配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了母線PT、自適應(yīng)控制并聯(lián)回路及自適應(yīng)控制模塊等，在該系統(tǒng)的支持下，通過自適應(yīng)控制方法，使開關(guān)的投切和電阻值的調(diào)整通過自適應(yīng)控制模塊實現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)整，該方法還對消弧線圈和可變電阻檔位調(diào)整提出了一種自適應(yīng)控制的優(yōu)化策略。本發(fā)明提高了跳開故障線路的準(zhǔn)確性，有效降低下一次故障時控制調(diào)整的誤差，有效防止了接地故障信號的錯發(fā)，大幅提高了系統(tǒng)單相接地的選線準(zhǔn)確性。
【專利說明】配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)中性點的接地系統(tǒng)，具體的說是一種配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控 制系統(tǒng)及自適應(yīng)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)中性點的接地方式與電力系統(tǒng)運行可靠性、安全性和經(jīng)濟性密切相關(guān)，隨著 智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，針對城市電網(wǎng)和配電網(wǎng)中性點接地方式的選擇成為了當(dāng)前電網(wǎng)智 能化改造建設(shè)的重點關(guān)注問題。當(dāng)前中壓配電網(wǎng)中，中性點的接地方式主要包括不接地、經(jīng) 消弧線圈接地和經(jīng)小電阻接地三種方式，下面對這三種方式做簡單分析：
[0003] 1)不接地方式
[0004] 該方式下，實際是經(jīng)變壓器中性點的等值電容接地，絕緣狀況不好時還包括泄漏 電阻，系統(tǒng)的零序阻抗呈現(xiàn)容性。當(dāng)發(fā)生接地故障時，非故障相的電壓最高會升至線電壓， 而故障點流過的電流為非故障線路電容電流的總和。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模不大時，該接地方式下的 電容電流較小，對系統(tǒng)影響較小，系統(tǒng)允許運行一段時間，能有效提高用戶的供電可靠性， 該方式在系統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)初期得到廣泛應(yīng)用。隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，且城市電網(wǎng)中電纜的比 例越來越大，對地電容電流達到一定值時，容易產(chǎn)生弧光接地過電壓，造成系統(tǒng)設(shè)備絕緣破 壞，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全性。
[0005] 2)經(jīng)消弧線圈接地
[0006] 該方式采用消弧線圈接入中性點，消弧線圈是一種鐵心帶空氣間隙的可調(diào)電桿線 圈，通常經(jīng)接地變的虛擬中性點接入系統(tǒng)，實現(xiàn)對電容電流的補償，且消弧線圈會使故障相 恢復(fù)電壓上升速度變慢，能保證故障點電弧迅速熄滅和避免發(fā)生重燃，有效避免電弧的接 地過電壓；另一方面，能有效限制單相故障時的接地電流，降低對設(shè)備和系統(tǒng)裝置的要求。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生瞬時單相接地故障時，消弧線圈能使故障點電弧迅速熄滅，實現(xiàn)故障的快速自 動消除。但該接地方式下，針對電纜線路常發(fā)生的永久性故障無法實現(xiàn)快速隔離，需要根據(jù) 選線信息進行人工拉路，另外由于單相故障時的接地電流較小，增大了故障選線的難度，選 線裝置的準(zhǔn)確率難以保證。
[0007] 3)經(jīng)小電阻接地
[0008] 該方式是在接地變的虛擬中性點接入低電阻，可以避免不接地方式下的弧光過電 壓，同時發(fā)生單相接地時，故障電流較大，能有效實現(xiàn)故障選線，并能使保護快速動作跳閘 隔離故障。該方式下非故障相的過電壓水平較低，對設(shè)備絕緣水平要求相對較低。該方式 針對城市電網(wǎng)的電纜線路來說是一種理想的接地方式。由于電纜線路的故障多為永久性故 障，過大的電容電流易使單相故障范圍擴大為相間故障，因此小電阻的接地方式能使保護 及時跳閘來切除故障線路。但該方式下系統(tǒng)中任何的單相接地故障都會動作于跳閘，對于 以架空線路為主或以架空與電纜混合線路組成的電網(wǎng)，其線路跳閘率過高，降低了供電可 靠性。
