一种改进有源补偿技术的中性点电压柔性控制方法与流程

本发明涉及的是一种谐振接地系统正常运行时对中性点电压控制的新方法，具体是基于差分法的思想对中性点电压进行柔性控制。
背景技术：
：我国中压配电网主要以小电流接地方式为主，常用的有中性点经消弧线圈接地方式和中性点不接地方式两种。在这两种接地方式中由于三相架空线路一般采用不换位架设，且考虑到线路中可能会有单相高压负载、电压互感器和补偿电容的不对称布置以及非全相供电的存在，致使三相对地参数不平衡，使得中性点电压得以存在，而且在中性点经消弧线圈接地系统中，由于消弧线圈的投入，使得零序阻抗增加，放大了电网的不对称度，特别当电网不对称度较大时易发生因调谐不当引起谐振过电压，较高的中性点电压会使得配电网的安全性和可靠性受到较大影响。比较常用的限制中性点电压的方法是通过增加三相耦合电容器和将消弧线圈装置适当偏离谐振点运行来实现。增加三相耦合电容器使三相对地电容相等，需要增加设备投入，而且当线路结构、参数发生变化时，电容器不能立即随之改变，甚至可能会加大电网的三相不平衡。消弧线圈偏离谐振点运行不能从根本上消除不对称电压，其抑制效果有限。有源补偿技术补偿中性点电压是近几年新提出的方法，它先利用电网的不对称度、相电压、电网总电容理论计算出注入电流的大小，然后向中性点注入该理论计算得到的电流，达到中性点电压控制的目的，此方法是直接注入理论计算得到的电流，不能对中性点电压进行柔性控制，而且忽略了系统绝缘电阻，并且当系统结构、参数发生变化时，对中性点电压的控制效果影响较大。技术实现要素：技术问题：本发明所解决的技术问题是提出一种改进有源补偿技术的中性点电压柔性控制方法，向中性点注入某一初始电流，利用差分法的思想，通过控制注入电流的大小和相位，最终实现中性点电压的柔性控制。该方法突破了传统的有源补偿中性点电压技术不能精确注入电流的限制，只需测量一次对系统的对地参数，在电网异动的情况下，仍可用原始电网参数，而不需对异动后的电网对地参数再次测量，简化了传统方法多次测量能所带来的不便，具有很好的是实用性。技术方案：为解决以上技术问题，本发明提出一种改进有源补偿技术的中性点电压柔性控制方法，其具体内容为：先向中性点注入某一已知电流，得到注入电流后的中性点电压的大小和相角，然后结合电网参数，利用差分法思想多次迭代计算得到每次需注入电流大小的增量和相角的增量，注入对应的电流，最终实现中性点电压的柔性控制，所述方法步骤包括：步骤a:以A相电源电压作为参考向量，设Y∠β=jωCΣ-j1ωL+GΣ---(1)]]>其中，CΣ＝CA+CB+CC为系统总的对地电容，为系统总的绝缘电导，L为消弧线圈电感；根据电网参数(系统对地总电容、投入的消弧线圈电感、对地总电导)计算Y和相角β；步骤b：注入预测的电流其中，ρ为架空线路电网不对称度，通常为0.5％～1.5％，则可取平均值ρav＝1％，为电源电压，C∑为电网总电容；步骤c：若抑制中性点电压为零，则设A＝0，B＝0；测量注入电流后的中性点电压的大小和相位得到A(k)和B(k)，则ΔA(k)和ΔB(k)为：ΔA(k)=A-A(k)ΔB(k)=B-B(k)---(2)]]>式(2)，A(k)和B(k)分别为对应的k次循环实际测得的中性点电压的实部和虚部；步骤d:判断max|ΔA(k),ΔB(k)|＜ε(ε为函数取值的误差小于给定的容许值)，若判断成立，则调节成功；若判断不成立，则进行下面步骤；步骤e：计算矩阵：其中矩阵中的元素H(k)、N(k)、M(k)、L(k)应是在注入的电流的取值对应为Is(k)和时，由式(4)得到；步骤f：求解修正方程式：得到修正量和ΔIs'(k)，由此得到修正后的和Is(k+1):将其作为新的注入电流值，重新代入步骤c，通过多次迭代，直到中性点电压为零。对于上述步骤中的迭代法思想，其原理如下：对于一阶非线性代数方程F(x)＝0(7)设其准确解为x(*)，而x(k)为其近似解，Δx(k)为它们之间差，即x(*)＝x(k)+Δx(k)(8)将式(8)代入式(7)中，有F(x(k)+Δx(k))＝0(9)式(9)在x(k)处展开成泰勒级数，得F(x(k)+Δx(k))=F(x(k))+F′(x(k))Δx(k)+F′′(x(k))(Δx(k))22!+...+F(n)(x(k))(Δx(k))nn!+...=0---(10)]]>略去式(10)中Δx(k)的平方及以上各项，而只取其线性部分，得F(x(k))+F'(x(k))Δx(k)＝0(11)式(11)称为修正方程，利用它可解出Δx(k)＝-[F'(x(k))]-1F(x(k))(12)并将Δx(k)称为修正量。