磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线跟踪与切换方法及装置与流程

1.本发明属于可控并联电抗器技术领域，具体涉及一种磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线跟踪与切换方法及装置。


背景技术：

2.超高压/特高压长距离输电线路在轻载时由于线路对地电容充电呈现出明显的“容升效应”，导致线路末端电压偏高，危害输变电设备的安全运行。为解决长距离重载线路限制过电压和无功补偿的矛盾，提高电压稳定性水平和暂态运行极限，降低线路输送损耗，平衡无功功率，磁控式可控并联式电抗器应用于长距离输电线路末端或变电站母线可有效实现线路(或母线)电压的连续调节，改善沿线电压分布水平，是实现超高压和特高压输电通道高效经济运行的重要工具。
3.大容量磁控式可控电抗器根据运行需求一般配置双套独立励磁系统，即自励磁系统和外励磁系统，或者是两套外励磁系统。所谓双套独立励磁系统，是指励磁电源、励磁变压器、励磁功率回路以及励磁控制器完全独立的、没有任何共用器件的两套单独的励磁系统。自励磁系统的励磁电源取自电抗器本体的补偿绕组，经过自励励磁变降压后输入自励功率整流桥，自励功率整流桥的输出接至电抗器控制绕组，由自励控制系统实现励磁调节。自励磁系统中的1台自励励磁变和1套自励功率整流桥连接后作为一励磁支路，可以冗余配置实现多励磁支路(也叫主备自励磁支路)并联运行。外励磁系统的励磁电源取自站用电交流系统，经过外励励磁变降压后输入外励功率整流桥，外励功率整流桥的输出也接至电抗器控制绕组，由外励控制系统实现励磁调节。
4.实际运行中当自励磁系统出现故障不适宜继续带病运行，或者由于电网系统出现故障影响自励磁输入电源可靠性和功率整流安全性时，此时需要将励磁系统切换到外励磁运行；反之，当自励磁系统恢复正常运行，或者外励磁系统出现故障，则需要将励磁系统切换到自励磁运行。励磁系统切换过程中需要避免输入到电抗器控制绕组的励磁电压和电流出现大幅波动，特别是在电抗器满容量运行时更需注意，如果不采取任何跟踪措施或者跟踪措施不合理都会导致电抗器无功功率出现大幅波动，进而导致输电线路或母线电压出现大幅波动，危害其他输变电设备的安全工作。
5.因此有必要研究磁控式电抗器不同励磁系统间的在线跟踪及切换方法，实现励磁系统的平稳与快速切换，避免切换过程中电抗器无功功率出现大幅波动。目前已公开的技术资料多是提到关于电抗器自励磁系统内的并联励磁支路间(或叫主备自励系统间)通过触发或闭锁脉冲进行切换(比如cn201310007672.0、cn201611160904.6和cn201310672145.1)，这种自励磁系统内的切换是属于同一套自励磁控制器下的内部控制，直接触发或闭锁脉冲即可实现；文献cn201310672145.1也仅提到在必要时需要外励磁与自励磁切换，但未提及如何切换。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提出一种磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线跟踪与切换方法，适用于配置了双套独立励磁系统的磁控式电抗器，也适用于配置双套独立外励磁系统的磁控式电抗器，可以有效实现励磁系统的平稳和快速切换，避免切换过程中电抗器无功功率出现大幅波动。
7.为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
8.第一方面，本发明提供了一种磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线跟踪方法，包括：
9.获取工作励磁系统的自身励磁状态数据；
10.将所述工作励磁系统的自身励磁状态数据发送至备用励磁系统，使得备用励磁系统结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪。
11.可选地，所述工作励磁系统的自身励磁状态数据包括：工作励磁系统的励磁变压器输入电压u
1in
、整流移相触发角α1、并联运行支路数目n1、电抗器控制绕组励磁电流i
f1
、工作励磁系统的控制目标ref1，以及工作励磁系统的运行/退出状态；所述备用励磁系统的自身状态数据包括备用励磁系统的退出/运行状态。
12.可选地，所述使得备用励磁系统结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪，具体为：
13.使得备用励磁系统结合自身状态数据，跟踪工作励磁系统的控制目标以及按照励磁输出电压不变原则确定跟踪的移相触发角度，完成对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪。
14.可选地，所述使得备用励磁系统结合自身状态数据，跟踪工作励磁系统的控制目标，具体为：