[0009] 從上述可看出，若前配電網(wǎng)中性點的接地方式常采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地， 當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，接地電流較小，斷路器保護不動作，通過發(fā)出接地信號提醒調(diào)控人 員，若為永久性故障需要根據(jù)選線信息采取人工拉路的方法來判斷故障線路并隔離。此類 接地方式下針對線路永久性故障（特別是電纜線路故障）的隔離效率較低，易造成設(shè)備長 時間的過電壓運行，且人為判斷操作的可靠性難以保證，影響設(shè)備和人身安全。若采用中性 點經(jīng)小電阻接地的方式，當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時，所產(chǎn)生的大電流信號能有效實現(xiàn)斷 路器保護的準(zhǔn)確動作，快速實現(xiàn)故障線路的隔離，能有效避免線路長時間的過電壓運行，降 低絕緣強度，但該方式下無法區(qū)分瞬時性接地故障和永久性接地故障，即系統(tǒng)中任何單相 接地故障都使保護動作于跳閘，特別當(dāng)10kV架空線路的單相接地故障概率較高，這種接地 方式大大降低了系統(tǒng)的供電可靠性。因此如何統(tǒng)籌考慮瞬時性接地和永久性接地故障以及 架空線路和電纜線路等多種情況，提出一種能實現(xiàn)自適應(yīng)控制的配電網(wǎng)接地方式，對提高 電網(wǎng)的供電可靠性和運行安全性至關(guān)重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明提出一種配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制系統(tǒng) 及自適應(yīng)控制方法，在該系統(tǒng)的支持下，通過自適應(yīng)控制方法，使開關(guān)的投切和電阻值的調(diào) 整通過自適應(yīng)控制模塊實現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)整，而且該系統(tǒng)有效防止了接地故障信號的錯發(fā)，大 幅提高了系統(tǒng)單相接地的選線準(zhǔn)確性。
[0011] 為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制系統(tǒng)， 包括線路零序CT和消弧線圈，其特征在于，還包括：母線PT、自適應(yīng)控制并聯(lián)回路、自適應(yīng) 控制模塊和外部輸入輸出設(shè)備，所述自適應(yīng)控制并聯(lián)回路包括可變電阻和與其串聯(lián)的開 關(guān)。
[0012] 所述自適應(yīng)控制模塊包括接地判斷模塊、跳閘控制和自適應(yīng)優(yōu)化模塊、接地選線 模塊及輸入輸出模塊，所述接地判斷模塊對中性點電壓、中性點電流和母線電壓進行判斷， 并發(fā)出接地信號和異常信號；所述跳閘控制和自適應(yīng)優(yōu)化模塊對所述接地判斷模塊輸出的 接地信號及所述外部輸入輸出設(shè)備輸入的參數(shù)通過優(yōu)化控制策略來控制斷路器和自適應(yīng) 控制并聯(lián)回路的開關(guān)；所述接地選線模塊采集線路零序CT值后，在常規(guī)選線分析的基礎(chǔ)上 加入線路零序電流中的有功分量，通過與門與常規(guī)選線分析耦合；所述輸入輸出模塊與所 述線路零序CT、消弧線圈、母線PT、可變電阻、開關(guān)及外部輸入輸出設(shè)備連接。
[0013] 進一步的，所述外部輸入輸出設(shè)備包括實時電網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備、調(diào)度中心上位機、顯示 屏、打印機和指示燈，外部輸入輸出設(shè)備與輸入輸出模塊通過有線和/或無線方式連接。
[0014] 一種配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0015] a、接地判斷模塊對中性點電壓、中性點電流和母線電壓進行采樣，采樣過程中應(yīng) 采用統(tǒng)一的時鐘；
[0016] b、根據(jù)靈敏度和裕度，設(shè)定母線電壓的最小值Vbmin和最大值Vbmax，當(dāng)母線電壓的某 相電壓低于v bmin且其余兩相電壓高于vbmax時，則發(fā)出異常信號；
[0017] c、若中性點電壓高于中性點電壓最大值Vset，且母線的某相電壓發(fā)出異常信號時， 則判斷為接地故障；若中性點電流高于中性點電流最大值I srt，且母線的某相電壓發(fā)出異常 信號，則判斷為接地故障；
[0018] d、接地判斷模塊將異常信號輸出至指示燈，接地故障輸出至跳閘控制和自適應(yīng)優(yōu) 化模塊；
[0019] e、跳閘控制和自適應(yīng)優(yōu)化模塊采用預(yù)調(diào)式的跟蹤補償方式，根據(jù)電網(wǎng)的實時諧振 頻率，并結(jié)合設(shè)定的脫諧度對消弧線圈檔位進行調(diào)節(jié)，具體的優(yōu)化控制策略如下：
[0020] k = Ceiling[k0+ α ( y - y 0)]
[0021]

【權(quán)利要求】
