專利名稱：線路不對稱接地故障電流的控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)控制裝置，具體涉及線路不對稱接地故障電流的控制器及其方法。
背景技術(shù)：
電力線路發(fā)生故障后，傳統(tǒng)方法就是切除故障線路以保證系統(tǒng)中非故障線路的正常運行；然而如果切除的線路為重載關(guān)鍵線路，則必將引起潮流大轉(zhuǎn)移，并可能使多條線路過載而被切除，造成大面積停電。而電力系統(tǒng)的主要故障類型又為不對稱接地故障，僅單相接地就約占故障的70%，在國外發(fā)生的一些大停電事故就是由于一些關(guān)鍵的重載線路發(fā)生單相接地故障后被切除，引起潮流大轉(zhuǎn)移，從而使多條線路過載而被切除。線路發(fā)生不對稱接地故障后，如果能控制其接地故障電流為0，熄滅故障電弧，保持故障線路的繼續(xù)運行，并使故障線路上的電流等于故障前的電流，無疑將會減小因故障引起的系統(tǒng)潮流轉(zhuǎn)移，減小故障對電力系統(tǒng)運行的影響，提高電力系統(tǒng)運行的安全性和供電的可靠性。中性點不接地系統(tǒng)或消弧線圈接地系統(tǒng)能熄滅單相接地電弧，保持故障線路的繼續(xù)運行，因而具有更高的可靠性。因此我國的6kV 35kV系統(tǒng)普遍采用這種運行方式，而在國外的132kV系統(tǒng)上也有采用這種運行方式的。但是，消弧線圈系統(tǒng)(或中性點不接地系統(tǒng))僅對單相接地故障有效，在故障接地運行期間，系統(tǒng)中線路的非故障相將承受線電壓， 因此在高電壓等級系統(tǒng)中采用這種方式將極大地增加系統(tǒng)的成本。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種新型的不對稱接地故障電流控制器及其與之對應(yīng)的控制方法，與消弧線圈(或中性點不接地)系統(tǒng)相同，在故障接地期間，它能控制接地故障電流為0，熄滅接地電弧，同時使故障線路上傳輸?shù)碾娏鞯扔诮拥厍熬€路的電流；它不僅能控制單相接地故障電流，還能控制兩相短路接地故障電流；同時它不會引起系統(tǒng)過電壓。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，特采用如下技術(shù)手段一種線路不對稱接地故障電流控制器，其特征在于，由并聯(lián)變壓器T1、串聯(lián)變壓器T2,兩個可調(diào)電感Lb、Lc以及五個開關(guān)KA、KB、 Kc> Kg和Ks構(gòu)成；并聯(lián)變壓器T1的原邊繞組經(jīng)第一開關(guān)Ka、第二開關(guān)Kb和第三開關(guān)K。與系統(tǒng)備用的A相電源^^、B相電源和C相電源&1相連，T1的原邊繞組經(jīng)第四開關(guān)Ke與地相連；A相電源^^等于A相母線電壓&，B相電源等于B相母線電壓&，C相電源6^等于C相母線電壓&e ;并聯(lián)變壓器T1的副邊繞組與串聯(lián)變壓器T2的副邊繞組和第一可調(diào)電感Lb構(gòu)成第一串聯(lián)電路；串聯(lián)變壓器T2的原邊繞組和第二可調(diào)電感Lc串聯(lián)構(gòu)成第二串聯(lián)電路，該第二串聯(lián)電路與第五開關(guān)Ks并聯(lián)后嵌入在線路中；
Mm其中，的調(diào)節(jié)范圍在1. O 2. O之間，M為串聯(lián)變壓器T2的原邊繞組和副邊
繞組之間的互感，m為變壓器T1的變比，L2為串聯(lián)變壓器T2的副邊繞組的漏感；Lb為可調(diào)電感Lb的值。進一步，采用所述線路不對稱接地故障電流控制器的控制方法為，所述線路不對稱接地故障電流控制器安裝在線路每相的兩端；線路有功功率的輸出端為線路的發(fā)送端； 線路有功功率的輸入端為線路的接收端；正常運行期間，第四開關(guān)Ke和第五開關(guān)Ks閉合，第一開關(guān)Ka、第二開關(guān)Kb和第三開關(guān)K。斷開；線路發(fā)生不對稱接地故障后，斷開接地相線路兩端故障電流控制器的第五開關(guān) Ks，斷開第四開關(guān)Ke;如果故障電流控制器位于線路的發(fā)送端，導(dǎo)通第一開關(guān)Ka、第二開關(guān)Kb和第三開關(guān)K。