串联补偿装置及串联补偿装置的安全保护方法
【专利摘要】本发明提供了一种串联补偿装置和串联补偿装置的安全保护方法，该装置包括：补偿电容、氧化锌组件、放电限流电路、涡流快速开关、电流互感器和处理器。该方法包括以下步骤：采集电网中的电流数据；根据电流数据判断电网中是否存在短路，如果是，则由处理器控制涡流快速开关闭合。本发明设计了串联补偿装置，并提出静态电流均衡函数及电流安全预警函数，确保串联补偿装置的运行安全，保障电网的正常运行。
【专利说明】
串联补偿装置及串联补偿装置的安全保护方法
技术领域
[0001] 本发明涉及计算机控制技术领域，特别涉及一种用于补偿电网电压的串联补偿装 置及串联补偿装置的安全保护方法。
【背景技术】
[0002] 电力网损耗是指电能从发电厂传输到客户的过程中，在输电、变电、配电盒营销等 各环节的电能损耗和损失。损率是综合反映电力网规划设计、生产运行和经营管理水平的 主要经济技术指标。电力网的线损电量主要包括可变损耗、固定损耗和管理损耗。可变损耗 指的是消耗在电力线路和电力变压器电阻上的电量，该部分损耗与传输功率(或电流)的平 方成正比。固定损耗指的是产生在电力线路和变压器的等值并联电导上的损耗，对配电网 而言主要包括电力变压器的铁损，电力电缆和电容器的绝缘介质损耗，绝缘子的泄漏损耗 等。固定损耗和可变损耗可以通过理论计算得出，故常将其称为理论线损。管理损耗指的是 线损电量扣除理论线损后的部分。电网损耗每年浪费电能巨大，且影响了供电质量，导致用 电器损坏。
[0003] 现有技术中也提出了一些电网补偿方案，主要采用并联电容的方式进行补偿，其 成本高，响应速度慢，容易烧坏补偿电容器。
【发明内容】
[0004] 本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出了如下技术方案。
[0005] -种串联补偿装置，包括:补偿电容、氧化锌组件、放电限流电路、涡流快速开关、 电流互感器和处理器，其中，
[0006] 所述补偿电容串联在电网的供电线路中，用于补偿电网的压降；
[0007] 所述氧化锌组件与补偿电容并联，用于限制补偿电容两端的电压；
[0008] 所述放电限流电路与涡流快速开关串联形成串联电路，所述串联电路与所述补偿 电容并联，用于限制补偿电容的放电电流；
[0009] 所述处理器分别与所述电流互感器和所述涡流快速开关相连；
[0010] 所述电流互感器用于采集供电线路中的电流，并将采集到的电流数据发送至所述 处理器；
[0011] 所述处理器根据所述电流数据控制所述涡流快速开关的开闭。
[0012] 优选的，所述串联补偿装置还包括:第一开关、第二开关和热备开关，
[0013] 所述第一开关和所述第二开关串联；
[0014] 所述补偿电容串联在所述第一开关和所述第二开关之间；
[0015] 所述氧化锌组件与所述补偿电容并联形成并联电路，所述并联电路位于所述第一 开关和所述第二开关之间；
[0016] 所述放电限流电路与涡流快速开关位于所述第一开关和所述第二开关之间；
[0017] 所述热备开关与所述第一开关和所述第二开关并联。
[0018] -种上述串联补偿装置的安全保护方法，包括以下步骤：
[0019] S1:采集电网中的电流数据；
[0020] S2:根据电流数据判断电网中是否存在短路；
[0021] S3:根据S2中的判断结果启动响应操作。
[0022]优选的，所述S1步骤具体为：
[0023]使用电流互感器每隔0.1ms设置一个采样点，采集10个电流数据，将采集的电流数 据存储在一个数组current [ 10]中。
[0024]优选的，所述S2步骤具体为：
[0025]对数组current [ 10 ]中的电流数据进行处理，获得每一采样点电流的变化率，存储 在数组diff_current[10]中，其中：
[0026]
[0027] 式中i表示数组的标号，
[0028] 构建静态电流均衡函数：
[0029]
[0030] I为通过的电流大小，10为电网正常工作时通过串联补偿装置的最大电流，通过电 网运行的日志数据获得；
[0031 ] 获得数组diff_current[10]中的最大值diff_current[ j]，表示此时刻的电流变 化率最大，K j < 10，并从数组current [ 10]中获得此时的电流值current [ j ]，构建电流安 全预警函数：
[0032 ] G (j )= a*F (current [ j ]) +β*(1 i f f_current [ j ]，α、β分别为权重值，G0为短路阈值， 可通过仿真计算或电网日志数据分析获得，