1. 一種配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括線路零序CT和消弧線圈，其特征在于，還包 括：母線PT、自適應(yīng)控制并聯(lián)回路、自適應(yīng)控制模塊和外部輸入輸出設(shè)備，所述自適應(yīng)控制 并聯(lián)回路包括可變電阻和與其串聯(lián)的開關(guān)， 所述自適應(yīng)控制模塊包括接地判斷模塊、跳閘控制和自適應(yīng)優(yōu)化模塊、接地選線模塊 及輸入輸出模塊，所述接地判斷模塊對中性點電壓、中性點電流和母線電壓進行判斷，并發(fā) 出接地信號和異常信號；所述跳閘控制和自適應(yīng)優(yōu)化模塊對所述接地判斷模塊輸出的接地 信號及所述外部輸入輸出設(shè)備輸入的參數(shù)通過優(yōu)化控制策略來控制斷路器和自適應(yīng)控制 并聯(lián)回路的開關(guān)；所述接地選線模塊采集線路零序CT值后，在常規(guī)選線分析的基礎(chǔ)上加入 線路零序電流中的有功分量，通過與門與常規(guī)選線分析耦合；所述輸入輸出模塊與所述線 路零序CT、消弧線圈、母線PT、可變電阻、開關(guān)及外部輸入輸出設(shè)備連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述外部輸入輸 出設(shè)備包括實時電網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備、調(diào)度中心上位機、顯示屏、打印機和指示燈，外部輸入輸出 設(shè)備與輸入輸出模塊通過有線和/或無線方式連接。
3. -種配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟： a、 接地判斷模塊對中性點電壓、中性點電流和母線電壓進行采樣，采樣過程中應(yīng)采用 統(tǒng)一的時鐘； b、 根據(jù)靈敏度和裕度，設(shè)定母線電壓的最小值vbmin和最大值vbmax，當(dāng)母線電壓的某相電 壓低于v bmin且其余兩相電壓高于vbmax時，則發(fā)出異常信號； c、 若中性點電壓高于中性點電壓最大值Vset，且母線的某相電壓發(fā)出異常信號時，則判 斷為接地故障；若中性點電流高于中性點電流最大值I srt，且母線的某相電壓發(fā)出異常信 號，則判斷為接地故障； d、 接地判斷模塊將異常信號輸出至指示燈，接地故障輸出至跳閘控制和自適應(yīng)優(yōu)化模 塊； e、 跳閘控制和自適應(yīng)優(yōu)化模塊采用預(yù)調(diào)式的跟蹤補償方式，根據(jù)電網(wǎng)的實時諧振頻 率，并結(jié)合設(shè)定的脫諧度對消弧線圈檔位進行調(diào)節(jié)，具體的優(yōu)化控制策略如下： k = Ceiling[k〇+a ( y - y 0)]
式中，1?和k為調(diào)整前后的消弧線圈檔位，為設(shè)定的脫諧度，γ為掃頻裝置分析計 算得到的實際電網(wǎng)脫諧度，a為調(diào)整系數(shù)，Ceiling為取整函數(shù)； 若消弧線圈檔位調(diào)整后系統(tǒng)的脫諧度為Y'，則對并聯(lián)電阻檔位的修正調(diào)整策略為： R = R〇+ β (y' - y 〇)
式中，R〇為調(diào)整前的并聯(lián)電阻值，R為調(diào)整后的并聯(lián)電阻值； f、 當(dāng)發(fā)生接地故障時，首先投入消弧線圈對電容電流進行補償，若為瞬時接地故障，則 不投入可變電阻，若為永久性接地故障，且故障時間大于t srt時，則閉合與可變電阻串聯(lián)的 開關(guān)，投入根據(jù)上述策略預(yù)調(diào)整的并聯(lián)電阻R ; g、在步驟a采樣的同時，接地選線模塊對線路零序CT進行采樣，對線路零序電流中的 有功分量分析通過與門實現(xiàn)與常規(guī)選線分析的耦合，若兩者一致則直接對斷路器發(fā)出跳閘 信號實現(xiàn)所選擇線路的隔離，若兩者不一致，則僅通過顯示裝置將選線信息提供給調(diào)控或 運維人員。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制方法，其特征在于，在步驟e中，還包 括以下誤差修正步驟， 根據(jù)調(diào)整后實際系統(tǒng)的脫諧度和零序電流值對調(diào)整系數(shù)α和β進行反饋修正，其相 應(yīng)的修正公式為：
式中，Sa和30為優(yōu)化調(diào)整步長，c為權(quán)重系數(shù)，I'為實際的零序電流值，、和Imin 為設(shè)定的目標(biāo)零序電流值、最大零序電流值和最小零序電流值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的配電網(wǎng)接地自適應(yīng)控制方法，其特征在于，在步驟f中還包括 延遲控制步驟，即當(dāng)與可變電阻串聯(lián)的開關(guān)閉合后的時間大于保護動作時間t與裕度時間 ε的和時，開關(guān)自動斷開。
【文檔編號】H02H9/08GK104092206SQ201410277801
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】瞿寒冰, 尹茂林, 林山, 臧宏偉, 于光遠 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司