中的一個，其余兩個關(guān)斷，使故障電流控制器中的并聯(lián)變壓器T1的原邊電壓與超前于故障相的電源電壓同相；如果故障電流控制器位于線路的接受端，導(dǎo)通第一開關(guān)Ka、第二開關(guān)Kb和第三開關(guān)K。中的一個，其余兩個關(guān)斷，使故障電流控制器中的并聯(lián)變壓器T1的原邊電壓與滯后于故障相的電源電壓同相。進一步，控制第二可調(diào)電感L。以控制線路故障狀態(tài)下電流的幅值，使電流的幅值達到希望值(該值為故障前線路電流的幅值，下同)；當(dāng)線路電流的幅值大于希望電流值時，則增加Lc電感的值；當(dāng)線路電流的幅值小于希望電流值時，則減小L。電感的值；控制電感Lb以控制線路電流的相位，使線路故障狀態(tài)電流的相位達到希望值(該值為故障前線路電流的相位，下同)，線路電流相量的參考方向為母線指向線路；故障電流控制器位于線路的發(fā)送端時，如果線路電流滯后于希望電流時，則減小 Lb電感的值；如果線路電流超前于希望電流時，則增加Lb電感的值；故障電流控制器位于線路的接受端時，如果線路電流滯后于希望電流時，則增加 Lb電感的值；如果線路電流超前于希望電流時，則減小Lb電感的值；故障線路兩端的電流均等于正常運行電流，則該狀態(tài)下，線路的故障電流為0，同時線路上傳輸?shù)碾娏饕驳扔诠收锨熬€路的電流。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明提出了基于故障電流控制器的不對稱接地故障電流的控制策略和控制方法，發(fā)生不對稱接地后，啟動接地相線路兩端的故障電流控制器，控制線路發(fā)送端故障電流控制器中與并聯(lián)變壓器原邊相連開關(guān)的狀態(tài)，使其并聯(lián)變壓器的原邊電壓與超前于故障相的電源電壓同相，在此基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)控制故障電流控制器中的兩個等效電感以控制線路發(fā)送端的故障相電流，使其等于接地前的電流；控制線路接受端故障電流控制器中與并聯(lián)變壓器原邊相連開關(guān)的狀態(tài)，使其并聯(lián)變壓器的原邊電壓與滯后于故障相的電源電壓同相， 在此基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)控制故障電流控制器中的兩個等效電感以控制線路接受端的故障相電流， 使其等于接地前的電流。線路兩端的故障電流均等于故障前的電流時，則故障電流為零，同時線路上傳輸?shù)碾娏饕驳扔诠收锨暗碾娏?。因此，該方法能使故障接地電流為零，熄滅故障接地電弧，保持故障線路的繼續(xù)運行且其傳輸?shù)碾娏鞯扔诠收锨暗木€路電流，這將提高系統(tǒng)運行的可靠性；由于故障狀態(tài)下僅需啟動故障相的故障電流控制器，因此它對非故障相的運行沒有影響，不會引起系統(tǒng)的過電壓。
2、本發(fā)明方法不僅對單相接地故障有效，對兩相短路接地故障也有效；同時它對故障線路的非故障相和非故障線路的運行沒有影響，不會引起系統(tǒng)過電壓。3、本發(fā)明所采用的并聯(lián)變壓器、串聯(lián)變壓器、可調(diào)電感及有載調(diào)節(jié)開關(guān)等元件，均已在電力系統(tǒng)中運行多年，這為故障電流控制器在電力系統(tǒng)中的可靠運行提供了基礎(chǔ)，這為該裝置的推廣應(yīng)用，特別是在高電壓等級系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了有利條件。該控制器的輸出等效于電壓源和電感的串聯(lián)，控制器的等效電壓源電壓可以與超前或滯后于故障相的電源電壓同相，并可以獨立控制其等效電壓源電壓的幅值和等效串聯(lián)電感的值。本發(fā)明為重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室的重點科技項目，獲得國家自然科學(xué)基金項目(50777066)資助。