15.使得备用励磁系统的控制目标ref2保持与工作励磁系统当前控制目标ref1一致，确保ref2>refmin，且ref2<refmax。
16.其中，refmin为备用励磁系统在自身调节容量范围内的控制目标下限值，refmax为备用励磁系统在自身调节容量范围内的控制目标上限值。
17.可选地，所述使得备用励磁系统结合自身状态数据，按照励磁输出电压不变原则确定跟踪的移相触发角度，具体为：
18.使得备用励磁系统基于下式求出备用励磁系统的控制电压跟踪值uk2：
[0019][0020]
使得备用励磁系统基于下式求出移相触发角度跟踪值α2：
[0021][0022]
式中，u
1in
为工作励磁系统的励磁变压器输入电压，α1为工作励磁系统的整流移相触发角，n1为并联运行支路数目，i
f1
为电抗器控制绕组励磁电流，u
2in
为备用励磁系统励磁
变压器输入电压，n2为备用励磁系统并联运行支路数目，x1和x2分别为工作励磁系统和备用励磁系统中单台励磁变压器的短路阻抗，α
min
和α
max
分别是移相触发角的最小值和最大值。
[0023]
可选地，当工作励磁系统处于运行状态，且备用励磁系统处于至少一个励磁支路交直流开关均在合位的热备用状态时，备用励磁系统开始实时跟踪电抗器当前励磁状态。
[0024]
第二方面，本发明提供了一种磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线跟踪装置，包括工作励磁系统和备用励磁系统；
[0025]
所述工作励磁系统将自身励磁状态数据发送至备用励磁系统；
[0026]
所述备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪。
[0027]
可选地，所述工作励磁系统的自身励磁状态数据包括：工作励磁系统的励磁变压器输入电压u
1in
、整流移相触发角α1、并联运行支路数目n1、电抗器控制绕组励磁电流i
f1
、工作励磁系统的控制目标ref1，以及工作励磁系统的运行/退出状态；所述备用励磁系统的自身状态数据包括备用励磁系统的退出/运行状态。
[0028]
可选地，所述备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪，具体为：
[0029]
备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，跟踪工作励磁系统的控制目标以及按照励磁输出电压不变原则确定跟踪的移相触发角度，完成对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪。
[0030]
可选地，所述备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，跟踪工作励磁系统的控制目标，具体为：
[0031]
备用励磁系统使得其控制目标ref2保持与工作励磁系统当前控制目标ref1一致，并确保ref2>refmin，且ref2<refmax；
[0032]
其中，refmin为备用励磁系统在自身调节容量范围内的控制目标下限值，refmax为备用励磁系统在自身调节容量范围内的控制目标上限值。
[0033]
可选地，所述备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，按照励磁输出电压不变原则确定跟踪的移相触发角度，具体为：
[0034]
备用励磁系统基于下式求出备用励磁系统的控制电压跟踪值uk2：
[0035][0036]
备用励磁系统基于下式求出移相触发角度跟踪值α2：
[0037][0038]
式中，u
1in
为工作励磁系统的励磁变压器输入电压，α1为整流移相触发角，n1为并联运行支路数目，i
f1
为电抗器控制绕组励磁电流，u
2in
为备用励磁系统励磁变压器输入电压，n2为备用励磁系统并联运行支路数目，x1和x2分别为工作励磁系统和备用励磁系统中单台励磁变压器的短路阻抗，α
min
和α
max
分别是移相触发角的最小值和最大值
[0039]
可选地，所述工作励磁系统为自励磁系统或外励磁系统，所述备用励磁系统为外励磁系统或自励磁系统；
[0040]
或者所述工作励磁系统和备用励磁系统均为外励磁系统。
[0041]
第三方面，本发明提供了一种磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线切换方法，包括：
[0042]
获取工作励磁系统的自身励磁状态数据；
[0043]
将所述工作励磁系统的自身励磁状态数据发送至备用励磁系统，使得备用励磁系统结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪；
[0044]
