谐振接地电网的模糊调谐系统的制作方法

本发明的技术方案涉及调匝式消弧线圈的自动调谐，具体为谐振接地电网的模糊调谐系统。

背景技术：

中性点经消弧线圈接地，也叫谐振接地，这种接地方式在我国中压配电网中普遍存在。当电网发生单相接地故障时，消弧线圈本身为感性负载会提供相应的电感电流，此时提供的电感电流可对电网三相传输线对地电容产生的容性电流进行补偿，使接地残流减小，同时也使故障相接地电弧两端的电压迅速降低，使电弧熄灭。

调谐的含义为调节消弧线圈的脱谐度v表征偏离谐振状态的程度，可以用来描述消弧线圈的补偿程度。我国目前采用的消弧线圈基本上为手动调匝式，由于这种消弧线圈是无载调节的，调节时必须退出运行，十分不便，使线圈电感值难以及时跟踪电网电容电流的变化，消弧线圈不能运行在最佳档位，给电网的安全运行带来隐患。采用手动调匝式消弧线圈的补偿电网发生单相接地故障时，仅60％不发展为相间短路，即补偿有效性约为0.6，而且手动操作工作繁琐，有时很难及时准确地进行调谐，所以实现消弧线圈自动调谐非常有必要。但是，调匝式消弧线圈本身不能实现连续调谐，因此，目前现有的用于实现精确调谐的自动系统不完全适用于调匝式消弧线圈，如果要借助精确调谐系统实现这类消弧线圈的调谐，则需要增加一个辅助决策环节以决定究竟将消弧线圈调整至哪个档位，由此降低了系统的实时性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种谐振接地电网的模糊调谐系统，针对我国当前的调匝式消弧线圈调谐多停留于手动调谐阶段的现状，在完成电网脱谐度测量的基础上，通过查找消弧线圈模糊控制器状态查询表得到相应的调谐方案后作用于消弧线圈，达到消弧线圈模糊调谐的目的。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案为：谐振接地电网的模糊调谐系统，该系统包括调感模块、脱谐度测量模块、模糊调谐模块、执行机构四部分；电网中性点经调感模块接地，调感模块与脱谐度测量模块相连，脱谐度测量模块向调感模块发送一个方波信号，调感模块则将两个电压信号取样到脱谐度测量模块，脱谐度测量模块的输出与模糊调谐模块相连，模糊调谐模块的输出与执行机构相连，执行机构与调感模块相连；所述调感模块由调匝式消弧线圈和阻尼电阻组成，两者为串联关系，电网主变侧为星型连接或三角形连接，当为星型连接时，调匝式消弧线圈可直接安装在电网中性点上；当电网主变侧为三角形连接时，则经过Z型接地变压器引出电网中性点；所述脱谐度测量模块由示波器和两路相同的器件组成，每路器件包括运算放大器、有源带阻滤波器、光电隔离器和施密特触发器；每路器件的连接关 系为：运算放大器与有源带阻滤波器相连，有源带阻滤波器与光电隔离器相连，光电隔离器的输出与施密特触发器相连；两路施密特触发器的输出与示波器相连；所述模糊调谐模块即消弧线圈模糊控制器，该模糊控制器是一个语言控制器。其通过Intel P43.4E工业控制计算机来实现，在离线状态下建立模糊控制器状态查询表，并存储于计算机中；所述的执行机构由多路有载开关和阻尼电阻短接控制电路组成。

模糊调谐流程图为：

(1)系统初始化→进行预置值的设定→判断单相接地故障发生与否→中性点位移电压U₀达到或超过电源相电压U的70％→单相接地故障发生，系统进入故障保护状态→短接阻尼电阻，故障结束后→重新投入阻尼电阻→返回到初始化状态。

(2)若没有发生接地故障→由脱谐度测量模块测得电网实时脱谐度v₁→判断是否在允许范围内→若在允许范围内，返回到初始化状态，无需调节；如果不在允许范围内，则对消弧线圈低压侧电压值、电流值进行测量→计算消弧线圈电感电流、电网三相传输线对地电容电流、接地残流→若残流越限，则查找模糊控制器状态查询表，确定消弧线圈的最佳档位→通过15路有载开关实现不同档位之间的切换→若残流没有越限，返回到初始化状态，重新判断系统故障与否，重复上述过程。

