一种基于故障录波数据的暂态串补电容电压计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于故障录波数据的暂态串补电容电压计算方法，属于电力系统 自动化领域。
【背景技术】
[0002] 交流输电系统的串联电容补偿（简称串补）技术是将电容器串接于输电线路中， 通过阻抗补偿缩短了线路电气距离，减少功率输送引起的电压降和功角差，从而提高电力 系统稳定性，扩大线路输送容量。目前，常规串补（或固定串补）技术是世界范围内应用最 为广泛的提高超高压、远距离输电线路输送能力的技术之一。国内先后投运了山西阳城电 厂送出工程、华北电网大房双回线路、丰万顺线路、河池出线、百色出线等超高压串补装置， 以及1000 kV晋东南-南阳-荆门特高压示范工程串补装置。
[0003] 串补装置结构如图1所示，主要由以下设备组成：
[0004] (1)电容器组：串补装置的基本元件，连接成H桥型。
[0005] (2)金属氧化物限压器MOV:串补装置的主保护元件，限制由于大电流流经电容器 组在其上产生的过电压。
[0006] (3)火花间隙GAP:MOV的后备保护，当通过MOV的能量或电流超过设定值时，保护 动作触发间隙，旁路MOV。
[0007] (4)旁路开关。
[0008] (5)阻尼装置：在间隙和旁路开关动作时，限制并阻尼电容器放电电流。
[0009] (6)电流互感器CT:线路电流CT1、电容器CT3和不平衡CT2、M0V支路CT4和CT5、 火花间隙CT6、平台故障监测CT7。
[0010] 交流输电系统在正常运行时，负荷电流流过串补电容，此时电容器两端电压较低， MOV呈高阻态，几乎没有电流流过。当系统发生短路故障时，如果发生区外故障，利用MOV良 好的非线性特性，瞬间导通M0V，将电容器两端的电压限制在一定范围内，MOV会在短路期 间吸收一定的能量。MOV容量的选择及保护定值整定时，应使MOV能量及电流保护在这种情 况下不动作。如果发生区内故障，流过串补的短路电流比较大，MOV在该过程中会流过很大 的电流，能量和温度在短时内上升很快。为了保护MOV在短路期间免受损坏，保护将瞬间触 发GAP，限制MOV的能量上升，同时发出合旁路开关的命令，使串补暂时退出。整套串补将在 一定延时后重新投入。如果MOV在故障期间能量的吸收或温度的上升超出某一整定值（可 设定），保护将发永久闭锁信号，禁止串补重投。
[0011] 在实际运行过程中，在区内外故障时，多次发生串补GAP自触发保护动作，导致串 补暂时或永久退出运行。GAP自触发保护原理是：在MOV过电流保护未动作，而GAP触发导 通（GAP的CT测到电流）时，保护动作合旁路开关，串补暂时/永久退出运行。造成GAP自 触发保护动作的原因可能有：1)外部干扰产生或控保系统误发GAP触发信号；2)GAP的触 发放电密封间隙耐压不足，GAP的主间隙耐压不足；4)MOV电流测量系统精度不够；5)MOV伏 安特性发生变化等。
[0012] 串补控制保护系统录波数据中，一般配置如下模拟量通道：
[0013] (1)三相电容不平衡电流
[0014] (2)三相MOV总电流
[0015] (3)三相平台电流
[0016] (4)三相GAP电流
[0017] (5)三相电容电流
[0018] (6)三相线路电流
[0019] 当前，已投运串补装置中大多未配置电容两端电压测量设备，无法直接测量电容 器电压。当GAP自触发保护动作时，由于没有串补电容电压的录波数据，专业人员难以确定 引起保护动作原因是否由于间隙耐压水平下降引起的，这给故障分析和处理带来了很大不 便。如何在现有测量数据的条件下得到串补电容电压，是串补系统运行维护中一个重要的 问题。
【发明内容】
[0020] 为了解决上述问题，本发明提供了一种基于现有串补控制保护系统测量数据的电 容电压计算方法，以便于开展串补及其控制保护动作行为分析，特别是GAP自触发保护动 作时的故障分析和处理。
[0021] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0022] 一种基于故障录波数据的暂态串补电容电压计算方法，包括以下步骤：
[0023] 1)电容器的电压电流满足以下关系：
【主权项】
1. 一种基于故障录波数据的暂态串补电容电压计算方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 电容器的电压电流满足以下关系：
(2) 其中，!!。⑴、ie(t)分别为t时刻的电容电压和电流，C为电容值，t是时间，h为初始 时亥IJ，uc (t0)为t?时亥Ij的电容电压，τ为积分变量； 2) 在正弦稳态工况下，存在：
(3) C5) 其中，T为工频周期； 3) 结合式⑵可得：
(6) 4) 考虑到控制保护装置录波通道存在偏置，从而在电流录波数据中产生直流偏置分 量，则保护录波中记录的电容电流表示为： icc(t) = ic(t)+icA (7) 其中，ia(t)为电容电流录波数据，1。&为保护装置录波通道直流偏置分量； 5) 对式（7)两边进行一个工频周期积分可得：