[0033]当所述电流安全预警函数值G(j)>G 0时，判定电网出现短路。
[0034]优选的，所述S3步骤具体为：
[0035] 根据所述S2步骤判断的结果，当电网出现短路时，由所述处理器控制所述涡流快 速开关闭合，进而保护串联补偿装置。
[0036] 本发明的有益效果为:设计了串联补偿装置，并提出静态电流均衡函数及电流安 全预警函数，确保串联补偿装置的运行安全，保障电网的正常运行。
【附图说明】
[0037] 图1是本发明的串联补偿装置的原理结构图。
[0038] 图2是本发明的一种串联补偿装置的安全保护方法的流程图。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图对本发明串联补偿装置及其安全保护方法进行具体说明。
[0040] 如图1所示，一种用于补偿电网电压压降的串联补偿装置，包括:第一开关1、第二 开关2、补偿电容3、氧化锌组件4、放电限流电路5、涡流快速开关6、热备开关7、电流互感器8 和处理器9。
[0041] 第一开关1和第二开关2串联，补偿电容3串联在第一开关1和第二开关2之间，补偿 电容3用于补偿线路压降。氧化锌组件4与补偿电容3并联，并联后的电路再串联在第一开关 1和第二开关2之间，氧化锌组件4用于保护补偿电容，限制补偿电容两端的电压。放电限流 电路5与涡流快速开关6串联后与补偿电容3并联，并联后的电路再串联在第一开关1和第二 开关2之间。热备开关7与第一开关1和第二开关2所在的供电线路并联，正常运行时热备开 关处于开闸状态。电流互感器8优选设置在第二开关2的前端，当然也可以设置在供电线路 的其他位置，只要使其便于采集供电线路中的电流即可。处理器9与电流互感器8串联设置， 处理器9与涡流快速开关6相连，处理器9接收电流互感器8采集的电流数据，根据对电流数 据的处理结果控制涡流快速开关6的开闭。
[0042]电流互感器8的工作原理是电磁感应原理。电流互感器8是由闭合的铁芯和绕组组 成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流 过。二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器8在工作时，它的二次 回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器8的工作状 态接近短路。由于电磁式电流互感器存在的易饱和、非线性及频带窄等问题，电子式电流互 感器8逐渐兴起。电子式电流互感器一般具有抗磁饱和、低功耗、宽频带等优点，属于数字式 传感器，二次仪表不会引入误差，传感器误差就是系统误差。因此，电流互感器8优选为电子 式电流互感器，可以简化电路设计，不用进行模数转换，降低误差。
[0043] 本发明采用动态均能技术开发的氧化锌组件4用以有效限制补偿电容3两端的电 压，对补偿电容3运行的安全性提供了保障。本发明采用处理器9快速确定串联补偿装置的 安全状态和基于快速涡流驱动技术开发的涡流快速开关6,来控制补偿电容3的投退，以最 大限度地缩短过电流的持续时间，大大减小了氧化锌组件4所需要的能容量。氧化锌组件4 可以采用动态均能配片技术，由多路氧化锌阀片串并联组成，不仅大大降低了残压比(最高 残压UC与1mA参考电压UlmA之比），而且在相同能容量指标下体积明显缩小。
[0044] 放电限流电路5采用电阻和电感构成，防止放电电流过大，损坏涡流快速开关6触 点。涡流快速开关6的合闸时间可以做到10ms左右甚至更快。
[0045] 图2示出了本发明串联补偿装置的安全保护方法，包括以下步骤：
[0046] S1:采集电网中的电流数据:使用电流互感器8每隔0.1ms设置一个采样点，采集10 个电流数据，将采集的电流数据存储在一个数组current[ 10]中；
[0047] S2:根据电流数据判断电网中是否存在短路，如果是，由处理器9控制涡流快速开 关6闭合，具体步骤可为：
[0048]对数组current [ 10 ]中的电流数据进行处理，获得每一采样点电流的变化率，存储 在数组diff_current[10]中，其中：
[0049]
[0050] 式中i表示数组的标号，
[00511构建静态电流均衡函数：
[0052]
[0053] I为通过的电流大小，10为电网正常工作时通过串联补偿装置的最大电流，可以通 过电网运行的日志数据获得，通过该静态电流均衡函数，使得计算速度大大提高；