若x(k)选取合适，则x(k)+Δx(k)比x(k)更接近准确解，并令x(k+1)＝x(k)+Δx(k)(13)它与准确解之间的差为Δx(k+1)，即x(*)＝x(k+1)+Δx(k+1)(14)于是，重复进行上述过程，即在式(9)～式(14)中将k换成k+1，从而能得出更接近于准确解的x(k+2)。若选取的初始值合适，反复进行上述迭代过程，直至得到足够准确的解为止，并且可以以|F(x(k))|＜ε(ε为函数取值的误差小于给定的容许值)，作为收敛的判据，其迭代过程可用图2来说明其几何意义。有益效果：本发明提出的一种改进有源补偿技术的中性点电压控制方法，不仅能准确控制中性点电压为零，而且还能控制中性点电压到任意非零的目标值，可在不改变系统接地方式的前提下，快速补偿系统的不对称电压。该方法有效解决了电网异动时，传统方法需要频繁测量电网参数的问题，对系统的对地参数只需测量一次，在电网异动的情况下，仍可用原始电网参数代入到算法中进行迭代循环，速度响应快，能够满足电网参数、结构的变化，适应性较强。附图说明图1为电网正常运行时系统结构简图。图2为差分法迭代过程收敛图。图3为柔性控制注入电流大小和相位流程图。具体实施方式参阅图1所示中性点经消弧线圈接地系统正常运行时的结构简图。图中分别为A、B、C三相电源电压，为中性点电压，L为消弧线圈电感，CA、CB、CC分别为A、B、C三相电容，rA、rB、rC为A、B、C三相绝缘电阻，为注入的等效电流。以A相电源电压为基准电压，由基尔霍夫电流定律可得：-U·jωL+I·s=(U·N+E·A)(jωCA+1rA)+(U·N+E·B)(jωCB+1rB)+(U·N+E·C)(jωCC+1rC)---(1)]]>则中性点电压为：U·N=-E·A[(jωCA+1rA)+α2(jωCB+1rB)+α(jωCC+1rC)]jωCΣ-j1ωL+GΣ+I·sjωCΣ-j1ωL+GΣ---(2)]]>式(2)中CΣ＝CA+CB+CC，α＝ej120；令I·s(*)=E·A[(jωCA+1rA)+α2(jωCB+1rB)+α(jωCC+1rC)]---(3)]]>若忽略系统绝缘电阻的影响，则可得I·s(*)=ρ·jωCΣE·A---(4)]]>式(4)中为电源电压。同时，若令将其(5)代入(2)中可得：由式(6)可得令根据差分法中只取线性部分，可得出修正方程式为式(9)中，有式(9)可写成其中ΔIs'(k)＝ΔIs(k)/Is(k)。在式(11)中，矩阵中的元素H(k)、N(k)、M(k)、L(k)是在注入的电流取值为Is(k)和时，由式(10)计算得到，对于式(11)，可得到修正量和ΔIs'(k)，从而可以得出于是，重复进行上述过程，即在式(11)～式(12)中将k换成k+1，从而能得出更接近于准确解的x(k+2)。若选取的初始值合适，反复进行上述迭代过程，直至得到足够准确的解为止，并且可以以max|ΔA(k),ΔB(k)|＜ε(ε为函数取值的误差小于给定的容许值)，作为收敛的判据。理论上注入任意大小和相位的电流，代入到算法中，其迭代过程都是收敛的，但考虑到实际中计算误差和测量误差的影响，以及减少迭代次数，初始注入电流应接近准确值，具体预测如下：由于架空线路电网不对称度ρ通常为0.5％～1.5％(本发明主要针对架空线路的电网)，则可取平均值ρav＝1％，然后再根据电源电压和测得的电网总电容CΣ预测初始注入电流，其为具体调节(以抑制中性点电压为零为例)过程如下：第一步：根据电网参数(系统对地总电容、投入的消弧线圈电感、对地总电导)计算幅值Y和相角β(目的是为了结合注入电流的大小和相位，计算矩阵，k为迭代循环次数)；第二步：注入预测的电流第三步：若要抑制中性点电压为零，则置A＝0，B＝0；第四步：测量注入电流后的中性点电压的大小和相位得到A(k)和B(k)(A(k)和B(k)分别为对应的k次循环实际测得的中性点电压的实部和虚部)，计算ΔA(k)和ΔB(k)，即ΔA(k)＝A-A(k)、ΔB(k)＝B-B(k)，判断max|ΔA(k),ΔB(k)|＜ε，若判断成立，则调节成功；若判断不成立，则进行下面步骤；第五步：根据式(10)计算矩阵中各元素；第六步：根据式(11)得到和ΔIs'(k)，从而可以得到和Is(k+1)，作为新的注入电流值，将其代入到第四步操作，可实现控制中性点电压为零。调节流程图参阅图3。当前第1页1 2 3