(8) 其中，i'cTT，G分别为积分上限和下限， 则有：
C9)； 6) 在式（6)的基础上，结合式（7)和式（9)，得到t时刻和h时刻的电容电压，如下：
将式（10)作为计算稳态工况的电容电压，将式（11)作为计算任意工况下的电容电 压； 7) 考虑到实际过程中，得到的是电容电流的采样点序列，设一个工频周期T有N个采样 点，则将所述式（9)，式（10)，式（11)采用数值积分的形式表示：
其中，
为采样周期，…i。。，* i。。^，1。。;1，…，…为采样点序列，… Uc^1, u。』，Ucu，…，ue，k,…为与米样点序列相对应的电容电压，k -----1，0, 1，…表不第k个 采样点，^ ^ uc，Q表不0米样点的电容电压，u。;11表不第η米样点的电容电压； 8) 根据以下判据1来识别交流输电系统的平稳状态和暂态，判据如下： 判据1
(15) 其中，为供相电容电流突变量为供相电容电流瞬时值，为电流突变量定值， 为电流突变量浮动门槛； 如果某相电容电流突变量连续三次满足（15)，则进入暂态，则根据式（11)或（14)计算 电容电压，否则，为平稳状态，则根据式（10)或（13)计算电容电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于故障录波数据的暂态串补电容电压计算方法，其特 征在于，所述方法用于计算离线时串补电容电压的计算机编程实现过程为： 1-1)采样电容电流的录波数据icx，k，k = 0, 1，…； 1-2)设置系统周期为T = 0. 02s，采样周期为dT ; 1-3)设置初始值 k = 1，?εΛ = 0 及 u。，。= 0 ; 1-4)判断电容电流突变量是否满足判据1，如果满足，则转入步骤1-5)，如果不满足， 则转入步骤1-7); 1-5)根据式（14)计算该采样点的电容电压Uc;，k，然后转入步骤1-6); 1-6)令n = n+1，k = η，然后判断是否结束，如果是，则结束计算，输出计算结果，如果 否，则转入步骤1-4)，其中，η = η+1，等号后边的η表示旧的值，等号左边的η表示迭代加1 后新的值，k = η表示将新的值η赋予k ; 1-7)根据式（12)计算该采样点的偏置分量^ (k)，根据式（13)计算电容电流Ikci(k)， 将该电容电流(k)作为该采样点k的电容电流，令Uca= u μ (k)，并提取半个周波前的 采样点，即令 η = k-N/2+l，令 icA = i (k-N/2)，令 uc，Q= u c，k_N/2，然后转入步骤 1-8); 1- 8)令k = k+Ι，然后判断是否结束，如果是，则结束计算，输出计算结果，如果否，则转 入步骤1_4)。
3.根据权利要求1所述的一种基于故障录波数据的暂态串补电容电压计算方法，其特 征在于，所述方法用于计算在线时串补电容电压的计算机编程实现过程为： 2- 1)设置系统周期为T = 0. 02s，采样周期为dT ; 2-2)采样电容电流的录波数据i。。^ 2-3)判断电容电流突变量是否满足判据1，如果满足，则转入步骤2-4)，如果不满足， 则转入步骤2-5); 2-4)根据式（14)计算该采样点的电容电压Uc;，k，然后转入步骤2-6); 2-5)根据式（12)计算该采样点的偏置分量^ (k)，根据式（13)计算电容电流Ikci(k)， 将11。,。(1〇作为该采样点k的电容电压，即u。,,= 11。,。(1〇，并提取半个周波前的采样点，即令 i a (k-N/2)，令 u。，。= u c，k_N/2;然后转入步骤 2-6); 2-6)令k = k+Ι，然后转入步骤2-2);其中，k = k+Ι表示在原k的值的基础上加1作 为新的k的值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于故障录波数据的暂态串补电容电压计算方法，利用串补电容电流积分计算暂态过程电容两端电压，设计了积分计算初始电压确定方法及消除串补控制保护系统采样通道偏差影响的算法，并给出了该方法用于计算机编程实现的数值算法，并利用电流突变量判据区分平稳状态和暂态过程，设计了利用该方法进行离线故障录波分析和在线实时计算的实现流程。本发明方法可用于计算稳态和暂态过程中的串补电容电压，可用于离线的串补装置故障录波分析；可以通过对现有串补控制保护系统录波单元程序升级，直接嵌入到录波处理程序中，实现电容电压的在线记录。
【IPC分类】H02H7-26
【公开号】CN104852363
【申请号】CN201510230423
【发明人】李鹏, 黄浩声, 王业, 孔祥平, 林金娇, 袁宇波
【申请人】国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力科学研究院
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月7日