一种基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法
【专利摘要】本发明提供一种基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，包括以下步骤：采集装设可控高抗线路的线路电流，并分析其电气特征；对线路电流的电气特征进行逻辑判断，发出联动调节信号；对可控高抗容量进行调节，并调节至最大感性容量。本发明进一步缩短可控高抗在电磁暂态过程中的容量调节时间，发挥其对区外故障下可控高抗线路转移过电压的限制作用，并可同等实现对区内故障下快速调节可控高抗容量来限制线路潜供电流及恢复电压、分闸操作过电压等电磁暂态问题的功能要求，拓展可控高抗的功能场景，提升其工程应用价值。
【专利说明】一种基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种调节方法，具体涉及一种基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂 态调节方法。
【背景技术】
[0002] 图1为典型的三端750kV输电系统的简化接线示意图。图中甲站一乙站及乙站一 丙站均为750kV双回输电线路。乙站一丙站线路全长均为278km，其中I线乙站侧装设一组 容量为300Mvar的可控高抗，I线丙站侧及II线两侧各装设一组容量为300Mvar的固定高 抗，各高抗的中性点小电抗阻值均为700Q。
[0003] 可控高抗是解决限制过电压和无功调相调压之间矛盾的有效手段之一。可控高抗 在运行期间，无功在一定的范围内可实现调节，在一定范围内控制电压，同时它能在线路故 障后短时间内调节至最大感性容量，可以对故障引起的潜供电流及恢复电压、故障清除分 闸操作过电压、甩负荷分闸操作过电压及工频过电压起到限制作用。
[0004] 可控高抗装设在线路上时，线路重载运行时，可控高抗一般运行在低容量状态，以 减小线路感性无功，提升线路电压水平；线路轻载运行时，可控高抗一般运行在高容量或满 容量状态，以增加线路感性无功，降低线路电压水平。在线路重载或轻载方式下，可控高抗 容量在较低档位时，若线路发生故障，其在线路发生故障后的容量控制方式或控制策略将 对线路工频过电压、操作过电压和潜供电流及恢复电压等电磁暂态问题产生影响。这是因 为，线路断路器跳闸清除故障后，由于线路感性无功补偿缺额大，若不联动调节可控高抗容 量，线路分闸操作过电压水平较高；线路可控高抗的中性点小电抗一般均按照其最大感性 容量来配置，因此线路发生单相故障时，其潜供电流及恢复电压水平也较高，需要将可控高 抗容量尽快调节至最大感性容量来加以限制。
[0005] 目前国内外用于装设在线路上的可控高抗主要采用高阻抗变压器式和晶闸管控 制变压器（TCT)式两种类型，前者为分级调节方式，后者为连续平滑调节方式。其结构简化 接线分别如图2、图3所示。
[0006] 图2所示为高阻抗变压器式可控高抗，其结构类似一组双绕组变压器，其容量分 为4级，通过在变压器副边绕组接入3组辅助电抗器并引出3组抽头，通过晶闸管和低压断 路器接入〇?3组电抗器，可改变其与原边绕组的并联电感值，进而分4级调节高抗容量， 实现对感性无功功率的控制。该可控高抗的响应速度较快，注入电网的谐波电流及自身功 率损耗均较小。正常方式下，通过晶闸管阀组的导通/关断并配合低压断路器合闸/分闸 操作，实现对容量的稳态调节；线路发生故障时，由线路保护信号联动可控高抗导通晶闸管 阀组并同时合上低压断路器，将可控高抗的容量调节至最大。
[0007] 图3所示为晶闸管控制变压器（TCT)式可控高抗，其结构类似三绕组变压器，变压 器高压绕组和控制绕组为Y型接线，而补偿绕组为A型接线；控制绕组连接有晶闸管阀组 和旁路开关，补偿绕组连接有五次和七次谐波滤波器。晶闸管阀组采用6脉动方式，通过改 变晶闸管阀的触发角，实现输出容量的平滑调节。当TCT式可控高抗的控制绕组侧的晶闸 管投入运行时，通过接入补偿绕组侧的滤波支路，可以有效降低网侧绕组中的谐波电流分 量。正常方式下，通过晶闸管阀组调节触发角实现对容量的稳态调节；线路发生故障时，由 线路保护信号联动可控高抗调节晶闸管阀组，并同时合上低压断路器，将可控高抗的容量 调节至最大。