当监测到备用励磁系统完成对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态的实时跟踪后，使得备用励磁系统投入运行，且备用励磁系统按照先前跟踪的控制电压跟踪值和移相触发角度跟踪值开始工作，同时将其的自身状态数据发送至工作励磁系统；
[0045]
当监测到工作励磁系统收到备用励磁系统的状态数据后退出运行状态，备用励磁系统转为工作励磁系统，而工作励磁系统转为备用励磁系统，完成磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线切换。
[0046]
可选地，所述使得备用励磁系统投入运行为基于工作励磁系统的异常信号触发，使得备用励磁系统投入运行。
[0047]
第四方面，本发明提供了一种磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线切换装置，包括工作励磁系统和备用励磁系统；
[0048]
所述工作励磁系统将自身励磁状态数据发送至备用励磁系统；
[0049]
所述备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪；
[0050]
当备用励磁系统完成对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态的实时跟踪后，投入运行，且备用励磁系统按照先前跟踪的控制电压跟踪值和移相触发角度跟踪值开始工作，同时将其的自身状态数据发送至工作励磁系统；
[0051]
当工作励磁系统收到备用励磁系统的状态数据后退出运行状态后，转为备用励磁系统，同时，备用励磁系统转为工作励磁系统，完成磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线切换。
[0052]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0053]
本发明提供了一种磁控式电抗器的不同励磁系统间在线跟踪与切换方法及装置，适用于配置了自励磁与外励磁双套励磁系统的磁控式电抗器，也适用于配置双套外励磁系统的磁控式电抗器，可以有效实现励磁系统的平稳和快速切换，维持切换前后电抗器的励磁电压和励磁电流，避免切换过程中电抗器无功功率出现大幅波动。
附图说明
[0054]
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
[0055]
图1为本发明磁控式可控电抗器的不同励磁系统典型配置示意图。
具体实施方式
[0056]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
[0057]
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
[0058]
实施例1
[0059]
本发明实施例中提供了一种磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线跟踪方法，具体包括以下步骤：
[0060]
(1)获取工作励磁系统的自身励磁状态数据；
[0061]
(2)将所述工作励磁系统的自身励磁状态数据发送至备用励磁系统，使得备用励磁系统结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪。
[0062]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述工作励磁系统的自身励磁状态数据包括：工作励磁系统的励磁变压器输入电压u
1in
、整流移相触发角α1、并联运行支路数目n1、电抗器控制绕组励磁电流i
f1
、工作励磁系统的控制目标ref1，以及工作励磁系统的运行/退出状态；所述备用励磁系统的自身状态数据包括备用励磁系统的退出/运行状态。
[0063]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述使得备用励磁系统结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪，具体为：
[0064]
使得备用励磁系统结合自身状态数据，跟踪工作励磁系统的控制目标以及按照励磁输出电压不变原则确定跟踪的移相触发角度，完成对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪，在具体实施时：
[0065]
所述使得备用励磁系统结合自身状态数据，跟踪工作励磁系统的控制目标，具体为：
[0066]
使得备用励磁系统的控制目标ref2保持与工作励磁系统当前控制目标ref1一致，确保ref2>refmin，且ref2<refmax；其中，refmin为备用励磁系统在自身调节容量范围内的控制目标下限值，refmax为备用励磁系统在自身调节容量范围内的控制目标上限值。
