专利名称：线路两相短路故障电流控制方法
技术领域：
本发明涉及电力系统的运行状态控制方法，具体涉及线路两相短路故障电流的控制方法。
背景技术：
线路发生故障后，传统方法就是将故障线路切除以保证系统的正常运行，但是被切除的故障线路将无法传输功率，必将引起系统潮流的转移；如果切除的故障线路为重载关键线路，则将引起系统潮流大转移，并可能使多条线路过载而被切除，从而引起大面积停电事故。在国外发生的、产生了重大损失的有些大停电事故，其最初起因就是系统中的关键线路被切除。但是，线路发生三相短路(或三相短路接地)的概率较低，其主要故障类型为不对称故障，而单相接地故障已有相对成熟的方法控制其故障电流为0，并保持线路电流等于故障前的电流。目前还没有相关文献报道线路发生两相短路时，如何有效地控制短路电流为 0，保持故障线路上的电流等于故障前的电流，以进一步提高线路供电的可靠性。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种新型的两相短路故障电流的控制方法以及与之对应的故障电流控制器，它能控制两相短路故障电流为0，并保持故障线路上的电流等于故障前的电流。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下一种线路两相短路故障电流控制方法，其特征在于，在线路每相的两端均装故障电流控制器；所述故障电流控制器由并联变压器T1、串联变压器T2，可调电感Lb、Lc以及开关KA、KB、Kc, Kg和Sks构成，并联变压器T1的原边绕组一端经开关KA、KB、Kc与系统备用电源的 灿、Ubb、 α 相连，经开关&与地相连，T1的原边绕组的另一端接地；并联变压器T1的副边绕组与串联变压器T2的副边绕组和第一可调电感Lb构成第一串联电路；串联变压器T2的原边绕组和第二可调电感Lc串联构成第二串联电路，该第二串联电路与开关Sks并联后嵌入在线路中;(jAB、bBB、分别等于故障电流控制器安装点的A、B、C相母线电压；正常运行期间，故障电流控制器处于备用状态时，此时其中的Sks在闭合状态，KA、 KB、Kc断开，Kg闭合，故障电流控制器对线路的正常运行没有影响；线路发生两相短路后，断开位于线路故障相两端的故障电流控制器中开关^is和 Ke，启动故障电流控制器，控制线路发送端故障相的两台故障电流控制器中的开关KA、KB、KC 的状态，使它们的并联变压器T1的原边电压超前于正常运行时其安装点线路的对应相的母线电压2 π /3 ；控制线路接受端故障相的两台故障电流控制器中的开关KA、KB、Kc的状态， 使它们的并联变压器T1的原边电压滞后于正常运行时其安装点线路的对应相的母线电压 2 π /3 ；所述发送端是指正常运行时线路有功潮流的输出端，所述接受端是指线路有功潮流的输入端；
线路电流的参考方向均为母线指向线路，测量线路两端故障相的电流，并以此计算故障相间线电流的基波分量(简称线电流，下同)，并将它与故障前正常运行期间其对应相间线电流进行比较①如果故障期间故障相间的线电流的幅值大于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的幅值，则增加故障电流控制器的电感L。，以减小故障期间故障相间线电流的幅值，使之等于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的幅值；如果故障期间故障相间的线电流的幅值小于故障前正常运行期间其对应相间线电流的幅值，则减小故障电流控制器的电感Lc，以增加故障期间故障相间线电流的幅值，使之等于正常运行期间其对应相间线电流的幅值，在调节过程中保持线路一端的两台故障电流控制器中L。电感值相等；②如果故障期间故障相间线电流的相位滞后于正常运行期间其对应相间的线电流的相位，则减小位于线路发送端的2台故障电流控制器中的电感LB，增加位于线路接受端的2台故障电流控制器中的电感LB，以增加故障相间线电流的相位，使之等于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的相位；如果故障期间故障相间线电流的相位超前于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的相位，则增加位于线路发送端的2台故障电流控制器中的电感Lb，减小位于线路接受端的2台故障电流控制器中的电感Lb，以减小故障相间线电流的相位，使之等于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的相位；在上述调节过程中，保持线路一端的2台故障电流控制器中的Lb相等；通过上述调节，线路的故障电流不仅为0，同时故障线路上的电流也等于故障前的电流。