[0008] 如图1所示，对于可控高抗而言，根据其装设位置将线路故障分为区内故障和区 外故障两大类，定义如下：
[0009] (1)区内故障：发生在可控高抗装设线路两侧断路器之间的故障；
[0010] ⑵区外故障：发生在可控高抗装设线路两侧断路器之外的故障。
[0011] 针对以上两种类型故障，目前国内外现有研宄成果提出的电磁暂态控制策略如 下：
[0012] (1)对于区内故障，针对可能出现的操作过电压、潜供电流及恢复电压等电磁暂态 问题，目前国内外多个超高压可控高抗工程对于高抗容量采取的电磁暂态调节策略如下： 线路发生区内故障时，两侧线路保护检测到故障后，给本站故障相断路器发跳闸信号的同 时，给本站线路三相可控高抗发联动调节至最大感性容量信号，即线路两侧可控高抗根据 本站线路保护信号动作调节容量。
[0013] (2)对于区外故障，目前国内外研宄提出的可控高抗容量的电磁暂态调节策略如 下：线路发生区外单相永久或多相故障时，线路保护检测到故障后，给本站故障相断路器发 跳闸信号的同时，经远方通信通道，将线路保护信号发给邻近线路装设的可控高抗，联动调 节其至最大感性容量，即可控高抗根据邻近线路的线路保护信号动作调节容量。
[0014] 高阻抗变压器式可控高抗在发生线路故障时的电磁暂态调节策略如下：（1)区内 故障，从发生故障时刻开始，至可控高抗调节至最大感性容量状态，由晶闸管阀组导通来 调节可控高抗容量的时间约为30ms，由低压断路器合闸来调节可控高抗容量的时间约为 60ms，即区内故障下可控高抗调节时间约为故障后30?60ms; (2)区外故障，从发生时刻开 始，由晶闸管阀组导通来调节可控高抗容量的时间约为80ms，由低压断路器合闸来调节可 控高抗容量的时间约为ll〇ms，即区外故障下可控高抗调节时间约为故障后80?110ms。
[0015] 晶闸管控制变压器（TCT)式可控高抗在发生线路故障时的电磁暂态调节策略如 下：调节时间如下：（1)区内故障，从发生故障时刻开始，至可控高抗调节至最大感性容量 状态，由晶闸管阀组调节来调节可控高抗容量的时间约为30?35ms，由旁路开关合闸来调 节可控高抗容量的时间约为60?70ms，即区内故障下可控高抗调节时间约为故障后30? 70ms; (2)区外故障，从发生时刻开始，由晶闸管阀组导通来调节可控高抗容量的时间约为 80?85ms，由旁路开关合闸来调节可控高抗容量的时间约为110?120ms，即区外故障下可 控高抗调节时间约为故障后80?120ms。
[0016] 可以看出，按照现有技术方案，线路发生故障时，两种类型可控高抗的电磁暂态控 制策略及容量调节时间基本一致，可用图4、图5表示。
[0017] 线路发生故障时，断路器跳闸时间一般为故障后40?60ms，而断路器最大分闸操 作过电压一般出现在断路器跳闸后5?30ms，即故障后45?90ms;基于线路单相重合闸时 间整定要求，潜供电流熄弧时间一般要求控制在〇. 5s以内，现场实测潜供电流燃弧时间一 般不超过〇. 2s，因此可控高抗容量在故障后0. 3s以内调节至最大感性容量即可满足要求。
[0018] 采用现有技术方案时，发生可控高抗区内故障时，晶闸管阀组及旁路开关根据线 路保护信号联动调节可控高抗容量的时间约为30?70ms，区外故障下联动调节可控高抗 容量的时间则约为80?120ms，而线路断路器最大分闸操作过电压一般出现在断路器跳闸 后5?30ms即故障后45?90ms，可见现有技术方案可以对区内故障下线路的潜供电流 及恢复电压问题起到限制作用，也可对部分区内故障工况下的分闸操作过电压起到限制作 用，但对区外故障时在可控高抗装设线路上的转移过电压无法起到限制作用。
【发明内容】