[0067]
所述使得备用励磁系统结合自身状态数据，按照励磁输出电压不变原则确定跟踪的移相触发角度，具体为：
[0068]
使得备用励磁系统基于下式求出备用励磁系统的控制电压跟踪值uk2：
[0069][0070]
使得备用励磁系统基于下式求出移相触发角度跟踪值α2：
[0071][0072]
式中，u
1in
为工作励磁系统的励磁变压器输入电压，α1为整流移相触发角，n1为并联运行支路数目，i
f1
为电抗器控制绕组励磁电流，u
2in
为备用励磁系统励磁变压器输入电压，n2为备用励磁系统并联运行支路数目，x1和x2分别为工作励磁系统和备用励磁系统中单台
励磁变压器的短路阻抗，α
min
和α
max
分别是移相触发角的最小值和最大值。
[0073]
实施例2
[0074]
本发明实施例中提供了一种磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线跟踪装置，包括：工作励磁系统和备用励磁系统；
[0075]
所述工作励磁系统将自身励磁状态数据发送至备用励磁系统；
[0076]
所述备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪。
[0077]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述工作励磁系统的自身励磁状态数据包括：工作励磁系统的励磁变压器输入电压u
1in
、整流移相触发角α1、并联运行支路数目n1、电抗器控制绕组励磁电流i
f1
、工作励磁系统的控制目标ref1，以及工作励磁系统的运行/退出状态；所述备用励磁系统的自身状态数据包括备用励磁系统的退出/运行状态。
[0078]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪，具体为：
[0079]
备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，跟踪工作励磁系统的控制目标以及按照励磁输出电压不变原则确定跟踪的移相触发角度，完成对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪。
[0080]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，跟踪工作励磁系统的控制目标，具体为：
[0081]
备用励磁系统使得其控制目标ref2保持与工作励磁系统当前控制目标ref1一致，并确保ref2>refmin，且ref2<refmax，其中，refmin为备用励磁系统在自身调节容量范围内的控制目标下限值，refmin为备用励磁系统在自身调节容量范围内的控制目标上限值
[0082]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，按照励磁输出电压不变原则确定跟踪的移相触发角度，具体为：
[0083]
备用励磁系统基于下式求出备用励磁系统的控制电压跟踪值uk2：
[0084][0085]
备用励磁系统基于下式求出移相触发角度跟踪值α2：
[0086][0087]
式中，u
1in
为工作励磁系统的励磁变压器输入电压，α1为整流移相触发角，n1为并联运行支路数目，i
f1
为电抗器控制绕组励磁电流，u
2in
为备用励磁系统励磁变压器输入电压，n2为备用励磁系统并联运行支路数目，x1和x2分别为工作励磁系统和备用励磁系统中单台励磁变压器的短路阻抗，α
min
和α
max
分别是移相触发角的最小值和最大值
[0088]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述工作励磁系统为自励磁系统或外励
磁系统；所述备用励磁系统为自励磁系统或外励磁系统。
[0089]
下面结合图1对本发明实施例中的磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线跟踪装置进行详细说明。
[0090]
图1中包括大容量磁控式可控电抗器，网侧绕组额定电压550kv、额定容量120mvar、补偿绕组额定电压35kv，同时配置了自励磁系统和外励磁系统。所述自励磁系统从所述磁控式可控电抗器的补偿绕组取电，设置2台自励磁变压器(自励变压器1、自励变压器2，二者的变比35kv/200v，短路阻抗6％)，每台自励磁变压器接1套自励功率整流桥(自励功率桥1和自励功率桥2)，功率整流桥的输出并接至电抗器控制绕组，也就是自励磁系统由2条励磁支路(也叫主备自励磁支路)并联运行，自励磁系统的整流移相触发角由自励控制系统调节。
[0091]