[0054] 获得数组diff_current[10]中的最大值diff_current[ j]，表示此时刻的电流变 化率最大，K j < 10，并从数组current [ 10]中获得此时的电流值current [ j ]，构建电流安 全预警函数：
[0055] G( j )= a*F( current [ j ]) +P*dif f_current [ j ]，α、β 分别为权重值，当函数值G (j) > GO表示电网存在危险，由处理器9控制涡流快速开关6闭合，保护串联补偿装置，其中，GO为 短路阈值，可通过仿真计算或电网日志数据分析获得，aj的值根据电网参数确定，如35KV 电网，a-般为2，β-般为3.5，G0-般为8。
[0056] 该安全保护根据电流的大小及电流的变化率准确的识别出危险，且速度快，基本 上在2ms内可以识别出危险，然后控制涡流快速开关6合闸，确保了串联补偿装置的安全。
[0057] 最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发 明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应 涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种串联补偿装置，其特征在于，所述串联补偿装置包括:补偿电容、氧化锌组件、放 电限流电路、涡流快速开关、电流互感器和处理器;其中， 所述补偿电容串联在电网的供电线路中，用于补偿电网的压降； 所述氧化锌组件与补偿电容并联，用于限制补偿电容两端的电压； 所述放电限流电路与涡流快速开关串联形成串联电路，所述串联电路与所述补偿电容 并联，用于限制补偿电容的放电电流； 所述处理器分别与所述电流互感器和所述涡流快速开关相连； 所述电流互感器用于采集供电线路中的电流，并将采集到的电流数据发送至所述处理 器； 所述处理器根据所述电流数据控制所述涡流快速开关的开闭。2. 如权利要求1所述的串联补偿装置，其特征在于，所述串联补偿装置还包括:第一开 关、第二开关和热备开关， 所述第一开关和所述第二开关串联； 所述补偿电容串联在所述第一开关和所述第二开关之间； 所述氧化锌组件与所述补偿电容并联形成并联电路，所述并联电路位于所述第一开关 和所述第二开关之间； 所述放电限流电路与涡流快速开关位于所述第一开关和所述第二开关之间； 所述热备开关与所述第一开关和所述第二开关并联。3. -种如权利要求1所述串联补偿装置的安全保护方法，其特征在于，包括以下步骤： SI:采集电网中的电流数据； S2:根据电流数据判断电网中是否存在短路； S3:根据S2中的判断结果启动响应操作。4. 根据权利要求2所述的安全保护方法，其特征在于，所述Sl步骤具体为： 使用电流互感器每隔0.1ms设置一个采样点，采集10个电流数据，将采集的电流数据存 储在一个数组current [ 10]中。5. 根据权利要求3所述的安全保护方法，其特征在于，所述S2步骤具体为： 对数组current[10]中的电流数据进行处理，获得每一采样点电流的变化率，存储在数 组diff_current[10]中，其中：式中i表示数组的标号，K i < 10; 构建静态电流均ΓnI为通过的电流大小，IO为电网正常工作时通过串联补偿装置的最大电流，通过电网运 行的日志数据获得； 获得数组diff_current[10]中的最大值diff_current[ j]，表示此时刻的电流变化率 最大，K j< 10，并从数组current [ 10]中获得此时的电流值current[ j]，构建电流安全预 警函数： G(j) = a*F(current [ j ]) +0*dif f_current [ j ]，α、β分别为权重值，GO为短路阈值，可通 过仿真计算或电网日志数据分析获得， 当所述电流安全预警函数值G(j)>G 0时，判定电网出现短路。6.根据权利要求4所述的安全保护方法，其特征在于:所述S3步骤具体为： 根据所述S2步骤判断的结果，当电网出现短路时，由所述处理器控制所述涡流快速开 关闭合，进而保护串联补偿装置。
【文档编号】H02J3/18GK105896564SQ201610390995
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】何荣富, 王虎, 李晓军
【申请人】国网冀北节能服务有限公司, 国家电网公司