[0019] 针对现有技术无法对邻近线路故障清除转移过电压起到限制作用的缺点，本发明 提供一种基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，进一步缩短可控高抗在电磁 暂态过程中的容量调节时间，发挥其对区外故障下可控高抗线路转移过电压的限制作用， 并可同等实现对区内故障下快速调节可控高抗容量来限制线路潜供电流及恢复电压、分闸 操作过电压等电磁暂态问题的功能要求，拓展可控高抗的功能场景，提升其工程应用价值。
[0020] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0021] 本发明提供一种基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，所述方法包 括以下步骤：
[0022] 步骤1 :采集装设可控高抗线路的线路电流，并分析其电气特征；
[0023] 步骤2:对线路电流的电气特征进行逻辑判断，发出联动调节信号；
[0024] 步骤3 :对可控高抗容量进行调节，并调节至最大感性容量。
[0025] 所述步骤1具体包括以下步骤：
[0026] 步骤1-1 :变电站内测量系统采集线路电流，该线路电流作为联动调节可控高抗 容量的驱动信号；
[0027] 步骤1-2:变电站内测量系统接入可控高抗的控制保护装置；
[0028] 步骤1-3 :分析线路电流的电气特征，所述电气特征包括幅值、二次谐波、直流分 量和基波分量，所述基波分量包括零序分量和正序分量。
[0029] 所述步骤2中，在可控高抗的控制保护装置中设置由相电流突变量、零序电流突 变量、二次谐波制动和直流分量限值共4个单项判据构成的联合判据，按照该联合判据对 线路电流的电气特征进行逻辑判断，辨识出装设可控高抗的线路或邻近线路发生故障的情 况，并给晶闸管阀组、低压断路器或旁路开关发送可控高抗容量联动调节信号。
[0030] 4个单项判据分别定义为第一判据、第二判据、第三判据以及第四判据，按照如下 逻辑关系构成联合判据：
[0031] 第一判据和第二判据构成逻辑或，然后再和第三判据、第四判据构成逻辑与；
[0032] 四个单项判据分别为：
[0033] (1)第一判据为相电流突变量，需满足任一相线路电流的基波分量，与前一采样值 相比的变化量彡1. 5倍；
[0034] (2)第二判据为零序电流突变量，需满足任一相线路电流的零序分量与正序分量 之比彡15% ;
[0035] (3)第三判据为二次谐波制动，需同时满足任一相线路电流的二次谐波与基波分 量之比彡15%，以及连续2个采样点即时间间隔30ms以内的二次谐波变化率彡0;
[0036] (4)第四判据为直流分量限值，需满足任一相线路电流的直流分量与基波分量之 比彡30%。
[0037] 所述步骤3中，可控高抗发出联动调节容量信号后，启动晶闸管阀组导通或调节 触发角，并同步启动低压断路器或旁路开关合闸动作，将可控高抗的容量调节至最大感性 容量。
[0038] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0039] 本发明提供的基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，以装设可控高 抗线路的线路电流作为联动调节可控高抗容量的驱动源，获取信号速度快，不需要经过远 方通道，可将区外故障工况下可控高抗容量调节时间缩短至35ms，与现有技术方案相比明 显缩短，并因超前于最大转移过电压出现时间而可以对过电压起到限制作用。对于区内故 障，本发明技术方案下可控高抗容量的调节时间为故障后35?75ms，与现有技术方案相 当，可以满足限制可控高抗装设线路潜供电流及恢复电压以及部分工况下分闸操作过电压 的抑制要求。并且，该方法通过设置相电流突变量、零序电流突变量、二次谐波制动、直流分 量限值等四项判据，在确保实现在区外或区内故障下快速调节可控高抗至最大感性容量的 前提下，还可以避免潮流转移、高阻抗接地或合空变励磁涌流等造成的误动作。反映出本发 明兼具快速性和可靠性，具有很好的工程应用价值，与现有技术方案相比具有明显的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0040] 图1是现有技术中典型三端750kV输电系统的简化接线示意图；
