專利名稱：線路兩相短路故障電流控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)控制方法，具體涉及線路兩相短路故障電流的控制方法。
背景技術(shù)：
線路發(fā)生故障后，傳統(tǒng)方法就是將故障線路切除以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但是被切除的故障線路將無(wú)法傳輸功率，必將引起系統(tǒng)潮流的轉(zhuǎn)移；如果切除的故障線路為重載關(guān)鍵線路，則將引起系統(tǒng)潮流大轉(zhuǎn)移，并可能使多條線路過(guò)載而被切除，從而引起大面積停電事故。在國(guó)外發(fā)生的、產(chǎn)生了重大損失的有些大停電事故，其最初起因就是系統(tǒng)中的關(guān)鍵線路被切除。但是，線路發(fā)生三相短路(或三相短路接地)的概率較低，其主要故障類型為不對(duì)稱故障，而單相接地故障已有相對(duì)成熟的方法控制其故障電流為0，并保持線路電流等于故障前的電流。目前還沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道線路發(fā)生兩相短路時(shí)，如何有效地控制短路電流為 0，保持故障線路上的電流等于故障前的電流，以進(jìn)一步提高線路供電的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新型的兩相短路故障電流的控制方法以及與之對(duì)應(yīng)的故障電流控制器，它能控制兩相短路故障電流為0，并保持故障線路上的電流等于故障前的電流。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種線路兩相短路故障電流控制方法，其特征在于，在線路每相的兩端均裝故障電流控制器；所述故障電流控制器由并聯(lián)變壓器T1、串聯(lián)變壓器T2，可調(diào)電感Lb、Lc以及開關(guān)KA、KB、Kc, Kg和Sks構(gòu)成，并聯(lián)變壓器T1的原邊繞組一端經(jīng)開關(guān)KA、KB、Kc與系統(tǒng)備用電源的 燦、Ubb、 α 相連，經(jīng)開關(guān)&與地相連，T1的原邊繞組的另一端接地；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)電路與開關(guān)Sks并聯(lián)后嵌入在線路中;(jAB、bBB、分別等于故障電流控制器安裝點(diǎn)的A、B、C相母線電壓；正常運(yùn)行期間，故障電流控制器處于備用狀態(tài)時(shí)，此時(shí)其中的Sks在閉合狀態(tài)，KA、 KB、Kc斷開，Kg閉合，故障電流控制器對(duì)線路的正常運(yùn)行沒有影響；線路發(fā)生兩相短路后，斷開位于線路故障相兩端的故障電流控制器中開關(guān)^is和 Ke，啟動(dòng)故障電流控制器，控制線路發(fā)送端故障相的兩臺(tái)故障電流控制器中的開關(guān)KA、KB、KC 的狀態(tài)，使它們的并聯(lián)變壓器T1的原邊電壓超前于正常運(yùn)行時(shí)其安裝點(diǎn)線路的對(duì)應(yīng)相的母線電壓2 π /3 ；控制線路接受端故障相的兩臺(tái)故障電流控制器中的開關(guān)KA、KB、Kc的狀態(tài)， 使它們的并聯(lián)變壓器T1的原邊電壓滯后于正常運(yùn)行時(shí)其安裝點(diǎn)線路的對(duì)應(yīng)相的母線電壓 2 π /3 ；所述發(fā)送端是指正常運(yùn)行時(shí)線路有功潮流的輸出端，所述接受端是指線路有功潮流的輸入端；
線路電流的參考方向均為母線指向線路，測(cè)量線路兩端故障相的電流，并以此計(jì)算故障相間線電流的基波分量(簡(jiǎn)稱線電流，下同)，并將它與故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間線電流進(jìn)行比較①如果故障期間故障相間的線電流的幅值大于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的幅值，則增加故障電流控制器的電感L。，以減小故障期間故障相間線電流的幅值，使之等于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的幅值；如果故障期間故障相間的線電流的幅值小于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間線電流的幅值，則減小故障電流控制器的電感Lc，以增加故障期間故障相間線電流的幅值，使之等于正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間線電流的幅值，在調(diào)節(jié)過(guò)程中保持線路一端的兩臺(tái)故障電流控制器中L。電感值相等；②如果故障期間故障相間線電流的相位滯后于正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的相位，則減小位于線路發(fā)送端的2臺(tái)故障電流控制器中的電感LB，增加位于線路接受端的2臺(tái)故障電流控制器中的電感LB，以增加故障相間線電流的相位，使之等于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的相位；如果故障期間故障相間線電流的相位超前于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的相位，則增加位于線路發(fā)送端的2臺(tái)故障電流控制器中的電感Lb，減小位于線路接受端的2臺(tái)故障電流控制器中的電感Lb，以減小故障相間線電流的相位，使之等于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的相位；在上述調(diào)節(jié)過(guò)程中，保持線路一端的2臺(tái)故障電流控制器中的Lb相等；通過(guò)上述調(diào)節(jié)，線路的故障電流不僅為0，同時(shí)故障線路上的電流也等于故障前的電流。