相比现有技术，本发明具有如下优点1)本发明提出两相故障后，在故障相线路的发送端(接受端)串联电感和电压源， 使电压源电压与超前(滞后)于故障相的电源电压同相，适当地调节电压源电压的幅值和电感的值，能控制故障相间的线电流等于正常电流，同时保持线路一端不同故障电流控制器中对应电感的值相等。该状态下，线路的故障电流不仅为0，同时故障线路的电流也等于其故障前的正常运行时的电流。这样可以极大地减小两相短路故障对线路运行的影响，提高线路供电的可靠性。2)同时，提出了由串联变压器、并联变压器、2个可调电感以及有载调节开关构成的新型的故障电流控制器，该控制器等效于电压源和电感的串联，改变与并联变压器原边相连开关的状态，将改变故障电流控制器等效电压源电压的相位，使其与超前或滞后于故障相的电源电压同相；协调控制两个可调电感，能独立控制其等效电压源电压的幅值和电感的值，同时还分析了故障电流控制器控制两相短路电流为0，并保持线路电流等于故障前正常运行时的电流的可能性。3)本发明在分析了故障相间线电流与线路串联电压和电感关系的基础上提出了两相短路故障电流的控制策略和控制方法，并建立了与之对应的控制系统。通过实验证明了本发明提出的故障电流控制器能控制故障线路上的电流，使其等于故障前正常运行时的电流，同时通过理论分析和仿真结果也证明了提出的故障电流控制器以及与之对应的两相短路电流的控制原理、控制策略和控制方法的正确性。本发明为国家自然科学基金项目(50777066)资助项目。
图1简单电力系统模型；图2故障电流控制器的结构原理图；图3串联电压源电压幅值调整的相量图；图4故障电流控制原理图；图5实验原理图；图6实验中采用的控制系统原理图；图7控制器投入后控制电流滞后电源电压π /6电流幅值25Α ；图8电流从滞后电源电压π /6到滞后π /36，幅值25Α不变；图9电流从滞后电源电压π /36调整到滞后5 π /6，幅值保持25Α ；图10电流滞后电源电压从5 Ji /6调整到35 Ji /36，幅值25Α不变；图11电流滞后电源电压35 Ji /36，幅值从25Α调整到15Α ；图12线路电流及短路电流；图13线路两端A相故障电流控制器的等效串联电压。
具体实施例方式下面结合附图和控制原理对本发明作进一步详细说明。1、两相短路故障电流的控制原理如下图1为具有故障电流控制器的简单电力系统模型，其中&Μ和&Μ1 (Μ表示A、B、C相的参数，下同)分别为线路S端和S1端的电压，^m超前&Μ1 δ，s端和S1端为线路有功功率的发送端(简称发送端，下同)和接受端(简称接受端，下同)。故障电流控制器等效于电压源 (或)和电感Lksm(或Lksmi)的串联，当它处于备用状态时， (或和 Lksm(或Lksmi)均等效为0。线路正常运行期间故障电流控制器处于备用状态，线路两端的电流分别为iM、Imi ;两相短路且故障电流控制器投入后，线路两端的电流则为i· Jmifi
图1所示。由于输电线路的电抗本身就远大于其电阻，而故障电流控制器的等效串联电感将进一步减小线路电阻对故障电流的影响，因此图1中的线路模型为最简单的电感模型，F 点两侧每相线路的电感分别为kL和(l-k)L(其中k为0 1之间的常数，它表征了 F点的位置)。以线电压^se为参考电压，则正常运行期间线路S端和S1端B、C相间的线电流^^ 和^jiei分别为}BC = (Ubc - Umci cos δ + jUmci sin ^)/ jaL ⑴Imci = (-Ubc + Umci cos δ - jUmci sin δ) / jcoL其中Ubc和Umci分别为线路S端和S1端B、C相间线电压的幅值。线路的B、C相在F点发生短路故障(两相短路)后，启动S端B相和C相的故障电流控制器，控制其等效电抗均为&，其等效电压源电压、 λι分别为ilKSB=ksilA (2)IJksc =ksUB其中ks为实数，即B、C相的串联电压分别与超前于B相和C相(故障相)的电源
5电压&和&同相，同时保持它们的幅值相等。因此线路S端的B相电流}_和C相电流分别为
权利要求