[0041] 图2是现有技术中高阻抗变压器式可控高抗简化接线图；
[0042] 图3是现有技术中6脉动晶闸管控制变压器（TCT)式可控高抗简化接线图；
[0043] 图4是现有技术中区内故障下可控高抗容量的电磁暂态调节过程及动作时间示 意图；
[0044] 图5是现有技术中区外故障下可控高抗容量的调节过程及动作时间示意图；
[0045] 图6是本发明实施例中区内/区外故障下可控高抗容量的电磁暂态调节过程及动 作时间示意图；
[0046] 图7是本发明实施例中TCT式可控高抗不调节容量条件下，断路器跳闸后100? 300ms的潜供电流仿真计算波形图；
[0047] 图8是本发明实施例中线路故障后75ms调节TCT式可控高抗至最大感性容量条 件下，断路器跳闸后100?300ms的潜供电流仿真计算波形图；
[0048] 图9是本发明实施例中线路故障后35ms调节TCT式可控高抗至最大感性容量条 件下，断路器跳闸后100?300ms的潜供电流仿真计算波形图；
[0049] 图10是本发明实施例中TCT式可控高抗不调节容量条件下，断路器跳闸后200? 300ms的潜供电流仿真计算波形图；
[0050] 图11是本发明实施例中线路故障后75ms调节TCT式可控高抗至最大感性容量条 件下，断路器跳闸后200?300ms的潜供电流仿真计算波形图；
[0051] 图12是本发明实施例中线路故障后35ms调节TCT式可控高抗至最大感性容量条 件下，断路器跳闸后200?300ms的潜供电流仿真计算波形图。
【具体实施方式】
[0052] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0053] 本发明提供一种基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，以装设可控 高抗线路的线路电流作为联动调节可控并联电抗器容量的驱动源，能够确保在发生区内和 区外故障时可以将可控高抗快速调节至最大感性容量，从而对可控高抗装设线路的潜供电 流、过电压等电磁暂态问题起到有效限制作用。与目前采取的依靠线路保护信号联动调节 可控并联电抗器容量的技术方案相比，可以显著提高区外故障下可控并联电抗器的容量调 节速度；并且该方法通过设置相电流突变量、零序电流突变量、二次谐波制动、直流分量限 值等四项判据，可以避免潮流转移、高阻抗接地或合空变励磁涌流等造成的误动作，兼具快 速性和可靠性，具有良好的应用前景。
[0054] 本发明提供一种基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，所述方法包 括以下步骤：
[0055] 步骤1 :采集装设可控高抗线路的线路电流，并分析其电气特征；
[0056] 步骤2 :对线路电流的电气特征进行逻辑判断，发出联动调节信号；
[0057] 步骤3 :对可控高抗容量进行调节，并调节至最大感性容量。
[0058] 所述步骤1具体包括以下步骤：
[0059] 步骤1-1 :变电站内测量系统采集线路电流，该线路电流作为联动调节可控高抗 容量的驱动信号；
[0060] 步骤1-2 :变电站内测量系统接入可控高抗的控制保护装置；
[0061] 步骤1-3 :分析线路电流的电气特征，所述电气特征包括幅值、二次谐波、直流分 量和基波分量，所述基波分量包括零序分量和正序分量。
[0062] 所述步骤2中，在可控高抗的控制保护装置中设置由相电流突变量、零序电流突 变量、二次谐波制动和直流分量限值共4个单项判据构成的联合判据，按照该联合判据对 线路电流的电气特征进行逻辑判断，辨识出装设可控高抗的线路或邻近线路发生故障的情 况，并给晶闸管阀组、低压断路器或旁路开关发送可控高抗容量联动调节信号。
[0063] 4个单项判据分别定义为第一判据、第二判据、第三判据以及第四判据，按照如下 逻辑关系构成联合判据：
[0064] 第一判据和第二判据构成逻辑或，然后再和第三判据、第四判据构成逻辑与；即：