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明提出兩相故障后，在故障相線路的發(fā)送端(接受端)串聯(lián)電感和電壓源， 使電壓源電壓與超前(滯后)于故障相的電源電壓同相，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電壓源電壓的幅值和電感的值，能控制故障相間的線電流等于正常電流，同時(shí)保持線路一端不同故障電流控制器中對(duì)應(yīng)電感的值相等。該狀態(tài)下，線路的故障電流不僅為0，同時(shí)故障線路的電流也等于其故障前的正常運(yùn)行時(shí)的電流。這樣可以極大地減小兩相短路故障對(duì)線路運(yùn)行的影響，提高線路供電的可靠性。2)同時(shí)，提出了由串聯(lián)變壓器、并聯(lián)變壓器、2個(gè)可調(diào)電感以及有載調(diào)節(jié)開關(guān)構(gòu)成的新型的故障電流控制器，該控制器等效于電壓源和電感的串聯(lián)，改變與并聯(lián)變壓器原邊相連開關(guān)的狀態(tài)，將改變故障電流控制器等效電壓源電壓的相位，使其與超前或滯后于故障相的電源電壓同相；協(xié)調(diào)控制兩個(gè)可調(diào)電感，能獨(dú)立控制其等效電壓源電壓的幅值和電感的值，同時(shí)還分析了故障電流控制器控制兩相短路電流為0，并保持線路電流等于故障前正常運(yùn)行時(shí)的電流的可能性。3)本發(fā)明在分析了故障相間線電流與線路串聯(lián)電壓和電感關(guān)系的基礎(chǔ)上提出了兩相短路故障電流的控制策略和控制方法，并建立了與之對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了本發(fā)明提出的故障電流控制器能控制故障線路上的電流，使其等于故障前正常運(yùn)行時(shí)的電流，同時(shí)通過(guò)理論分析和仿真結(jié)果也證明了提出的故障電流控制器以及與之對(duì)應(yīng)的兩相短路電流的控制原理、控制策略和控制方法的正確性。本發(fā)明為國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50777066)資助項(xiàng)目。


圖1簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)模型；圖2故障電流控制器的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3串聯(lián)電壓源電壓幅值調(diào)整的相量圖；圖4故障電流控制原理圖；圖5實(shí)驗(yàn)原理圖；圖6實(shí)驗(yàn)中采用的控制系統(tǒng)原理圖；圖7控制器投入后控制電流滯后電源電壓π /6電流幅值25Α ；圖8電流從滯后電源電壓π /6到滯后π /36，幅值25Α不變；圖9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10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11電流滯后電源電壓35 Ji /36，幅值從25Α調(diào)整到15Α ；圖12線路電流及短路電流；圖13線路兩端A相故障電流控制器的等效串聯(lián)電壓。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和控制原理對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。1、兩相短路故障電流的控制原理如下圖1為具有故障電流控制器的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)模型，其中&Μ和&Μ1 (Μ表示A、B、C相的參數(shù)，下同)分別為線路S端和S1端的電壓，^m超前&Μ1 δ，s端和S1端為線路有功功率的發(fā)送端(簡(jiǎn)稱發(fā)送端，下同)和接受端(簡(jiǎn)稱接受端，下同)。故障電流控制器等效于電壓源 (或)和電感Lksm(或Lksmi)的串聯(lián)，當(dāng)它處于備用狀態(tài)時(shí)， (或和 Lksm(或Lksmi)均等效為0。線路正常運(yùn)行期間故障電流控制器處于備用狀態(tài)，線路兩端的電流分別為iM、Imi ;兩相短路且故障電流控制器投入后，線路兩端的電流則為i· Jmifi
圖1所示。由于輸電線路的電抗本身就遠(yuǎn)大于其電阻，而故障電流控制器的等效串聯(lián)電感將進(jìn)一步減小線路電阻對(duì)故障電流的影響，因此圖1中的線路模型為最簡(jiǎn)單的電感模型，F(xiàn) 點(diǎn)兩側(cè)每相線路的電感分別為kL和(l-k)L(其中k為0 1之間的常數(shù)，它表征了 F點(diǎn)的位置)。以線電壓^se為參考電壓，則正常運(yùn)行期間線路S端和S1端B、C相間的線電流^^ 和^jiei分別為}BC = (Ubc - Umci cos δ + jUmci sin ^)/ jaL ⑴Imci = (-Ubc + Umci cos δ - jUmci sin δ) / jcoL其中Ubc和Umci分別為線路S端和S1端B、C相間線電壓的幅值。線路的B、C相在F點(diǎn)發(fā)生短路故障(兩相短路)后，啟動(dòng)S端B相和C相的故障電流控制器，控制其等效電抗均為&，其等效電壓源電壓、 λι分別為ilKSB=ksilA (2)IJksc =ksUB其中ks為實(shí)數(shù)，即B、C相的串聯(lián)電壓分別與超前于B相和C相(故障相)的電源