外励磁系统从站用电交流35kv母线取电，经过外励磁变压器降压后输入外励功率整流桥，设置1台外励磁变压器(变比35kv/200v，短路阻抗6％)和1套外励功率整流桥，外励功率整流桥输出也并接至电抗器控制绕组。此处，外励磁系统仅包含1条励磁支路，外励磁系统为全容量配置，在外励磁作用下可以实现电抗器的全范围容量调节，外励磁系统的整流移相触发角由外励控制系统调节。全容量外励磁系统与自励磁系统可以作为相互备用，提高电抗器运行的可靠性。
[0092]
根据电抗器在电网中的布置位置和用途，磁控式电抗器一般可以通过以下几种方式接入电网运行：
[0093]
1)先将电抗器直接并网，待并网状态稳定后(动态过程结束)投入自励磁系统并维持在自励磁方式运行，外励磁系统保持在冷备用态或将外励磁交直流开关合闸后转热备用态；
[0094]
2)先启动外励磁为电抗器控制绕组提供10％～20％的励磁电流，即实现预励磁；待电抗器并网后(动态过程结束)仍然保持外励磁系统运行，自励磁系统保持在冷备用态或将自励磁交直流开关合闸后转热备用态；
[0095]
3)先启动外励磁为电抗器控制绕组提供10％～20％的励磁电流，即实现预励磁；待电抗器并网后(动态过程结束)再切回至自励磁系统运行，外励磁系统保持在热备用态或将外励磁交直流开关分闸后转为冷备用态。
[0096]
不论采用上述哪种方式，电抗器正常运行时只有一套励磁系统控制电抗器运行(称其为工作励磁系统)，另一套励磁系统处于备用状态(称其为备用励磁系统)。如果在自励磁方式下运行，则自励磁系统是工作励磁系统，外励磁系统是备用励磁系统；反之若在外励磁方式下运行，则外励磁系统是工作励磁系统，自励磁系统是备用励磁系统。电抗器配置的自励磁系统或外励磁系统均可作为工作励磁系统或备用励磁系统。
[0097]
自励磁控制系统与外励磁控制系统间建立数据交换通道，可以相互发送和接收对方数据。数据交换可以通过硬接线实现，比如4-20ma、0-20ma、0-5v、0-10v等类似模拟信号传递模拟量信息，开关接点传递状态量信息；也可以通过通讯方式实现，通讯可以是点对点光纤传输、以太网或串口回路等。
[0098]
工作励磁系统将自身励磁状态数据发送给备用励磁系统，备用励磁系统接收工作励磁系统的状态数据同时结合自身状态数据实现对电抗器当前励磁状态的实时跟踪。
[0099]
工作励磁系统发送给备用励磁系统的状态数据，包括：工作励磁系统的励磁变压
器输入电压u
1in
、整流移相触发角α1、并联运行支路数目n1、电抗器控制绕组励磁电流i
f1
、工作励磁系统的控制目标ref1，工作励磁系统的运行/退出状态；同时，备用励磁系统发送给工作励磁系统的自身状态数据，包括：备用励磁系统的退出/运行状态。
[0100]
下面分情况给出典型的在线跟踪实例。
[0101]
(一)磁控式可控并联电抗器运行在自励磁方式，电抗器满容量运行；
[0102]
此时自励磁系统为工作励磁系统，其从补偿绕组取电，经功率整流后输出励磁电压，为控制绕组提供约3000a励磁电流，电抗器满容量运行时从电网吸收120mvar无功功率。由于电抗器网侧绕组与补偿侧绕组的高漏抗效应，补偿绕组电压从额定35kv下降至25kv。
[0103]
外励磁系统为备用励磁系统，其电源取自站用电交流35kv。外励磁系统开始处于冷备用态，当外励磁回路的交直流开关合闸后转为热备用态。此时外励磁系统开始实时跟踪电抗器当前励磁状态。
[0104]
由于外励磁系统为全容量设计，外励磁系统控制目标ref2可以与自励磁系统当前控制目标ref1相等，不会超出自身长期运行控制目标的上限。
[0105]
一方面由于补偿侧绕组电压下降，自励磁系统(工作励磁系统)的励磁输入电压只有25kv，而外励磁系统(备用励磁系统)的励磁输入电压为35kv，二者励磁电源电压幅值差别显著。另一方面自励磁系统内的2路支路并联运行，其励磁回路阻抗相较外励磁系统的励磁回路阻抗小，励磁回路所消耗的压降小。若外励磁不采取跟踪措施，在切换时自励磁闭锁而外励磁从初始状态开始调节，势必会导致电抗器控制绕组电压电流先大幅下降再大幅上升，导致电抗器无功出现大幅波动，进而影响线路或母线电压水平；若外励磁直接跟随自励磁触发角度，由于励磁电源电压幅值不等也会导致电抗器控制绕组电压电流先大幅上升再大幅下降，进而导致电抗器无功出现大幅波动。
[0106]
为此，本发明实施例中按照励磁系统输出电压不变的原则，对备用励磁系统(外励磁系统)跟踪的移相触发角度α2按以下二步骤确定：
[0107]
按下式求出备用励磁系统的控制电压跟踪值uk2；
[0108][0109]
按下式求出移相触发角度跟踪值；
[0110][0111]
式中，u
1in
为工作励磁系统的励磁变压器输入电压(即外励磁系统的励磁输入电压35kv)，α1为整流移相触发角，n1为并联运行支路数目，i
f1
为电抗器控制绕组励磁电流，u
2in
为备用励磁系统励磁变压器输入电压，n2为备用励磁系统并联运行支路数目(在此n2＝1)，x1和x2分别为工作励磁系统和备用励磁系统中单台励磁变压器的短路阻抗，α
min
和α
max
