串聯(lián)補(bǔ)償裝置及串聯(lián)補(bǔ)償裝置的安全保護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種串聯(lián)補(bǔ)償裝置和串聯(lián)補(bǔ)償裝置的安全保護(hù)方法，該裝置包括：補(bǔ)償電容、氧化鋅組件、放電限流電路、渦流快速開關(guān)、電流互感器和處理器。該方法包括以下步驟：采集電網(wǎng)中的電流數(shù)據(jù)；根據(jù)電流數(shù)據(jù)判斷電網(wǎng)中是否存在短路，如果是，則由處理器控制渦流快速開關(guān)閉合。本發(fā)明設(shè)計(jì)了串聯(lián)補(bǔ)償裝置，并提出靜態(tài)電流均衡函數(shù)及電流安全預(yù)警函數(shù)，確保串聯(lián)補(bǔ)償裝置的運(yùn)行安全，保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行。
【專利說明】
串聯(lián)補(bǔ)償裝置及串聯(lián)補(bǔ)償裝置的安全保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的串聯(lián)補(bǔ)償裝 置及串聯(lián)補(bǔ)償裝置的安全保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力網(wǎng)損耗是指電能從發(fā)電廠傳輸?shù)娇蛻舻倪^程中，在輸電、變電、配電盒營銷等 各環(huán)節(jié)的電能損耗和損失。損率是綜合反映電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行和經(jīng)營管理水平的 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。電力網(wǎng)的線損電量主要包括可變損耗、固定損耗和管理損耗。可變損耗 指的是消耗在電力線路和電力變壓器電阻上的電量，該部分損耗與傳輸功率(或電流)的平 方成正比。固定損耗指的是產(chǎn)生在電力線路和變壓器的等值并聯(lián)電導(dǎo)上的損耗，對配電網(wǎng) 而言主要包括電力變壓器的鐵損，電力電纜和電容器的絕緣介質(zhì)損耗，絕緣子的泄漏損耗 等。固定損耗和可變損耗可以通過理論計(jì)算得出，故常將其稱為理論線損。管理損耗指的是 線損電量扣除理論線損后的部分。電網(wǎng)損耗每年浪費(fèi)電能巨大，且影響了供電質(zhì)量，導(dǎo)致用 電器損壞。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中也提出了一些電網(wǎng)補(bǔ)償方案，主要采用并聯(lián)電容的方式進(jìn)行補(bǔ)償，其 成本高，響應(yīng)速度慢，容易燒壞補(bǔ)償電容器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提出了如下技術(shù)方案。
[0005] -種串聯(lián)補(bǔ)償裝置，包括:補(bǔ)償電容、氧化鋅組件、放電限流電路、渦流快速開關(guān)、 電流互感器和處理器，其中，
[0006] 所述補(bǔ)償電容串聯(lián)在電網(wǎng)的供電線路中，用于補(bǔ)償電網(wǎng)的壓降；
[0007] 所述氧化鋅組件與補(bǔ)償電容并聯(lián)，用于限制補(bǔ)償電容兩端的電壓；
[0008] 所述放電限流電路與渦流快速開關(guān)串聯(lián)形成串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路與所述補(bǔ)償 電容并聯(lián)，用于限制補(bǔ)償電容的放電電流；
[0009] 所述處理器分別與所述電流互感器和所述渦流快速開關(guān)相連；
[0010] 所述電流互感器用于采集供電線路中的電流，并將采集到的電流數(shù)據(jù)發(fā)送至所述 處理器；
[0011] 所述處理器根據(jù)所述電流數(shù)據(jù)控制所述渦流快速開關(guān)的開閉。
[0012] 優(yōu)選的，所述串聯(lián)補(bǔ)償裝置還包括:第一開關(guān)、第二開關(guān)和熱備開關(guān)，
[0013] 所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)串聯(lián)；
[0014] 所述補(bǔ)償電容串聯(lián)在所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)之間；
[0015] 所述氧化鋅組件與所述補(bǔ)償電容并聯(lián)形成并聯(lián)電路，所述并聯(lián)電路位于所述第一 開關(guān)和所述第二開關(guān)之間；
[0016] 所述放電限流電路與渦流快速開關(guān)位于所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)之間；
[0017] 所述熱備開關(guān)與所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)并聯(lián)。
[0018] -種上述串聯(lián)補(bǔ)償裝置的安全保護(hù)方法，包括以下步驟：
[0019] S1:采集電網(wǎng)中的電流數(shù)據(jù)；
[0020] S2:根據(jù)電流數(shù)據(jù)判斷電網(wǎng)中是否存在短路；