圖1是簡單電力系統(tǒng)模型；圖2是故障電流控制器的結(jié)構(gòu)原理；圖3故障電流控制器等效電路圖；圖4電壓電流相量圖；圖5控制系統(tǒng)框圖；圖6實驗系統(tǒng)原理圖；圖7實驗中采用的控制系統(tǒng)原理圖；圖8控制器投入后控制電流滯后電源電壓(π /6電流幅值25Α)；圖9電流從滯后電源電壓π /6到滯后(π /36，幅值25Α不變)；圖10電流從滯后電源電壓π /36調(diào)整到滯后(5 π /6，幅值保持25Α)；圖11電流滯后電源電壓從5 Ji /6調(diào)整到35 Ji /36，幅值25Α不變；圖12電流滯后電源電壓35 Ji /36，幅值從25Α調(diào)整到15Α ；圖13故障接地電流；圖14接受端的線路電流和串聯(lián)電壓；圖15發(fā)送端的線路電流和串聯(lián)電壓。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖2所示，一種線路不對稱接地故障電流控制器，由并聯(lián)變壓器T1、串聯(lián)變壓器 T2,兩個可調(diào)電感Lb、Lc以及五個開關(guān)KA、KB、Kc, Kg和Ks構(gòu)成；并聯(lián)變壓器T1的原邊繞組經(jīng)第一開關(guān)Ka、第二開關(guān)Kb和第三開關(guān)Kc與系統(tǒng)備用的A相電源、B相電源^si和C相電源L1相連，T1的原邊繞組經(jīng)第四開關(guān)Ke與地相連；A相電源^41等于A相母線電壓&，B相電源等于B相母線電壓&，C相電源等于C相母線電壓& ;并聯(lián)變壓器T1的副邊繞組與串聯(lián)變壓器T2的副邊繞組和第一可調(diào)電感Lb構(gòu)成第一串聯(lián)電路；串聯(lián)變壓器T2的原邊繞組和第二可調(diào)電感L。串聯(lián)構(gòu)成第二串聯(lián)電路，樓第二串聯(lián)電路與第五開關(guān)&并聯(lián)后嵌入在線路中；
Mm其中，的調(diào)節(jié)范圍在1. 0 2. 0之間，M為串聯(lián)變壓器T2的原邊繞組和副邊繞組之間的互感，m為變壓器T1的變比，L2為串聯(lián)變壓器T2的副邊繞組的漏感；Lb為可調(diào)電感Lb的值。1、不對稱接地故障電流的特點及控制原理不對稱接地故障包括單相接地故障和兩相短路接地故障。圖1為簡單電力系統(tǒng)模型，由于電力線路本身的感抗遠大于電阻，同時故障狀態(tài)下故障電流控制器(其原理和結(jié)構(gòu)將在2中介紹)串聯(lián)的附加等效電感將進一步減小線路電阻的作用，因此圖1中的線路模型采用的是最簡單的電感模型，每相線路F點兩側(cè)的電感分別為kL和(1-k) L (其中k為 0 1之間的常數(shù)，它表征了 F點在線路中的位置)，L為每相線路的電感；開關(guān)Kfm(M表示 A、B、C，下同)的不同狀態(tài)表征了線路在F點的各種不對稱接地故障和&M1分別為線路的發(fā)送端(超前端)電壓和接受端(滯后端)電壓，它們分別是線路有功功率輸出端和輸入端的電源電壓。線路兩端的每相均裝有故障電流控制器，故障接地期間，故障電流控制器處于工作狀態(tài)，它等效于電壓源 (或 ,)和電感Lksm(或Lksmi)的串聯(lián)；系統(tǒng)正常運行時，故障電流控制器處于備用狀態(tài)，此時其等效電壓源電壓和輸出電感均為0，故障電流控制器對線路的正常運行沒有影響。正常運行期間，如果線路S端的電壓超前于S1端電壓δ，以^4為參考電壓時，則 UA=UA, =仏廣5，其中Ua和Uai分別為&和^41W幅值。根據(jù)圖1，該狀態(tài)下線路兩端的A相電流分別為
權(quán)利要求
1.線路不對稱接地故障電流控制器，其特征在于，由并聯(lián)變壓器T1、串聯(lián)變壓器T2，兩個可調(diào)電感Lb、Lc以及五個開關(guān)KA、KB、Kc, Kg和Ks構(gòu)成；并聯(lián)變壓器T1的原邊繞組經(jīng)第一開關(guān)Ka、第二開關(guān)Kb和第三開關(guān)Kc與系統(tǒng)備用的A相電源、B相電源&和C相電源相連，T1的原邊繞組經(jīng)第四開關(guān)Ke與地相連；A相電源等于控制器安裝點的A相母線電壓&，B相電源等于控制器安裝點的B相母線電壓&，C相電源 α等于控制器安裝點的 C相母線電壓& ;并聯(lián)變壓器T1的副邊繞組與串聯(lián)變壓器T2的副邊繞組和第一可調(diào)電感Lb 構(gòu)成第一串聯(lián)電路；串聯(lián)變壓器T2的原邊繞組和第二可調(diào)電感L。