预调式相控消弧控制方法与流程

本发明涉及供电控制技术领域，特别是一种预调式相控控制方法。

背景技术：

随着城市的快速发展，配网中电缆的大量使用，系统电容电流急剧增加，对电网安全运行构成隐患，越来越引起管理部门的重视。新型消弧线圈的容量应能平滑变动，并自动跟踪测量电容电流，在单相接地时应立即动作和充分补偿工频接地电流，促使电弧迅速熄灭。

相控消弧线圈是一种特殊设计的高阻抗变压器式可控电抗器，通过调节晶闸管的导通角来调节二次绕组中的短路电流，从而实现电抗值的可控调节，调节范围可以达到0～100％，对变电站扩建、运行方式调整等引起的电容电流较大变化有良好适应能力，显著优于国内广泛应用的调匝式消弧线圈。但目前这种相控式消弧线圈的消弧补偿只能采用随调方式，当系统发生单相接地故障后，需要多个周波才能判断接地启动补偿输出，不能及时消弧，瞬时性接地故障基本不起作用，严重限制了相控消弧线圈的推广应用。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种预调式相控消弧控制方法，能够提高相控消弧线圈的测量计算速度和补偿输出响应速度，满足瞬时性接地故障的补偿及消弧要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

预调式相控消弧控制方法，该方法基于预调式相控消弧控制装置实现，主要包括以下步骤：

a.采集系统模拟量，包括消弧线圈电流、相电压及线电压；

b.判断系统是否为单相接地故障状态，如是，相控式消弧线圈晶闸管按照最近一次测量得到的补偿相角θ0触发；如不是，采用自适应步长快速测量定位谐振区段，并确定零序回路谐振点，获得系统电容电流以及相控式消弧线圈的晶闸管补偿相角θ0；

c.第二个测量周期确定新的谐振点，并判断新谐振点的补偿相角θ0是否有效，如有效进入步骤d，如无效返回步骤b；

d.在新的一次测量周期到达前，无论是否发生单相接地，相控式消弧线圈晶闸管在每个半周波均按照最近一次测量得到的补偿相角θ0触发。

上述预调式相控消弧控制方法，步骤b中所述自适应步长快速测量定位谐振区段的方法为：

b11.设定相角测量区间，并确定自适应步长及测量轮次；

b12.第一轮次测量按照测量相角起点和测量相角终点以及最大步长确定测量点，采集每个测量点的系统电压uab、消弧线圈电流i0，以系统电压uab为基准计算各测量点消弧线圈电流i0的相角；

b13.根据第一轮次测量结果，选出相邻的消弧线圈电流i0的相角大于90°的两个测量点，分别设为第二轮次测量区间的起点相角和终点相角，并根据步骤b11确定的第二步长确定测量点，采集每个测量点的系统电压uab、消弧线圈电流i0，以系统电压uab为基准计算各测量点消弧线圈电流i0的相角；

b14.该测量周期中的第三轮次及其后轮次的测量点确定，按照步骤b13的逻辑重复进行，直到自适应步长小于1°为止，则最后确定的区段即为谐振区段。

上述预调式相控消弧控制方法，步骤b中所述零序回路谐振点的确定方法为：

b21.根据步骤b14确定的谐振区段设定扫描区段范围；

b22.扩大一倍步骤b21确定的扫描区段，自新谐振区段起点开始，按照设定的扫描测量步长逐点同步测量系统电压uab、消弧线圈电流i0；测量结果中i0的最大值即为谐振点，谐振点对应的相角为相控式消弧线圈的晶闸管补偿相角θ0。

上述预调式相控消弧控制方法，步骤b21所述的扫描区段范围确定方法为：

首先，读取自适应步长快速测量计算结束时，谐振区段起点相角phl和终点相角phr的数值；

然后，计算扫描区段范围：

如果phl＝phmin，则：

扫描起点相角＝phl

扫描终点相角＝phr+δph(n)×2；

如果phr＝phmax，则：

扫描起点相角＝phl-δph(n)×2

扫描终点相角＝phr；

如phl≠phmin且phr≠phmax，则：

扫描起点相角＝phl-δph(n)

扫描终点相角＝phr+δph(n)；

上述phmin为相控式消弧线圈晶闸管有效控制角度的下限值，phmax为相控式消弧线圈晶闸管有效控制角度的上限值，δph(n)为谐振区段的自适应步长。

上述预调式相控消弧控制方法，步骤b22中所述扫描测量步长选取范围为0.05～0.5°。

上述预调式相控消弧控制方法，判断新谐振点的补偿相角θ0是否有效的方法为，确定新谐振点的补偿相角θ0是否位于上一测量周期确定的谐振区段内，如位于，则新谐振点的补偿相角θ0值有效，本次测量完成；否则返回步骤b重新采用自适应步长测量。

