专利名称：电网电容电流在线自动跟踪监测装置及其调谐方法
技术领域：
本发明涉及电网电容电流监测技术，尤其涉及一种电网电容电流在线自动跟踪监测装置及其调谐方法。
背景技术：
目前国内使用的自动跟踪消弧线圈补偿系统，其电容电流检测方式有2种
1、在线调节消弧线圈补偿电流，由消弧线圈、电网电容和串联电阻组成的串联谐振回路上，监测到零序电压相位与零序电流相位相等时，则此时的消弧线圈补偿电流等于电网电容电流。此法调节精度较高，但消弧线圈处在长期工作状态。2、在线注入异频电流监测法，通过开三角注入低频电流进入电网，根据异频电流和电压解算出电网电容电流。由于注入信号对电网有影响，因而限制了注入异频电流的量值，实时测量精度较差。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种电网电容电流在线自动跟踪监测装置及其调谐方法。本发明的目的是这样实现的 基本思路
控制器调节电力半导体交流开关组件，间断开通对称双绕组高阻抗变压器，测量电网零序电压、电流向量，计算出电网电容电流，产生输出控制逻辑；同时监测电网参数变化，判断电网运行状况以及故障发生时的故障类型；当电网发生接地故障时，立即按控制逻辑调节电力半导体交流开关组件，输出与电网电容电流相匹配的补偿电感电流；当电网电容发生变化时，跟踪测量电网电容电流。①采用独立的Z型接地变压器
现有的中性点接地系统基本采用Z型接地变压器，此类型接地变压器运行稳定可靠； 采用独立的Z型接地变压器，便于对已有系统更新改造，降低改造费用。②高阻抗变压器设计采用对称双绕组结构
对称双绕高阻抗变压器非常适合与电力半导体交流开关组件搭配成高电气性能的可控导纳。③采用分频滤波器
在装置运行过程中，开关电力半导体交流开关组件，有时会激发电磁系统产生3、5分频振荡，影响系统测量精度；加入分频滤波器即可抑制分频振荡，提高测量精度和稳定。④采用倍频滤波器
根据电力半导体交流开关组件的开关特性，确定倍频滤波器的滤波特性；通常采用可控硅的电力半导体交流开关组件，需要设计3、5次谐波滤波器；采用功率晶体管的电力半导体交流开关组件，需要按PWM开关频率设计高频滤波器。
⑤电力半导体交流开关组件设计为两半波向地下拉
能更好的与对称双绕高阻抗变压器搭配成高伏安线性度的可控导纳，同时便于可控导纳(高电压、大电流、宽频辐射的)与控制器的电磁隔离安全设计。⑥控制器设计
控制器设计为额定标准100V，5A的测控微处理系统，使得采用该技术的消弧装置全系列产品可互换控制器，使产品升级软件化，换代简单容易。具体地说，本装置包括Z型接地变压器、对称双绕组高阻抗变压器、分频滤波器、 倍频滤波器、电力半导体交流开关组件和控制器；
其连接关系是
和电网母线电源连接的Z型接地变压器的信号回路送出A、B、C三相交流电压以及开三角的零序电压、零序电流信号作为测量信号给控制器； 站用AC220V电源和控制器连接，提供工作电源；
Z型接地变压器的输出主回路直接连接对称双绕组高阻抗变压器的输入回路； 对称双绕组高阻抗变压器的输出回路分别与分频滤波器3、倍频滤波器和电力半导体交流开关组件的输出端并联；
电力半导体交流开关组件的控制极与控制器的驱动控制极相连； 控制器的信号采集输入端连接Z型接地变压器的信号输出端，同时接受人机界面和远程遥控干预控制。工作原理
控制器的信号采集输入端Z型接地变压器的输出端信号，测量出电网电容电流以及电网运行状况，同时根据人机界面和远程遥控干预和控制；在电网正常运行情况下，本装置自动跟踪测量电网电容电流；在电网单相接地故障情况下，本装置立即检测出故障，并控制可控导纳输出相应的感性电流，补偿电网电容电流，使故障接地点残流得到预期补偿；如电网发生瞬时故障，故障点电弧将自灭，电网自然恢复正常；若电网发生系永久性故障，则保证故障点残流不会引起电弧造成故障面扩大；在电网发生系永久性故障时，能长时间接地运行并报警，以利人为排除故障线路，使电网恢复正常运行。本发明具有下列优点和积极效果
①装置结构简洁可靠，有继承性，能降低对现有系统的改造费用；
②电网电容电流的测量简单、可靠、精度高；
③双绕组高阻抗变压器设计，提高系统控制精度及运行可靠性；
④控制器设计标准化，全系列可通用，升级换代软件化。⑤本发明适用于电网电容电流在线自动跟踪监测及其调谐。