[0021] S3:根據(jù)S2中的判斷結(jié)果啟動(dòng)響應(yīng)操作。
[0022]優(yōu)選的，所述S1步驟具體為：
[0023]使用電流互感器每隔0.1ms設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)，采集10個(gè)電流數(shù)據(jù)，將采集的電流數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)組current [ 10]中。
[0024]優(yōu)選的，所述S2步驟具體為：
[0025]對數(shù)組current [ 10 ]中的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得每一采樣點(diǎn)電流的變化率，存儲(chǔ) 在數(shù)組diff_current[10]中，其中：
[0026]
[0027] 式中i表示數(shù)組的標(biāo)號(hào)，
[0028] 構(gòu)建靜態(tài)電流均衡函數(shù)：
[0029]
[0030] I為通過的電流大小，10為電網(wǎng)正常工作時(shí)通過串聯(lián)補(bǔ)償裝置的最大電流，通過電 網(wǎng)運(yùn)行的日志數(shù)據(jù)獲得；
[0031 ] 獲得數(shù)組diff_current[10]中的最大值diff_current[ j]，表示此時(shí)刻的電流變 化率最大，K j < 10，并從數(shù)組current [ 10]中獲得此時(shí)的電流值current [ j ]，構(gòu)建電流安 全預(yù)警函數(shù)：
[0032 ] G (j )= a*F (current [ j ]) +β*(1 i f f_current [ j ]，α、β分別為權(quán)重值，G0為短路閾值， 可通過仿真計(jì)算或電網(wǎng)日志數(shù)據(jù)分析獲得，
[0033]當(dāng)所述電流安全預(yù)警函數(shù)值G(j)>G 0時(shí)，判定電網(wǎng)出現(xiàn)短路。
[0034]優(yōu)選的，所述S3步驟具體為：
[0035] 根據(jù)所述S2步驟判斷的結(jié)果，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)短路時(shí)，由所述處理器控制所述渦流快 速開關(guān)閉合，進(jìn)而保護(hù)串聯(lián)補(bǔ)償裝置。
[0036] 本發(fā)明的有益效果為:設(shè)計(jì)了串聯(lián)補(bǔ)償裝置，并提出靜態(tài)電流均衡函數(shù)及電流安 全預(yù)警函數(shù)，確保串聯(lián)補(bǔ)償裝置的運(yùn)行安全，保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明的串聯(lián)補(bǔ)償裝置的原理結(jié)構(gòu)圖。
[0038] 圖2是本發(fā)明的一種串聯(lián)補(bǔ)償裝置的安全保護(hù)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明串聯(lián)補(bǔ)償裝置及其安全保護(hù)方法進(jìn)行具體說明。
[0040] 如圖1所示，一種用于補(bǔ)償電網(wǎng)電壓壓降的串聯(lián)補(bǔ)償裝置，包括:第一開關(guān)1、第二 開關(guān)2、補(bǔ)償電容3、氧化鋅組件4、放電限流電路5、渦流快速開關(guān)6、熱備開關(guān)7、電流互感器8 和處理器9。
[0041] 第一開關(guān)1和第二開關(guān)2串聯(lián)，補(bǔ)償電容3串聯(lián)在第一開關(guān)1和第二開關(guān)2之間，補(bǔ)償 電容3用于補(bǔ)償線路壓降。氧化鋅組件4與補(bǔ)償電容3并聯(lián)，并聯(lián)后的電路再串聯(lián)在第一開關(guān) 1和第二開關(guān)2之間，氧化鋅組件4用于保護(hù)補(bǔ)償電容，限制補(bǔ)償電容兩端的電壓。放電限流 電路5與渦流快速開關(guān)6串聯(lián)后與補(bǔ)償電容3并聯(lián)，并聯(lián)后的電路再串聯(lián)在第一開關(guān)1和第二 開關(guān)2之間。熱備開關(guān)7與第一開關(guān)1和第二開關(guān)2所在的供電線路并聯(lián)，正常運(yùn)行時(shí)熱備開 關(guān)處于開閘狀態(tài)。電流互感器8優(yōu)選設(shè)置在第二開關(guān)2的前端，當(dāng)然也可以設(shè)置在供電線路 的其他位置，只要使其便于采集供電線路中的電流即可。處理器9與電流互感器8串聯(lián)設(shè)置， 處理器9與渦流快速開關(guān)6相連，處理器9接收電流互感器8采集的電流數(shù)據(jù)，根據(jù)對電流數(shù) 據(jù)的處理結(jié)果控制渦流快速開關(guān)6的開閉。