分别是移相触发角的最小值和最大值。
[0112]
外励磁系统以上式计算的跟踪移相角度值α2作为跟踪时的触发角度值。由于外励磁系统为全容量设计，其跟踪角度不会超出外励磁系统移相触发角的上下限值。
[0113]
(二)磁控式电抗器运行在外励磁方式，电抗器满容量运行；
[0114]
此时外励磁系统为工作励磁系统，其从站用电交流系统取电，励磁输入电压为35kv，经功率整流后输出励磁电压，为控制绕组提供约3000a励磁电流，电抗器满容量运行时从电网吸收120mvar无功功率。虽然自励磁系统没有运行，但由于电抗器网侧绕组与补偿侧绕组的高漏抗效应，补偿绕组电压仍然从额定35kv下降至25kv。
[0115]
自励磁系统为备用励磁系统，其电源取自电抗器补偿侧绕组。自励磁系统开始处于冷备用态，当自励磁回路的交直流开关合闸后转为热备用态。此时自励磁系统开始实时跟踪电抗器当前励磁状态。
[0116]
自励磁系统均采用全容量设计，自励磁系统控制目标ref2可以与外励磁系统当前控制目标ref1相等。
[0117]
按照励磁系统输出电压不变的原则，对备用励磁系统(自励磁系统)跟踪的移相触发角度α2按以下二步骤确定：
[0118]
按下式求出备用励磁系统的控制电压跟踪值uk2；
[0119][0120]
按下式求出移相触发角度跟踪值α2：
[0121][0122]
式中，u
1in
为工作励磁系统的励磁变压器输入电压，α1为整流移相触发角，n1为并联运行支路数目，i
f1
为电抗器控制绕组励磁电流，u
2in
为备用励磁系统励磁变压器输入电压(即自励磁系统的励磁输入电压25kv)，n2为备用励磁系统并联运行支路数目，x1和x2分别为工作励磁系统和备用励磁系统中单台励磁变压器的短路阻抗，α
min
和α
max
分别是移相触发角的最小值和最大值
[0123]
自励磁系统即以上式计算的跟踪移相角度值作为跟踪时的触发角度值，此跟踪角度不会超出自励磁系统移相触发角的上下限值。
[0124]
(三)外励磁为电抗器提供预励磁，并网后切换至自励磁；
[0125]
电抗器并网前，外励磁系统先为电抗器提供20％预励磁电流。电抗器并网后，此时外励磁系统仍然为工作励磁系统，为控制绕组提供约600a励磁电流，电抗器从电网吸收24mvar无功功率。自励磁系统开始处于冷备用态，当自励磁回路的交直流开关合闸后转为热备用态。此时自励磁系统开始实时跟踪电抗器当前励磁状态。
[0126]
自励磁系统控制目标ref2与外励磁系统当前控制目标ref1相等。
[0127]
按照励磁系统输出电压不变的原则，对备用励磁系统(自励磁系统)跟踪的移相触发角度α2按以下二步骤确定：
[0128]
按下式求出备用励磁系统的控制电压跟踪值uk2；
[0129][0130]
步骤2：按下式求出移相触发角度跟踪值；
[0131][0132]
其中，u
2in
为备用励磁系统励磁变压器输入电压(即自励磁系统的励磁输入电压)，n2为备用励磁系统并联运行支路数目(在此n2＝2)，x1和x2分别为工作励磁系统和备用励磁系统中单台励磁变压器的短路阻抗，，α
min
和α
max
分别是移相触发角的最小值和最大值。
[0133]
自励磁系统即以上式计算的跟踪移相角度值作为跟踪时的触发角度值。
[0134]
除上述所列三种情形外，如果磁控式电抗器没有配置自励磁系统，而是配置了双套独立外励磁系统，外励磁系统的两个励磁输入电源完全独立、分别取自站用电的不同交流电源，对于这两套外励磁系统间的在线跟踪与切换，本发明实施例中的装置内容依然适用。
[0135]
实施例3
[0136]
本发明实施例中提供了一种磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线切换方法，具体包括以下步骤：
[0137]
(1)获取工作励磁系统的自身励磁状态数据；
[0138]
(2)将所述工作励磁系统的自身励磁状态数据发送至备用励磁系统，使得备用励磁系统结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪；
[0139]
(3)当监测到备用励磁系统完成对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态的实时跟踪后，使得备用励磁系统投入运行，且备用励磁系统按照先前跟踪的控制电压跟踪值和移相触发角度跟踪值开始工作，同时将其的自身状态数据发送至工作励磁系统；
[0140]
(4)当监测到工作励磁系统收到备用励磁系统的状态数据后退出运行状态，备用励磁系统转为工作励磁系统，而工作励磁系统转为备用励磁系统，完成磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线切换。
[0141]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述使得备用励磁系统投入运行为基于工作励磁系统的异常信号触发，使得备用励磁系统投入运行。