上述谐振接地电网的模糊调谐系统，所涉及到的设备，元器件及其连接方法均是本技术领域的技术人员熟知的，是可以通过商购或其他公知的途径获得的。

本发明谐振接地电网的模糊调谐系统的有益效果为：

本发明谐振接地电网的模糊调谐系统可直接对零序电压即电网中性点位移电压进行实时测量，并发送一系列频率不同的方波信号，对谐振接地电网进行频率扫描，从而确定电网的自振频率，计算出当前脱谐度值，脱谐度测量误差不大于0.64％，系统响应时间不大于20s，测试速度快，测量结果准确，控制精度高，具有较好的实时性，保障了电网的安全运行；本发明在完成电网脱谐度测量的基础上，通过查找模糊控制器状态查询表进行模糊调谐，确定消弧线圈的最佳档位。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明谐振接地电网的模糊调谐系统中脱谐度模糊调谐系统结构图。

图2是本发明谐振接地电网的模糊调谐系统中脱谐度测量模块结构图。

图3是本发明谐振接地电网的模糊调谐系统中有源滤波器结构图。

图4是本发明谐振接地电网的模糊调谐系统中模糊调谐流程图。

图中，1.调感模块，2.脱谐度测量模块，3.模糊调谐模块，4.执行机构，2-1.运算放大器，2-2.有源带阻滤波器，2-3.光电隔离器，2-4施密特触发器，2-5.双踪电子示波器

具体实施方式：

图1所示实施例表明，本发明谐振接地电网的模糊调谐系统的组成包括调感模块1、脱谐度测量模块2、模糊调谐模块3、执行机构4共四部分。电网中性点与调感模块1相连后接地， 调感模块1与脱谐度测量模块2相连，脱谐度测量模块2的输出与模糊调谐模块3相连，模糊调谐模块3与执行机构4相连，执行机构4与调感模块1相连。

本发明谐振接地电网的模糊调谐系统中具体过程为：脱谐度测量模块2向调感模块1发送一个方波信号U_s，该方波信号通过一个限流电阻R和一个取样电阻R_Q连接到调感模块1中调匝式消弧线圈变压器的低压侧，调感模块1则将两个电压信号-取样电阻上的电压U_RQ和调匝式消弧线圈变压器低压侧电压取样到脱谐度测量模块2，

图2所示实施例表明，本发明谐振接地电网的模糊调谐系统中脱谐度测量模块2包括由一个SR-8型双踪电子示波器2-5和两路相同的器件组成，每路器件包括运算放大器2-1、有源带阻滤波器2-2、光电隔离器2-3和施密特触发器2-4；每路器件的连接关系为：运算放大器2-1与有源带阻滤波器2-2相连，有源带阻滤波器2-2与光电隔离器2-3相连，光电隔离器2-3的输出与施密特触发器2-4相连；两路施密特触发器2-4的输出与示波器2-5相连。

接地电网脱谐度的测量过程如下：

脱谐度测量模块2向调感模块1发送一个方波信号U_s，频率自30H_z至80H_z自动变化，以0.1H_z的步进值进行扫描。将取样电阻上的电压U_R和调匝式消弧线圈变压器低压侧电压U_L分别送入运算放大器2-1，进行第一次“方波化”整形，然后分别经过有源带阻滤波器2-2，滤除标准工频信号，然后由光电隔离器2-3进行光电隔离，一次整形往往达不到较好的效果，所以通过施密特触发器2-4进行第二次“方波化”整形，最后送入示波器2-5进行相位分析。当两个电压相位相同时，此时方波信号的频率即为电网自振频率，此时，根据求得电网当前脱谐度，其中，v为电网脱谐度，f₀为电网自振频率，f为标准工频50H_Z。

图3所示实施例表明，本发明谐振接地电网的模糊调谐系统中脱谐度测量模块2中的有源带阻滤波器2-2由运算放大器MC1458、电容、电感、电阻R^*和另外三个等值电阻R₁、R₂和R₃组成，电感由回转器产生。具体连接关系为：输入信号加到电阻R^*上，电阻R^*分别与电阻R₂、电容的一端相连，电阻R₂的另一端分别连接到电阻R₁和运算放大器，电容的另一端与电感一端相连，电感另一端接地，电阻R₁另一端与运算放大器相连，电阻R₃一端与运算放大器相连，一端接地。其中回转器为一个常见的两端口电路元件，用来实现电感和电容的互换，为本领域公知，有源滤波器2-2中的电感即由回转器产生。

图4所示实施例表明，本发明谐振接地电网的模糊调谐系统中模糊调谐流程图；得到电网实时脱谐度，对脱谐度进行模糊调谐，模糊调谐流程图为：系统初始化，进行预置值的设定，中性点位移电压U₀达到或超过电源相电压U的70％条件成立时，单相接地故障发生，系统进入故障保护状态，迅速短接阻尼电阻，故障结束后，重新投入阻尼电阻，返回到初始化状态；中性点位移电压U₀达到或超过电源相电压U的70％条件不成立时，由脱谐度测量模块测得电网实时脱谐度v₁；v₁在允许范围内条件成立，返回到初始化状态，无需调节，v₁在允许范围内条件不成立，则对消弧线圈低压侧电压值、电流值进行测量，然后计算消弧线圈电感电流、电网三相传输线对地电容电流、接地残流。如果残流越限，则查找模糊控制器状态查询表，确定消弧线圈的最佳档位，通过15路有载开关实现不同档位之间的切换，如果残流没有越限，返回到初始化状态，重新判断系统故障与否，重复上述过程。