5電壓&和&同相，同時(shí)保持它們的幅值相等。因此線路S端的B相電流}_和C相電流分別為
權(quán)利要求
1.線路兩相短路故障電流控制方法，其特征在于，在線路每相的兩端均裝故障電流控制器；所述故障電流控制器由并聯(lián)變壓器T1、串聯(lián)變壓器T2，可調(diào)電感Lb、Lc以及開關(guān)Ka、 KB、K。、Kg和^is構(gòu)成，并聯(lián)變壓器T1的原邊繞組一端經(jīng)開關(guān)KA、KB、Kc與系統(tǒng)備用電源的 {jab、Ubb, α 相連，經(jīng)開關(guān)&與地相連，T1的原邊繞組的另一端接地；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，該第二串聯(lián)電路與開關(guān)^is并聯(lián)后嵌入在線路中 ’bab、ubb, α 分別等于故障電流控制器安裝點(diǎn)的A、B、C相母線電壓；正常運(yùn)行期間，故障電流控制器處于備用狀態(tài)時(shí)，此時(shí)其中的^is在閉合狀態(tài)，KA、KB、Kc 斷開，Kg閉合，故障電流控制器對(duì)線路的正常運(yùn)行沒有影響；線路發(fā)生兩相短路后，斷開位于線路故障相兩端的故障電流控制器中開關(guān)Sks和Ke，啟動(dòng)故障電流控制器，控制線路發(fā)送端故障相的兩臺(tái)故障電流控制器中的開關(guān)KA、KB、Kc的狀態(tài)，使它們的并聯(lián)變壓器T1的原邊電壓超前于正常運(yùn)行時(shí)其安裝點(diǎn)線路的對(duì)應(yīng)相的母線電壓2 π /3 ；控制線路接受端故障相的兩臺(tái)故障電流控制器中的開關(guān)ΚΑ、ΚΒ、Κ。的狀態(tài)，使它們的并聯(lián)變壓器T1的原邊電壓滯后于正常運(yùn)行時(shí)其安裝點(diǎn)線路的對(duì)應(yīng)相的母線電壓2 π /3 ； 所述發(fā)送端是指正常運(yùn)行時(shí)線路有功潮流的輸出端，所述接受端是指線路有功潮流的輸入端；線路電流的參考方向均為母線指向線路，測(cè)量線路兩端故障相的電流，并以此計(jì)算故障相間線電流的基波分量(簡(jiǎn)稱線電流，下同)，并將它與故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間線電流進(jìn)行比較①如果故障期間故障相間的線電流的幅值大于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的幅值，則增加故障電流控制器的電感L。，以減小故障期間故障相間線電流的幅值，使之等于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的幅值；如果故障期間故障相間的線電流的幅值小于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間線電流的幅值，則減小故障電流控制器的電感 Lc，以增加故障期間故障相間線電流的幅值，使之等于正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間線電流的幅值，在調(diào)節(jié)過(guò)程中保持線路一端的兩臺(tái)故障電流控制器中L。電感值相等；②如果故障期間故障相間線電流的相位滯后于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的相位，則減小位于線路發(fā)送端的2臺(tái)故障電流控制器中的電感Lb，增加位于線路接受端的2臺(tái)故障電流控制器中的電感Lb，以增加故障相間線電流的相位，使之等于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的相位；如果故障期間故障相間線電流的相位超前于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的相位，則增加位于線路發(fā)送端的2臺(tái)故障電流控制器中的電感！^，減小位于線路接受端的2臺(tái)故障電流控制器中的電感LB，以減小故障相間線電流的相位，使之等于故障前正常運(yùn)行期間其對(duì)應(yīng)相間的線電流的相位；在上述調(diào)節(jié)過(guò)程中， 保持線路一端的2臺(tái)故障電流控制器中的Lb相等；通過(guò)上述調(diào)節(jié)，線路的故障電流不僅為0，同時(shí)故障線路上的電流也等于故障前的電流。
全文摘要
本發(fā)明提出線路兩相短路故障電流控制方法。在故障相線路的發(fā)送端/接受端串聯(lián)電感和電壓源，使電壓源電壓與超前/滯后于故障相的電源電壓同相，并調(diào)節(jié)電壓幅值和電感值，能控制故障線路的電流等于故障前的電流，并使故障電流為0。同時(shí)提出由變壓器、可調(diào)電感及開關(guān)構(gòu)成的新型故障電流控制器，它等效于電壓源和電感的串聯(lián)，其電壓源電壓可與超前或滯后于故障相的電源電壓同相，并能獨(dú)立控制電壓的幅值和電感的值，因此故障電流控制器能控制兩相短路電流為0，并保持線路電流等于故障前的電流。同時(shí)提出了兩相短路故障電流的控制策略和控制方法。通過(guò)理論分析、仿真分析以及實(shí)驗(yàn)證明了故障電流控制器及其與之對(duì)應(yīng)的控制策略和控制方法的正確性。
文檔編號(hào)H02H7/26GK102280867SQ20111019947
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者張志剛, 江渝, 王恒, 鄭群英, 黃敏 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)