[0142]
其余部分均与实施例1相同。
[0143]
实施例4
[0144]
本发明实施例中提供了一种磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线切换装置，包括工作励磁系统和备用励磁系统；
[0145]
所述工作励磁系统将自身励磁状态数据发送至备用励磁系统；
[0146]
所述备用励磁系统接收工作励磁系统的自身励磁状态数据，并结合自身状态数据，对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态进行实时跟踪；
[0147]
当备用励磁系统完成对磁控式可控并联电抗器的当前励磁状态的实时跟踪后，投入运行，且备用励磁系统按照先前跟踪的控制电压跟踪值和移相触发角度跟踪值开始工
作，同时将其的自身状态数据发送至工作励磁系统；
[0148]
当工作励磁系统收到备用励磁系统的状态数据后退出运行状态后，转为备用励磁系统，同时，备用励磁系统转为工作励磁系统，完成磁控式可控并联电抗器的励磁系统在线切换。
[0149]
其余部分均与实施例2相同。
[0150]
下面分情况给出典型的在线跟踪及切换实例。
[0151]
(一)磁控式可控并联电抗器运行在自励磁方式，电抗器满容量运行；
[0152]
此时自励磁系统为工作励磁系统，其从补偿绕组取电，经功率整流后输出励磁电压，为控制绕组提供约3000a励磁电流，电抗器满容量运行时从电网吸收120mvar无功功率。由于电抗器网侧绕组与补偿侧绕组的高漏抗效应，补偿绕组电压从额定35kv下降至25kv。
[0153]
外励磁系统为备用励磁系统，其电源取自站用电交流35kv。外励磁系统开始处于冷备用态，当外励磁回路的交直流开关合闸后转为热备用态。此时外励磁系统开始实时跟踪电抗器当前励磁状态。
[0154]
由于外励磁系统为全容量设计，外励磁系统控制目标ref2可以与自励磁系统当前控制目标ref1相等，不会超出自身长期运行控制目标的上限。
[0155]
一方面由于补偿侧绕组电压下降，自励磁系统(工作励磁系统)的励磁输入电压只有25kv，而外励磁系统(备用励磁系统)的励磁输入电压为35kv，二者励磁电源电压幅值差别显著。另一方面自励磁系统内的2路支路并联运行，其励磁回路阻抗相较外励磁系统的励磁回路阻抗小，励磁回路所消耗的压降小。若外励磁不采取跟踪措施，在切换时自励磁闭锁而外励磁从初始状态开始调节，势必会导致电抗器控制绕组电压电流先大幅下降再大幅上升，导致电抗器无功出现大幅波动，进而影响线路或母线电压水平；若外励磁直接跟随自励磁触发角度，由于励磁电源电压幅值不等也会导致电抗器控制绕组电压电流先大幅上升再大幅下降，进而导致电抗器无功出现大幅波动。
[0156]
为此，本发明实施例中按照励磁系统输出电压不变的原则，对备用励磁系统(外励磁系统)跟踪的移相触发角度α2按以下二步骤确定：
[0157]
按下式求出备用励磁系统的控制电压跟踪值uk2；
[0158][0159]
按下式求出移相触发角度跟踪值；
[0160][0161]
式中，u
1in
为工作励磁系统的励磁变压器输入电压(即外励磁系统的励磁输入电压35kv)，α1为整流移相触发角，n1为并联运行支路数目，i
f1
为电抗器控制绕组励磁电流，u
2in
为备用励磁系统励磁变压器输入电压，n2为备用励磁系统并联运行支路数目(在此n2＝1)，x1和x2分别为工作励磁系统和备用励磁系统中单台励磁变压器的短路阻抗，α
min
和α
max
分别是移相触发角的最小值和最大值。
[0162]
外励磁系统以上式计算的跟踪移相角度值α2作为跟踪时的触发角度值。由于外励磁系统为全容量设计，其跟踪角度不会超出外励磁系统移相触发角的上下限值。
[0163]
然后若要实现从自励磁系统切换至外励磁系统，本发明按以下步骤实现：
[0164]
步骤1：由人工下达指令或由自励磁系统的异常信号触发，合外励磁系统中的直流刀闸与交流开关，使外励磁系统由冷备用转为热备用状态；
[0165]
步骤2：外励磁系统开始跟踪电抗器当前励磁状态，按上述调整控制目标和跟踪的移相触发角度，完成后给出跟踪就绪信号；
[0166]
步骤3：由人工下达指令或由自励磁系统的异常信号触发，将外励磁系统投入运行，外励磁系统按照先前跟踪的控制目标和跟踪的移相触发角度开始工作；
[0167]
步骤4：自励磁系统收到外励磁系统的运行状态后闭锁触发脉冲，退出运行状态；此时外励磁系统转为工作励磁系统，而自励磁系统转为备用励磁系统；
[0168]
步骤5：分开自励磁系统中励磁支路的交流开关与直流刀闸，自励磁系统转为冷备用状态。
[0169]
(二)磁控式电抗器运行在外励磁方式，电抗器满容量运行；
[0170]