实施例1：

模糊调谐模块3即消弧线圈模糊控制器，该模糊控制器是一个语言控制器，通过Intel P43.4E工业控制计算机来实现，对实际电网脱谐度值进行周期扫描并显示过程信息，即消弧线圈电感电流、电网三相传输线对地电容电流、接地残流。该模糊控制器以电网脱谐度实测值与给定值之差作为输入，以消弧线圈电感电流变化量为输出，在离线状态下建立模糊控制器状态查询表，该表预先存储于计算机中，根据不同的脱谐度值可确定消弧线圈的最佳档位。

执行机构4由15路有载开关和阻尼电阻短接控制电路组成。15路有载开关用来调节调匝式消弧线圈的不同档位。阻尼电阻在电网正常运行时起遏制中性点位移电压过高的作用，当电网发生单相接地故障时，阻尼电阻短接控制电路迅速短接阻尼电阻。

脱谐度测量模块2中的运算放大器型号为MC1458，施密特触发器型号为74LS14。调感模块1由调匝式消弧线圈和阻尼电阻串联组成。本发明采用50A/25A档位电流、I_L＝29.2A、15个分接头的消弧线圈，消弧线圈内附有电压互感器PT和电流互感器CT，对中性点位移电压U₀和消弧线圈电感电流I_L进行测量。阻尼电阻具体值根据调匝式消弧线圈的电感量和电网三相传输线对地电容求出。方波信号U_s，幅值恒定为300V，频率从30～80H_Z自动改变，取样电阻为300Ω/300W，限流电阻为1Ω/5W。电网主变侧为星型连接或三角形连接，当为星型连接时，调匝式消弧线圈可直接安装在电网中性点上；当电网主变侧为三角形连接时，则经过Z型接地变压器引出电网中性点。

电网脱谐度的测量过程如下：

脱谐度测量模块2向调感模块1发送一个方波信号U_s，频率自30H_z至80H_z自动变化，以0.1H_z的步进值进行扫描。将取样电阻上的电压U_R和调匝式消弧线圈变压器低压侧电压U_L分别送入运算放大器2-1，进行第一次“方波化”整形，然后分别经过有源带阻滤波器2-2，滤除标准工频信号，然后由光电隔离器2-3进行光电隔离，一次整形往往达不到较好的效果，所以通过施密特触发器2-4进行第二次“方波化”整形，最后送入示波器2-5进行相位分析。当两个电压相位相同时，此时方波信号的频率即为电网自振频率，此时，根据求得电网当前脱谐度，其中，v为电网脱谐度，f₀为电网自振频率，f为标准工频50H_Z。

得到电网实时脱谐度，对脱谐度进行模糊调谐，模糊调谐流程图为：

系统初始化，进行预置值的设定。首先判断单相接地故障发生与否，当中性点位移电压U₀达到或超过电源相电压U的70％时，单相接地故障发生，系统进入故障保护状态，迅速短接阻尼电阻，故障结束后，重新投入阻尼电阻，返回到初始化状态。当没有发生接地故障时，由脱谐度测量模块测得电网实时脱谐度v₁，并判断是否在允许范围内，如果在允许范围内，返回到初始化状态，无需调节，如果不在允许范围内，则对消弧线圈低压侧电压值、电流值进行测量，然后计算消弧线圈电感电流、电网三相传输线对地电容电流、接地残流。如果残流越限，则查找模糊控制器状态查询表，确定消弧线圈的最佳档位，通过15路有载开关实现不同档位之间的切换，如果残流没有越限，返回到初始化状态，重新判断系统故障与否，重复上述过程。

本发明谐振接地电网的模糊调谐系统向消弧线圈低压侧注入一系列幅值恒定、频率自动 变化的方波信号，并以此作为扫描信号，通过对取样信号的一系列处理，测出电网自振频率f₀，计算出脱谐度实际值v₁，再根据实测值与给定值的误差，通过查找模糊控制器状态查询表来决定消弧线圈的最佳档位，所需设备简单，易于操作，直接测量电网脱谐度，不需要其它参数，测量误差小，精度高，并且系统实时性非常好。

本发明未述及之处适用于现有技术。