[0065] "第一判据or第二判据"and"第三判据"and"第四判据"。
[0066] 四个单项判据分别为：
[0067] (1)第一判据为相电流突变量，需满足任一相线路电流的基波分量，与前一采样值 相比的变化量彡1. 5倍；
[0068] (2)第二判据为零序电流突变量，需满足任一相线路电流的零序分量与正序分量 之比彡15% ;
[0069] (3)第三判据为二次谐波制动，需同时满足任一相线路电流的二次谐波与基波分 量之比彡15%，以及连续2个采样点即时间间隔30ms以内的二次谐波变化率彡0 ;
[0070] (4)第四判据为直流分量限值，需满足任一相线路电流的直流分量与基波分量之 比彡30%。
[0071] 单项判据具体见表1:
[0072]表 1
[0073]
【权利要求】
1. 一种基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，其特征在于：所述方法包 括以下步骤： 步骤1:采集装设可控高抗线路的线路电流，并分析其电气特征； 步骤2 :对线路电流的电气特征进行逻辑判断，发出联动调节信号； 步骤3 :对可控高抗容量进行调节，并调节至最大感性容量。
2. 根据权利要求1所述的基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，其特征 在于：所述步骤1具体包括以下步骤： 步骤1-1 :变电站内测量系统采集线路电流，该线路电流作为联动调节可控高抗容量 的驱动信号； 步骤1-2 :变电站内测量系统接入可控高抗的控制保护装置； 步骤1-3 :分析线路电流的电气特征，所述电气特征包括幅值、二次谐波、直流分量和 基波分量，所述基波分量包括零序分量和正序分量。
3. 根据权利要求1所述的基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，其特 征在于：所述步骤2中，在可控高抗的控制保护装置中设置由相电流突变量、零序电流突 变量、二次谐波制动和直流分量限值共4个单项判据构成的联合判据，按照该联合判据对 线路电流的电气特征进行逻辑判断，辨识出装设可控高抗的线路或邻近线路发生故障的情 况，并给晶闸管阀组、低压断路器或旁路开关发送可控高抗容量联动调节信号。
4. 根据权利要求3所述的基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，其特征 在于：4个单项判据分别定义为第一判据、第二判据、第三判据以及第四判据，按照如下逻 辑关系构成联合判据： 第一判据和第二判据构成逻辑或，然后再和第三判据、第四判据构成逻辑与。
5. 根据权利要求4所述的基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，其特征 在于：四个单项判据分别为： (1) 第一判据为相电流突变量，需满足任一相线路电流的基波分量，与前一采样值相比 的变化量彡1. 5倍； (2) 第二判据为零序电流突变量，需满足任一相线路电流的零序分量与正序分量之比 ^ 15% ； (3) 第三判据为二次谐波制动，需同时满足任一相线路电流的二次谐波与基波分量之 比彡15%，以及连续2个采样点即时间间隔30ms以内的二次谐波变化率彡0 ; (4) 第四判据为直流分量限值，需满足任一相线路电流的直流分量与基波分量之比 彡 30%〇
6. 根据权利要求1所述的基于线路电流的可控高抗容量的电磁暂态调节方法，其特征 在于：所述步骤3中，可控高抗发出联动调节容量信号后，启动晶闸管阀组导通或调节触发 角，并同步启动低压断路器或旁路开关合闸动作，将可控高抗的容量调节至最大感性容量。
【文档编号】H02J3/12GK104518512SQ201410811913
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】郑彬, 马其燕, 周佩朋, 李仲青, 班连庚, 项祖涛 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院