置包括信号的采集部分和传输部分，采集部分由霍尔传感器和PAC采集卡组成，数据传输部分由GPRS完成，数据发送到后台之后，经过遗传算法计算出R、L、C值。具体地说，本系统包括PAC、传感器、GPRS模块、太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、直流电压转化器和后台PC机；分别与太阳能电池板和蓄电池连接的太阳能控制器又与直流电压转化器连接，构成供电电源；直流电压转化器分别与PAC、传感器和GPRS模块连接，实现供电；传感器、PAC、GPRS模块和后台PC机依次连接，实现数据的采集、传输和处理。本发明的测量原理与传统离线式的相比较，本发明不采用电阻分流计和示波器完成对振荡回路电流的记录，而是采用更加精确的PAC和霍尔电流传感器来采集振荡回路的电流，并通过GPRS 无线传输技术将采集到的电流信号传输到后台PC机，从而实现了高压直流开关振荡回路电流的在线检测。二、有源式高压直流开关振荡回路参数在线测量方法(简称方法)本方法基于上述有源式高压直流开关振荡回路参数在线测量系统，通过可编程自动化控制器PAC和霍尔电流传感器采集振荡回路的电流，并通过GPRS无线传输模块将采集到的电流信号传输到后台PC机，实现高压直流开关振荡回路电流的在线检测；再以后台PC 机为工作平台进行编程来处理数据，即应用遗传算法对后台工控机接收的电流数据进行分析，主要包括确定计算对象、编码、解码、计算适应度值、进行选择、交叉、变异操作、输出结果等步骤①对于直流开关振荡回路，应用基尔霍夫第一定律有u = uc+uL+uE,u为开断回路两端电压，Uc, uL, Uk分别为振荡回路电容电压、电感电压和电阻电压；②将Wi =L-^-, uE = iR代入u = uc+uL+uE,并对t求导可得振荡回路中R、L、C与
at
电压u、电流i之间的关系^ =丄+ L4 + i 4，
dt C dt dti为振荡回路电流，R、L、C分别为别为振荡回路电阻、电感和电容；③解上述二阶方程得/ = AiTa sm加，即为振荡回路中R、L、C与电压U、电流i之
权利要求
1.一种有源式高压直流开关振荡回路参数在线系统，其特征在于包括PAC(I)、传感器(2)、GPRS模块(3)、太阳能电池板⑷、太阳能控制器(5)、蓄电池(6)、直流电压转化器(7)和后台PC机⑶；分别与太阳能电池板(4)和蓄电池(6)连接的太阳能控制器( 又与直流电压转化器(7)连接，构成供电电源；直流电压转化器(7)分别与PAC(I)、传感器⑵和GPRS模块(3)连接，实现供电； 传感器(2)、PAC(I)、GPRS模块(3)和后台PC机⑶依次连接，实现数据的采集、传输和处理。
2.基于权利要求1所述系统的一种有源式高压直流开关振荡回路参数在线测量方法， 其特征在于通过可编程自动化控制器PAC和霍尔电流传感器采集振荡回路的电流，并通过GPRS无线传输模块将采集到的电流信号传输到后台PC机，实现高压直流开关振荡回路电流的在线检测；再以后台PC机为工作平台进行编程来处理数据①对于直流开关振荡回路，应用基尔霍夫第一定律有 U = uc+uL+uE,U为开断回路两端电压，U。、UL, Ue分别为振荡回路电容电压、电感电压和电阻电压；②将
全文摘要
本发明公开了一种有源式高压直流开关振荡回路参数在线测量系统及其方法，涉及一种高压直流开关振荡回路参数测量技术。本发明通过可编程自动化控制器PAC和霍尔电流传感器采集振荡回路的电流，并通过GPRS无线传输模块将采集到的电流信号传输到后台PC机，实现高压直流开关振荡回路电流的在线检测；再以后台PC机为工作平台进行编程来处理数据，即应用遗传算法对后台工控机接收的电流数据进行分析。本发明可以随时在线测量直流开关振荡回路中的R、L、C参数，能保障振荡回路产生的电流波形保持稳定，保证了直流输电系统的长期可靠运行以及整个系统的安全稳定。
文档编号G01R27/02GK102230948SQ201110065039
公开日2011年11月2日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者宁涛, 李志华, 王俊, 王雄, 白尧, 蔡超, 袁佳歆, 金涛, 阮羚, 陈伟 申请人:湖北省电力公司电力试验研究院