图1是本装置的结构方框图； 图2是本装置的实施例工作原理图； 图3是控制器的工作流程图。图中
I-Z型接地变压器；2—对称双绕组高阻抗变压器；
3—分频滤波器； 4一倍频滤波器；
5—电力半导体交流开关组件；
6—控制器；
7—电网母线电源；
8—站用AC220V电源。
具体实施例方式下面结合附图和实施例详细说明 一、装置
1、总体
如图1，本装置包括Z型接地变压器1、对称双绕组高阻抗变压器2、分频滤波器3、倍频滤波器4、电力半导体交流开关组件5、控制器6、电网母线电源7和站用AC220V电源8 ； 其连接关系是
和电网母线电源1连接的Z型接地变压器1的信号回路送出A、B、C三相交流电压以及开三角的零序电压、零序电流信号作为测量信号给控制器6 ； 站用AC220V电源8和控制器6连接，提供工作电源；
Z型接地变压器1的输出主回路直接连接对称双绕组高阻抗变压器2的输入回路； 对称双绕组高阻抗变压器2的输出回路分别与分频滤波器3、倍频滤波器4和电力半导体交流开关组件5的输出端并联；
电力半导体交流开关组件5的控制极与控制器6的驱动控制极相连； 控制器6的信号采集输入端连接Z型接地变压器1的信号输出端，同时接受人机界面和远程遥控干预控制。2、功能块如图2，
①Z型接地变压器1
采用独立的Z型接地变压器1 ；现有的中性点接地系统基本采用Z型接地变压器1，此类型接地变压器运行稳定可靠。采用独立的Z型接地变压器1，便于对已有系统更新改造，降低改造费用。选用10KV，315KVA。②对称双绕组高阻抗变压器2
对称双绕组高阻抗变压器2的设计采用对称双绕组结构；
对称双绕组高阻抗变压器2非常适合与电力半导体交流开关组件5搭配成高电气性能的可控导纳。选用6060V/600V，52A/520A。③分频滤波器3
在装置运行过程中，开关电力半导体交流开关组件5，有时会激发电磁系统产生3、5分频振荡，影响系统测量精度；加入分频滤波器3即可抑制分频振荡，提高测量精度和稳定。
选用3、5次滤波器，60 Ω/1000W电阻器。④倍频滤波器4
根据电力半导体交流开关组件5的开关特性，确定倍频滤波器4的滤波特性。采用可控硅的电力半导体交流开关组件，需要设计3、5次谐波滤波器4 ；采用功率晶体管的电力半导体交流开关组件，需要按PWM开关频率设计高频滤波器4。选用3、5次双调谐滤波器。⑤电力半导体交流开关组件5
电力半导体交流开关组件5设计为两半波向地下拉；
能更好地与对称双绕高阻抗变压器2搭配成高伏安线性度的可控导纳，同时便于可控导纳(高电压、大电流、宽频辐射的)与控制器的电磁隔离安全设计。选用2000V/1000A可控硅组件。⑥控制器6
控制器6设计为额定标准100V，5A的测控微处理系统，使得采用该技术的消弧装置全系列产品可互换控制器，使产品升级软件化，换代简单容易。选用主要部件D0P-B07S200 触摸屏，TMS320F2812PGFA DSP 控制。⑦电网母线电源7 3 相 10KV。⑧站用AC220V电源8 站用AC220V电源。二、控制器的工作流程
如图3，控制器的工作流程包括下列步骤 系统启动00 ； 第一、系统控制传导流程
第01、开通接地电路吗01，是则进入下一步骤，否则继续询问；
第02、控制器6按预定开启角输出开启信号G1、G2 02；
第03、电力半导体交流开关组件5按输出信号开启03;
第04、对称双绕组高阻抗变压器2按控制产生感性电流同时产生谐波电流04 ；
第05、分频滤波器3吸收低频铁磁谐波电流05 ；
第06、倍频滤波器4吸收3、5次谐波电流06 ；
第07、Z型接地变压器1耦合感性电流进入电网07;
第08、电网母线电源7向电网馈入感性电流08 ；
第二、系统工作逻辑流程
第1、控制器6采集分析外部数据11 ；
第2、故障发生吗12，是则跳转到第11步骤，否则进入下一步骤； 第3、系统发生变化吗13，是则跳转到第5步骤，否则进入下一步骤； 第4、定时测量到了吗14，是进入下一步骤； 第5、写测量开启角到缓冲区并发布输出开启命令15 ； 第6、故障发生吗16，是则跳转到第11步骤，否则进入下一步骤； 第7、测量数据正常吗17，是则跳转到第9步骤，否则进入下一步骤；第8、修正测量开启角到缓冲区18，再则跳转到第6步骤； 第9、修正补偿开启角到数据区19; 第10、发布输出关闭命令；