[0042]電流互感器8的工作原理是電磁感應(yīng)原理。電流互感器8是由閉合的鐵芯和繞組組 成。它的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測量電流的線路中，因此它經(jīng)常有線路的全部電流流 過。二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護(hù)回路中，電流互感器8在工作時(shí)，它的二次 回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護(hù)回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器8的工作狀 態(tài)接近短路。由于電磁式電流互感器存在的易飽和、非線性及頻帶窄等問題，電子式電流互 感器8逐漸興起。電子式電流互感器一般具有抗磁飽和、低功耗、寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)，屬于數(shù)字式 傳感器，二次儀表不會(huì)引入誤差，傳感器誤差就是系統(tǒng)誤差。因此，電流互感器8優(yōu)選為電子 式電流互感器，可以簡化電路設(shè)計(jì)，不用進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，降低誤差。
[0043] 本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)均能技術(shù)開發(fā)的氧化鋅組件4用以有效限制補(bǔ)償電容3兩端的電 壓，對補(bǔ)償電容3運(yùn)行的安全性提供了保障。本發(fā)明采用處理器9快速確定串聯(lián)補(bǔ)償裝置的 安全狀態(tài)和基于快速渦流驅(qū)動(dòng)技術(shù)開發(fā)的渦流快速開關(guān)6,來控制補(bǔ)償電容3的投退，以最 大限度地縮短過電流的持續(xù)時(shí)間，大大減小了氧化鋅組件4所需要的能容量。氧化鋅組件4 可以采用動(dòng)態(tài)均能配片技術(shù)，由多路氧化鋅閥片串并聯(lián)組成，不僅大大降低了殘壓比(最高 殘壓UC與1mA參考電壓UlmA之比），而且在相同能容量指標(biāo)下體積明顯縮小。
[0044] 放電限流電路5采用電阻和電感構(gòu)成，防止放電電流過大，損壞渦流快速開關(guān)6觸 點(diǎn)。渦流快速開關(guān)6的合閘時(shí)間可以做到10ms左右甚至更快。
[0045] 圖2示出了本發(fā)明串聯(lián)補(bǔ)償裝置的安全保護(hù)方法，包括以下步驟：
[0046] S1:采集電網(wǎng)中的電流數(shù)據(jù):使用電流互感器8每隔0.1ms設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)，采集10 個(gè)電流數(shù)據(jù)，將采集的電流數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)組current[ 10]中；
[0047] S2:根據(jù)電流數(shù)據(jù)判斷電網(wǎng)中是否存在短路，如果是，由處理器9控制渦流快速開 關(guān)6閉合，具體步驟可為：
[0048]對數(shù)組current [ 10 ]中的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得每一采樣點(diǎn)電流的變化率，存儲(chǔ) 在數(shù)組diff_current[10]中，其中：
[0049]
[0050] 式中i表示數(shù)組的標(biāo)號(hào)，
[00511構(gòu)建靜態(tài)電流均衡函數(shù)：
[0052]
[0053] I為通過的電流大小，10為電網(wǎng)正常工作時(shí)通過串聯(lián)補(bǔ)償裝置的最大電流，可以通 過電網(wǎng)運(yùn)行的日志數(shù)據(jù)獲得，通過該靜態(tài)電流均衡函數(shù)，使得計(jì)算速度大大提高；
[0054] 獲得數(shù)組diff_current[10]中的最大值diff_current[ j]，表示此時(shí)刻的電流變 化率最大，K j < 10，并從數(shù)組current [ 10]中獲得此時(shí)的電流值current [ j ]，構(gòu)建電流安 全預(yù)警函數(shù)：
[0055] G( j )= a*F( current [ j ]) +P*dif f_current [ j ]，α、β 分別為權(quán)重值，當(dāng)函數(shù)值G (j) > GO表示電網(wǎng)存在危險(xiǎn)，由處理器9控制渦流快速開關(guān)6閉合，保護(hù)串聯(lián)補(bǔ)償裝置，其中，GO為 短路閾值，可通過仿真計(jì)算或電網(wǎng)日志數(shù)據(jù)分析獲得，aj的值根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)確定，如35KV 電網(wǎng)，a-般為2，β-般為3.5，G0-般為8。
[0056] 該安全保護(hù)根據(jù)電流的大小及電流的變化率準(zhǔn)確的識(shí)別出危險(xiǎn)，且速度快，基本 上在2ms內(nèi)可以識(shí)別出危險(xiǎn)，然后控制渦流快速開關(guān)6合閘，確保了串聯(lián)補(bǔ)償裝置的安全。