串聯(lián)構(gòu)成第二串聯(lián)電路， 第二串聯(lián)電路與第五開關(guān)Ks并聯(lián)后嵌入在線路中；Mm其中，的調(diào)節(jié)范圍在1. 0 2. 0之間，M為串聯(lián)變壓器T2的原邊繞組和副邊繞組之間的互感，m為變壓器T1的變比，L2為串聯(lián)變壓器T2的副邊繞組的漏感；Lb為可調(diào)電感 Lb的值。
2.如權(quán)利要求1所述線路不對稱接地故障電流控制器的控制方法，其特征在于，所述線路不對稱接地故障電流控制器安裝在控制線路每相的兩端；利用計算機實現(xiàn)對故障電流控制器中的可調(diào)開關(guān)和可調(diào)電感控制，以實現(xiàn)對線路不對稱短路接地故障電流的控制；正常運行期間，線路有功功率的輸出端為線路的發(fā)送端；線路有功功率的輸入端為線路的接收端；正常運行期間，第四開關(guān)Ke和第五開關(guān)Ks閉合，第一開關(guān)Ka、第二開關(guān)Kb和第三開關(guān) Kc斷開；線路發(fā)生不對稱接地故障后，斷開接地相線路兩端故障電流控制器的第五開關(guān)Ks，斷開第四開關(guān)Ke;如果故障電流控制器位于線路的發(fā)送端，導(dǎo)通第一開關(guān)Ka、第二開關(guān)Kb和第三開關(guān)Kc 中的一個，其余兩個關(guān)斷，使故障電流控制器中的并聯(lián)變壓器T1的原邊電壓與超前于故障相的電源電壓同相；如果故障電流控制器位于線路的接受端，導(dǎo)通第一開關(guān)Ka、第二開關(guān)Kb和第三開關(guān)K。 中的一個，其余兩個關(guān)斷，使故障電流控制器中的并聯(lián)變壓器T1的原邊電壓與滯后于故障相的電源電壓同相。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述線路不對稱接地故障電流控制器的控制方法，其特征在于，控制第二可調(diào)電感L。以控制線路故障狀態(tài)下電流的幅值，使電流的幅值達到希望值；控制第一電感Lb以控制故障狀態(tài)下線路電流的相位，使電流的相位達到希望值，線路電流相量的參考方向為母線指向線路；當(dāng)線路電流的幅值大于希望電流值時，則增加Lc電感的值；當(dāng)線路電流的幅值小于希望電流值時，則減小L。電感的值；故障電流控制器位于線路的發(fā)送端時，如果線路電流滯后于希望電流時，則減小Lb電感的值；如果線路電流超前于希望電流時，則增加Lb電感的值；故障電流控制器位于線路的接受端時，如果線路電流滯后于希望電流時，則增加Lb電感的值；如果線路電流超前于希望電流時，則減小Lb電感的值；故障線路兩端的電流均等于故障前的電流，則該狀態(tài)下，線路的故障電流為0，同時線路上傳輸?shù)碾娏饕驳扔诠收锨熬€路的電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種線路不對稱接地故障電流的控制器及其控制方法，該控制器由并聯(lián)變壓器、串聯(lián)變壓器、可調(diào)電感和有載調(diào)節(jié)開關(guān)構(gòu)成，該控制器等效于電壓源與電感的串聯(lián)，在此基礎(chǔ)上提出了基于該控制器的不對稱接地故障電流的控制方法，通過協(xié)調(diào)控制可調(diào)電感以及與并聯(lián)變壓器原邊繞組相連開關(guān)的位置，就等效地控制了等效電壓源的電壓和串聯(lián)電感，從而控制故障狀態(tài)下線路兩端的電流，并使其等于接地前的運行電流，在不過壓的情況下保持了故障線路的繼續(xù)運行。本發(fā)明不僅對單相接地故障有效，對兩相短路接地故障也有效；同時它對故障線路的非故障相和非故障線路的運行沒有影響。
文檔編號H02H7/26GK102222889SQ201110152558
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者張志剛, 江渝, 王恒, 鄭群英 申請人:重慶大學(xué)