第11、接地故障发生吗21，是则进入下一步骤，否则跳转到第10步骤； 第12、写补偿开启角到缓冲区并发布输出开启命令22 ； 第13、接地故障结束吗23，是则转到第10步骤，否则进入下一步骤； 第14、重新计算补偿开启角到数据区。
权利要求
1.一种电网电容电流在线自动跟踪监测装置，其特征在于本装置包括Z型接地变压器(1)、对称双绕组高阻抗变压器(2)、分频滤波器(3)、倍频滤波器(4)、电力半导体交流开关组件(5)、控制器(6)、电网母线电源(7)和站用AC220V电源(8)；其连接关系是和电网母线电源(7)连接的Z型接地变压器(1)的信号回路送出A、B、C三相交流电压以及开三角的零序电压、零序电流信号作为测量信号给控制器(6)； 站用AC220V电源(8 )和控制器(6 )连接，提供工作电源；Z型接地变压器(1)的输出主回路直接连接对称双绕组高阻抗变压器(2)的输入回路； 对称双绕组高阻抗变压器(2)的输出回路分别与分频滤波器(3)、倍频滤波器(4)和电力半导体交流开关组件(5)的输出端并联；电力半导体交流开关组件(5)的控制极与控制器(6)的驱动控制极相连； 控制器(6)的信号采集输入端连接Z型接地变压器(1)的信号输出端，同时接受人机界面和远程遥控干预控制；所述的控制器(6)设计为额定标准100V，5A的测控微处理系统；选用主要部件 D0P-B07S200 触摸屏，TMS320拟812PGFA DSP 控制。
2.按权利要求1所述的一种电网电容电流在线自动跟踪监测装置的调谐方法，其特征在于控制器(6)的工作流程包括下列步骤系统启动(00)； 第一、系统控制传导流程第01、开通接地电路吗(01)，否则继续询问，是则进入下一步骤；第02、控制器(6)按预定开启角输出开启信号G1、G2 (02)；第03、电力半导体交流开关组件(5)按输出信号开启(03)；第04、对称双绕组高阻抗变压器(2)按控制产生感性电流同时产生谐波电流(04)；第05、分频滤波器(3)吸收低频铁磁谐波电流(05)；第06、倍频滤波器(4)吸收3、5次谐波电流(06)；第07、Z型接地变压器(1)耦合感性电流进入电网(07 )；第08、电网母线电源(7)向电网馈入感性电流(08)；第二、系统工作逻辑流程第1、控制器(6 )采集分析外部数据(11);第2、故障发生吗(12)，是则跳转到第11步骤，否则进入下一步骤；第3、系统发生变化吗(13)，是则跳转到第5步骤，否则进入下一步骤；第4、定时测量到了吗(14)，是进入下一步骤；第5、写测量开启角到缓冲区并发布输出开启命令(15)；第6、故障发生吗(16)，是则跳转到第11步骤，否则进入下一步骤；第7、测量数据正常吗(17)，是则跳转到第9步骤，否则进入下一步骤；第8、修正测量开启角到缓冲区(18)，再则跳转到第6步骤；第9、修正补偿开启角到数据区(19)；第10、发布输出关闭命令；第11、接地故障发生吗(21)，是则进入下一步骤，否则跳转到第10步骤； 第12、写补偿开启角到缓冲区并发布输出开启命令(22)； 第13、接地故障结束吗(23)，是则转到第10步骤，否则进入下一步骤； 第14、重新计算补偿开启角到数据区。
全文摘要
本发明公开了一种电网电容电流在线自动跟踪监测装置及其调谐方法，涉及电网电容电流监测技术。本装置的结构是Z型接地变压器的信号回路送出A、B、C三相交流电压以及开三角的零序电压、序电流信号作为测量信号给控制器；Z型接地变压器的输出主回路直接连接对称双绕组高阻抗变压器的输入回路；对称双绕组高阻抗变压器的输出回路分别与分频滤波器、倍频滤波器和电力半导体交流开关组件的输出端并联；电力半导体交流开关组件的控制极与控制器的驱动控制极相连；控制器的信号采集输入端连接Z型接地变压器的信号输出端。本装置结构简洁可靠，有继承性，能降低对现有系统的改造费用，适用于电网电容电流在线自动跟踪监测及其调谐。
文档编号G01R19/00GK102170122SQ201110106008
公开日2011年8月31日 申请日期2011年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者李建生, 程志宏, 马利军 申请人:湖北中兴电力试验研究有限公司