[0057] 最后所應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照 上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā) 明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng) 涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種串聯(lián)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述串聯(lián)補(bǔ)償裝置包括:補(bǔ)償電容、氧化鋅組件、放 電限流電路、渦流快速開關(guān)、電流互感器和處理器;其中， 所述補(bǔ)償電容串聯(lián)在電網(wǎng)的供電線路中，用于補(bǔ)償電網(wǎng)的壓降； 所述氧化鋅組件與補(bǔ)償電容并聯(lián)，用于限制補(bǔ)償電容兩端的電壓； 所述放電限流電路與渦流快速開關(guān)串聯(lián)形成串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路與所述補(bǔ)償電容 并聯(lián)，用于限制補(bǔ)償電容的放電電流； 所述處理器分別與所述電流互感器和所述渦流快速開關(guān)相連； 所述電流互感器用于采集供電線路中的電流，并將采集到的電流數(shù)據(jù)發(fā)送至所述處理 器； 所述處理器根據(jù)所述電流數(shù)據(jù)控制所述渦流快速開關(guān)的開閉。2. 如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述串聯(lián)補(bǔ)償裝置還包括:第一開 關(guān)、第二開關(guān)和熱備開關(guān)， 所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)串聯(lián)； 所述補(bǔ)償電容串聯(lián)在所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)之間； 所述氧化鋅組件與所述補(bǔ)償電容并聯(lián)形成并聯(lián)電路，所述并聯(lián)電路位于所述第一開關(guān) 和所述第二開關(guān)之間； 所述放電限流電路與渦流快速開關(guān)位于所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)之間； 所述熱備開關(guān)與所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)并聯(lián)。3. -種如權(quán)利要求1所述串聯(lián)補(bǔ)償裝置的安全保護(hù)方法，其特征在于，包括以下步驟： SI:采集電網(wǎng)中的電流數(shù)據(jù)； S2:根據(jù)電流數(shù)據(jù)判斷電網(wǎng)中是否存在短路； S3:根據(jù)S2中的判斷結(jié)果啟動(dòng)響應(yīng)操作。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的安全保護(hù)方法，其特征在于，所述Sl步驟具體為： 使用電流互感器每隔0.1ms設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)，采集10個(gè)電流數(shù)據(jù)，將采集的電流數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)組current [ 10]中。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的安全保護(hù)方法，其特征在于，所述S2步驟具體為： 對數(shù)組current[10]中的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得每一采樣點(diǎn)電流的變化率，存儲(chǔ)在數(shù) 組diff_current[10]中，其中：式中i表示數(shù)組的標(biāo)號(hào)，K i < 10; 構(gòu)建靜態(tài)電流均ΓnI為通過的電流大小，IO為電網(wǎng)正常工作時(shí)通過串聯(lián)補(bǔ)償裝置的最大電流，通過電網(wǎng)運(yùn) 行的日志數(shù)據(jù)獲得； 獲得數(shù)組diff_current[10]中的最大值diff_current[ j]，表示此時(shí)刻的電流變化率 最大，K j< 10，并從數(shù)組current [ 10]中獲得此時(shí)的電流值current[ j]，構(gòu)建電流安全預(yù) 警函數(shù)： G(j) = a*F(current [ j ]) +0*dif f_current [ j ]，α、β分別為權(quán)重值，GO為短路閾值，可通 過仿真計(jì)算或電網(wǎng)日志數(shù)據(jù)分析獲得， 當(dāng)所述電流安全預(yù)警函數(shù)值G(j)>G 0時(shí)，判定電網(wǎng)出現(xiàn)短路。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的安全保護(hù)方法，其特征在于:所述S3步驟具體為： 根據(jù)所述S2步驟判斷的結(jié)果，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)短路時(shí)，由所述處理器控制所述渦流快速開 關(guān)閉合，進(jìn)而保護(hù)串聯(lián)補(bǔ)償裝置。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK105896564SQ201610390995
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】何榮富, 王虎, 李曉軍
【申請人】國網(wǎng)冀北節(jié)能服務(wù)有限公司, 國家電網(wǎng)公司