上述预调式相控消弧控制方法，所述预调式相控消弧控制装置包括相控式消弧线圈、测控装置、阻尼电阻和投切开关，相控式消弧线圈包括连接在电网系统主回路中的消弧线圈本体以及连接在消弧线圈本体二次的滤波电路和晶闸管控制电路，阻尼电阻并联在滤波电路的两端或者串接在消弧线圈本体所在的电网系统主回路中，投切开关在测控装置的控制下实现阻尼电阻的投切；所述电网系统主回路中还设置有测量消弧线圈电流的电流互感器以及测量消弧线圈所在线路相电压的电压互感器，测控装置的输入端分别与电流互感器和电压互感器的输出端连接，测控装置的输出端连接晶闸管控制电路的受控端。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明通过在相控式消弧线圈所在线路中接入阻尼电阻，可以按照设定的测量周期测量消弧线圈电流和系统高电压，并计算电容电流以及当前相控式消弧线圈的晶闸管补偿相角，当系统发生单相接地故障时，便可按照最近一次测量得到的补偿相角触发补偿，与单相接地判定无关，提高了相控消弧线圈的测量计算速度和补偿输出响应速度，解决了接地后输出延迟的问题。

附图说明

图1为本发明中所述阻尼电阻与相控式消弧线圈串联的组成示意图；

图2为本发明中所述阻尼电阻与相控式消弧线圈并联的组成示意图；

图3为图1发生接地时的系统原理图；

图4为图2发生接地时的系统原理图；

图5为本发明的流程图。

其中：xt.相控式消弧线圈，rd.阻尼电阻，k.投切开关，ct电流互感器，pt.电压互感器，ssr.晶闸管。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

一种预调式相控消弧控制方法，该方法基于预调式相控消弧控制装置实现。

预调式相控消弧控制装置，包括相控式消弧线圈xt、阻尼电阻rd、投切开关k、电流互感器ct、电压互感器pt和测控装置。阻尼电阻rd并联在相控式消弧线圈的两端或者串接在相控式消弧线圈所在的电网系统主回路中，投切开关k在测控装置的控制下实现阻尼电阻rd的投切。

相控式消弧线圈xt包括连接在电网系统主回路中的消弧线圈本体以及连接在消弧线圈本体二次的滤波电路和晶闸管控制电路。

消弧线圈本体包括一个一次绕组和两个二次绕组，一次绕组连接在电网系统主回路中,第一个二次绕组连接晶闸管控制电路，第二个二次绕组连接滤波电路。

滤波电路包括若干并联设置的单次谐波滤波支路，本实施例中，包括并联连接的3次谐波滤波支路和5次谐波滤波支路。其中，3次谐波滤波支路为串联连接的电感l3和电容c3，5次谐波滤波支路为串联连接的电感l5和电容c5。

电流互感器ct和电压互感器pt均连接在电网系统主回路中，用于测量消弧线圈电流i0，电压互感器pt用于测量消弧线圈所在线路相电压u0。测控装置的输入端分别与电流互感器和电压互感器的输出端连接，测控装置的输出端连接晶闸管控制电路的受控端。

本发明中，当阻尼电阻rd和相控式消弧线圈串联时，阻尼电阻rd与投切开关k并联连接后，串联设置在电网系统主回路中，如图1所示；当系统发生接地时，其原理如图3所示。当阻尼电阻rd和相控式消弧线圈并联时，阻尼电阻rd与投切开关k串联连接后，并联设置在滤波回路两端，如图2所示；当系统发生接地时，其原理如图4所示。

具体地，本发明提出的预调式相控消弧控制方法，其流程如图5所示，主要包括以下步骤。

a.采集系统模拟量，包括消弧线圈电流i0及系统线电压uab。

b.判断系统是否为单相接地故障状态，如是，相控式消弧线圈晶闸管按照最近一次测量得到的补偿相角θ0触发；如不是，采用自适应步长快速测量定位谐振区段，并确定零序回路谐振点，获得系统电容电流以及相控式消弧线圈的晶闸管补偿相角θ0。