1.线路两相短路故障电流控制方法，其特征在于，在线路每相的两端均装故障电流控制器；所述故障电流控制器由并联变压器T1、串联变压器T2，可调电感Lb、Lc以及开关Ka、 KB、K。、Kg和^is构成，并联变压器T1的原边绕组一端经开关KA、KB、Kc与系统备用电源的 {jab、Ubb, α 相连，经开关&与地相连，T1的原边绕组的另一端接地；并联变压器T1的副边绕组与串联变压器T2的副边绕组和第一可调电感Lb构成第一串联电路；串联变压器T2 的原边绕组和第二可调电感L。串联构成第二串联电路，该第二串联电路与开关^is并联后嵌入在线路中 ’bab、ubb, α 分别等于故障电流控制器安装点的A、B、C相母线电压；正常运行期间，故障电流控制器处于备用状态时，此时其中的^is在闭合状态，KA、KB、Kc 断开，Kg闭合，故障电流控制器对线路的正常运行没有影响；线路发生两相短路后，断开位于线路故障相两端的故障电流控制器中开关Sks和Ke，启动故障电流控制器，控制线路发送端故障相的两台故障电流控制器中的开关KA、KB、Kc的状态，使它们的并联变压器T1的原边电压超前于正常运行时其安装点线路的对应相的母线电压2 π /3 ；控制线路接受端故障相的两台故障电流控制器中的开关ΚΑ、ΚΒ、Κ。的状态，使它们的并联变压器T1的原边电压滞后于正常运行时其安装点线路的对应相的母线电压2 π /3 ； 所述发送端是指正常运行时线路有功潮流的输出端，所述接受端是指线路有功潮流的输入端；线路电流的参考方向均为母线指向线路，测量线路两端故障相的电流，并以此计算故障相间线电流的基波分量(简称线电流，下同)，并将它与故障前正常运行期间其对应相间线电流进行比较①如果故障期间故障相间的线电流的幅值大于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的幅值，则增加故障电流控制器的电感L。，以减小故障期间故障相间线电流的幅值，使之等于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的幅值；如果故障期间故障相间的线电流的幅值小于故障前正常运行期间其对应相间线电流的幅值，则减小故障电流控制器的电感 Lc，以增加故障期间故障相间线电流的幅值，使之等于正常运行期间其对应相间线电流的幅值，在调节过程中保持线路一端的两台故障电流控制器中L。电感值相等；②如果故障期间故障相间线电流的相位滞后于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的相位，则减小位于线路发送端的2台故障电流控制器中的电感Lb，增加位于线路接受端的2台故障电流控制器中的电感Lb，以增加故障相间线电流的相位，使之等于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的相位；如果故障期间故障相间线电流的相位超前于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的相位，则增加位于线路发送端的2台故障电流控制器中的电感！^，减小位于线路接受端的2台故障电流控制器中的电感LB，以减小故障相间线电流的相位，使之等于故障前正常运行期间其对应相间的线电流的相位；在上述调节过程中， 保持线路一端的2台故障电流控制器中的Lb相等；通过上述调节，线路的故障电流不仅为0，同时故障线路上的电流也等于故障前的电流。
全文摘要
本发明提出线路两相短路故障电流控制方法。在故障相线路的发送端/接受端串联电感和电压源，使电压源电压与超前/滞后于故障相的电源电压同相，并调节电压幅值和电感值，能控制故障线路的电流等于故障前的电流，并使故障电流为0。同时提出由变压器、可调电感及开关构成的新型故障电流控制器，它等效于电压源和电感的串联，其电压源电压可与超前或滞后于故障相的电源电压同相，并能独立控制电压的幅值和电感的值，因此故障电流控制器能控制两相短路电流为0，并保持线路电流等于故障前的电流。同时提出了两相短路故障电流的控制策略和控制方法。通过理论分析、仿真分析以及实验证明了故障电流控制器及其与之对应的控制策略和控制方法的正确性。
文档编号H02H7/26GK102280867SQ20111019947
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者张志刚, 江渝, 王恒, 郑群英, 黄敏 申请人:重庆大学