此时外励磁系统为工作励磁系统，其从站用电交流系统取电，励磁输入电压为35kv，经功率整流后输出励磁电压，为控制绕组提供约3000a励磁电流，电抗器满容量运行时从电网吸收120mvar无功功率。虽然自励磁系统没有运行，但由于电抗器网侧绕组与补偿侧绕组的高漏抗效应，补偿绕组电压仍然从额定35kv下降至25kv。
[0171]
自励磁系统为备用励磁系统，其电源取自电抗器补偿侧绕组。自励磁系统开始处于冷备用态，当自励磁回路的交直流开关合闸后转为热备用态。此时自励磁系统开始实时跟踪电抗器当前励磁状态。
[0172]
自励磁系统均采用全容量设计，自励磁系统控制目标ref2可以与外励磁系统当前控制目标ref1相等。
[0173]
按照励磁系统输出电压不变的原则，对备用励磁系统(自励磁系统)跟踪的移相触发角度α2按以下二步骤确定：
[0174]
按下式求出备用励磁系统的控制电压跟踪值uk2；
[0175][0176]
按下式求出移相触发角度跟踪值α2：
[0177][0178]
式中，u
1in
为工作励磁系统的励磁变压器输入电压，α1为整流移相触发角，n1为并联运行支路数目，i
f1
为电抗器控制绕组励磁电流，u
2in
为备用励磁系统励磁变压器输入电压(即自励磁系统的励磁输入电压25kv)，n2为备用励磁系统并联运行支路数目，x1和x2分别为工作励磁系统和备用励磁系统中单台励磁变压器的短路阻抗，α
min
和α
max
分别是移相触发角的最小值和最大值
[0179]
自励磁系统即以上式计算的跟踪移相角度值作为跟踪时的触发角度值，此跟踪角度不会超出自励磁系统移相触发角的上下限值。
[0180]
然后若要实现从外励磁系统切换至自励磁系统，本发明按以下步骤实现：
[0181]
步骤1：由人工下达指令或由外励磁系统的异常信号触发，合自励磁系统中的直流刀闸与交流开关，使自励磁系统由冷备用转为热备用状态；
[0182]
步骤2：自励磁系统开始跟踪电抗器当前励磁状态，按上述所述调整控制目标和跟踪的移相触发角度，完成后给出跟踪就绪信号；
[0183]
步骤3：由人工下达指令或由外励磁系统的异常信号触发，将自励磁系统投入运行，自励磁系统按照先前跟踪的控制目标和跟踪的移相触发角度开始工作；
[0184]
步骤4：外励磁系统收到自励磁系统的运行状态后闭锁触发脉冲，退出运行状态；此时自励磁系统转为工作励磁系统，而外励磁系统转为备用励磁系统；
[0185]
步骤5：分开外励磁系统中励磁支路的交流开关与直流刀闸，外励磁系统转为冷备用状态。
[0186]
(三)外励磁为电抗器提供预励磁，并网后切换至自励磁；
[0187]
电抗器并网前，外励磁系统先为电抗器提供20％预励磁电流。电抗器并网后，此时外励磁系统仍然为工作励磁系统，为控制绕组提供约600a励磁电流，电抗器从电网吸收24mvar无功功率。自励磁系统开始处于冷备用态，当自励磁回路的交直流开关合闸后转为热备用态。此时自励磁系统开始实时跟踪电抗器当前励磁状态。
[0188]
自励磁系统控制目标ref2与外励磁系统当前控制目标ref1相等。
[0189]
按照励磁系统输出电压不变的原则，对备用励磁系统(自励磁系统)跟踪的移相触发角度α2按以下二步骤确定：
[0190]
按下式求出备用励磁系统的控制电压跟踪值uk2；
[0191][0192]
步骤2：按下式(8)求出移相触发角度跟踪值；
[0193][0194]
其中，u
2in
为备用励磁系统励磁变压器输入电压(即自励磁系统的励磁输入电压)，n2为备用励磁系统并联运行支路数目(在此n2＝2)，x1和x2分别为工作励磁系统和备用励磁系统中单台励磁变压器的短路阻抗，，α
min
和α
max
分别是移相触发角的最小值和最大值。
[0195]
自励磁系统即以上式计算的跟踪移相角度值作为跟踪时的触发角度值。
[0196]
然后要实现从外励磁系统切换至自励磁系统，本发明按以下步骤实现：
[0197]
步骤1：由人工下达指令，合自励磁系统中的直流刀闸与交流开关，使自励磁系统由冷备用转为热备用状态；
[0198]
步骤2：自励磁系统开始跟踪电抗器当前励磁状态，按上述所述调整控制目标和跟踪的移相触发角度，完成后给出跟踪就绪信号；
[0199]
步骤3：由人工下达指令，将自励磁系统投入运行，自励磁系统按照先前跟踪的控制目标和跟踪的移相触发角度开始工作；
[0200]
步骤4：外励磁系统收到自励磁系统的运行状态后闭锁触发脉冲，退出运行状态；此时自励磁系统转为工作励磁系统，而外励磁系统转为备用励磁系统；
[0201]
步骤5：分开外励磁系统中励磁支路的交流开关与直流刀闸，外励磁系统转为冷备用状态。
[0202]
除上述所列三种情形外，如果磁控式电抗器没有配置自励磁系统，而是配置了双套独立外励磁系统，外励磁系统的两个励磁输入电源完全独立、分别取自站用电的不同交流电源，对于这两套外励磁系统间的在线跟踪与切换，本发明实施例中的装置内容依然适用。
[0203]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。