所述自适应步长快速测量定位谐振区段的方法如下。

b11.设定相角测量区间，并确定自适应步长及测量轮次。

自适应步长按照下式步骤计算。

……

其中，δph.自适应步长，phl.测量区间起点相角，phr.测量区间终点相角，1、2……n.测量轮次。

上述计算直到满足δph(n)＜1°时为止。

在相控式消弧线圈中，晶闸管的有效控制角度的下限值和上限值分别为phmin和phmax，二者差值一般不大于80°，为了具备代表性，设定相控消弧全输出范围为90°，自适应步长快速测量定位谐振区段的步长计算如下。

b12.第一轮次测量按照测量相角起点和测量相角终点以及最大步长确定测量点，采集每个测量点的系统电压uab、消弧线圈电流i0，以系统电压uab为基准计算各测量点消弧线圈电流i0的相角。

第一轮次测量点的确定方法为：令，phl＝phmin，phr＝phmax；则，

第1个测量点为phl；

第2个测量点为phl+δph(1)；

第3个测量点为phr-δph(1)；

第4个测量点为phr。

b13.根据第一轮次测量结果，选出相邻的消弧线圈电流i0的相角大于90°的两个测量点，分别设为第二轮次测量区间的起点相角phl′和终点相角phr′，并根据步骤b1确定的第二步长δph(2)确定测量点，采集每个测量点的系统电压uab、消弧线圈电流i0，以系统电压uab为基准计算各测量点消弧线圈电流i0的相角。

第二轮次测量点的确定方法为：

第1个测量点为phl′；

第2个测量点为ph′l+δph(2)；

第3个测量点为ph′r-δph(2)；

第4个测量点为phr′。

b14.该测量周期中的第三轮次及其后轮次的测量点确定，按照步骤b13的逻辑重复进行，直到自适应步长小于1°为止，则最后确定的区段即为谐振区段。

本实施例中，根据上述步长计算结果可知，自适应步长快速测量定位谐振区段的计算需要3轮测量，分别需要测量4、2、2次，确定谐振区段的长度是1.4°。

所述零序回路谐振点的确定方法如下。

b21.根据步骤b14确定的谐振区段设定扫描区段范围，确定方法如下。

首先，读取自适应步长快速测量计算结束时，谐振区段起点相角ph″l和终点相角ph″r的数值；

然后，计算扫描区段范围：

如果ph″l＝phmin，则：

扫描起点相角＝ph″l

扫描终点相角＝ph″r+δph(n)×2；

如果ph″r＝phmax，则：

扫描起点相角＝ph″l-δph(n)×2

扫描终点相角＝ph″r；

如ph″l≠phmin且ph″r≠phmax，则：

扫描起点相角＝ph″l-δph(n)

扫描终点相角＝ph″r+δph(n)；

b22.扩大一倍步骤b21确定的扫描区段，自新谐振区段起点开始，按照设定的扫描测量步长逐点同步测量系统电压uab、消弧线圈电流i0；测量结果中i0的最大值即为谐振点，谐振点对应的相角为相控式消弧线圈的晶闸管补偿相角θ0。

扫描测量步长根据控制精度设定，洗取范围为0.05～0.5°，本实施例中扫描测量步长设定为0.2°，那么，需要扫描过程中需要测量的次数为：次。

c.第二个测量周期确定新的谐振点，并判断新谐振点的补偿相角θ0是否有效，如有效进入步骤d，如无效返回步骤b。

判断新谐振点的补偿相角θ0是否有效的方法为，确定新谐振点的补偿相角θ0是否位于上一测量周期确定的谐振区段内，如位于，则新谐振点的补偿相角θ0值有效，本次测量完成；否则返回步骤b重新采用自适应步长测量。

d.在新的一次测量周期到达前，无论是否发生单相接地，相控式消弧线圈晶闸管在每个半周波均按照最近一次测量得到的补偿相角θ0触发。

本发明的测控装置通过设定测量周期、自适应步长及扫描步长，然后通过电流互感器和电压互感器来采集消弧线圈电流和系统电压，并计算当前时刻的系统电容电流以及相控式消弧线圈的晶闸管补偿相角θ0。在计算过程中，需要21(＝4+2+2+13)次测量即可完成，较常规全程扫描需要的次，测量计算量降低了97.1％；按照每点测量时间2个周波计算，测量跟踪时间为21×40ms＝840ms，只有行标dl/t1057《自动跟踪补偿消弧线圈成套装置技术条件》所允许时间3s的1/3～1/4，大大提高了相控消弧线圈的测量计算速度。

在系统运行的下一时刻，无论是否发生单相接地，均按照相控式消弧线圈在每半个周波内最近一次测量得到的晶闸管相角θ0触发，补偿输出的时间特性与调匝式、调容式等其他型式的预调消弧线圈一致，解决了相控式消弧线圈接地后输出延迟的问题，提高了补偿输出响应速度。