专利名称：线路不对称接地故障电流的控制器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电力系统的运行状态控制装置，具体涉及线路不对称接地故障电流的控制器及其方法。
背景技术：
电力线路发生故障后，传统方法就是切除故障线路以保证系统中非故障线路的正常运行；然而如果切除的线路为重载关键线路，则必将引起潮流大转移，并可能使多条线路过载而被切除，造成大面积停电。而电力系统的主要故障类型又为不对称接地故障，仅单相接地就约占故障的70%，在国外发生的一些大停电事故就是由于一些关键的重载线路发生单相接地故障后被切除，引起潮流大转移，从而使多条线路过载而被切除。线路发生不对称接地故障后，如果能控制其接地故障电流为0，熄灭故障电弧，保持故障线路的继续运行，并使故障线路上的电流等于故障前的电流，无疑将会减小因故障引起的系统潮流转移，减小故障对电力系统运行的影响，提高电力系统运行的安全性和供电的可靠性。中性点不接地系统或消弧线圈接地系统能熄灭单相接地电弧，保持故障线路的继续运行，因而具有更高的可靠性。因此我国的6kV 35kV系统普遍采用这种运行方式，而在国外的132kV系统上也有采用这种运行方式的。但是，消弧线圈系统(或中性点不接地系统)仅对单相接地故障有效，在故障接地运行期间，系统中线路的非故障相将承受线电压， 因此在高电压等级系统中采用这种方式将极大地增加系统的成本。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种新型的不对称接地故障电流控制器及其与之对应的控制方法，与消弧线圈(或中性点不接地)系统相同，在故障接地期间，它能控制接地故障电流为0，熄灭接地电弧，同时使故障线路上传输的电流等于接地前线路的电流；它不仅能控制单相接地故障电流，还能控制两相短路接地故障电流；同时它不会引起系统过电压。为实现本发明的目的，特采用如下技术手段一种线路不对称接地故障电流控制器，其特征在于，由并联变压器T1、串联变压器T2,两个可调电感Lb、Lc以及五个开关KA、KB、 Kc> Kg和Ks构成；并联变压器T1的原边绕组经第一开关Ka、第二开关Kb和第三开关K。与系统备用的A相电源^^、B相电源和C相电源&1相连，T1的原边绕组经第四开关Ke与地相连；A相电源^^等于A相母线电压&，B相电源等于B相母线电压&，C相电源6^等于C相母线电压&e ;并联变压器T1的副边绕组与串联变压器T2的副边绕组和第一可调电感Lb构成第一串联电路；串联变压器T2的原边绕组和第二可调电感Lc串联构成第二串联电路，该第二串联电路与第五开关Ks并联后嵌入在线路中；
Mm其中，的调节范围在1. O 2. O之间，M为串联变压器T2的原边绕组和副边
绕组之间的互感，m为变压器T1的变比，L2为串联变压器T2的副边绕组的漏感；Lb为可调电感Lb的值。进一步，采用所述线路不对称接地故障电流控制器的控制方法为，所述线路不对称接地故障电流控制器安装在线路每相的两端；线路有功功率的输出端为线路的发送端； 线路有功功率的输入端为线路的接收端；正常运行期间，第四开关Ke和第五开关Ks闭合，第一开关Ka、第二开关Kb和第三开关K。断开；线路发生不对称接地故障后，断开接地相线路两端故障电流控制器的第五开关 Ks，断开第四开关Ke;如果故障电流控制器位于线路的发送端，导通第一开关Ka、第二开关Kb和第三开关K。中的一个，其余两个关断，使故障电流控制器中的并联变压器T1的原边电压与超前于故障相的电源电压同相；如果故障电流控制器位于线路的接受端，导通第一开关Ka、第二开关Kb和第三开关K。中的一个，其余两个关断，使故障电流控制器中的并联变压器T1的原边电压与滞后于故障相的电源电压同相。进一步，控制第二可调电感L。以控制线路故障状态下电流的幅值，使电流的幅值达到希望值(该值为故障前线路电流的幅值，下同)；当线路电流的幅值大于希望电流值时，则增加Lc电感的值；当线路电流的幅值小于希望电流值时，则减小L。电感的值；控制电感Lb以控制线路电流的相位，使线路故障状态电流的相位达到希望值(该值为故障前线路电流的相位，下同)，线路电流相量的参考方向为母线指向线路；故障电流控制器位于线路的发送端时，如果线路电流滞后于希望电流时，则减小 Lb电感的值；如果线路电流超前于希望电流时，则增加Lb电感的值；故障电流控制器位于线路的接受端时，如果线路电流滞后于希望电流时，则增加 Lb电感的值；如果线路电流超前于希望电流时，则减小Lb电感的值；故障线路两端的电流均等于正常运行电流，则该状态下，线路的故障电流为0，同时线路上传输的电流也等于故障前线路的电流。相比现有技术，本发明具有如下优点1、本发明提出了基于故障电流控制器的不对称接地故障电流的控制策略和控制方法，发生不对称接地后，启动接地相线路两端的故障电流控制器，控制线路发送端故障电流控制器中与并联变压器原边相连开关的状态，使其并联变压器的原边电压与超前于故障相的电源电压同相，在此基础上协调控制故障电流控制器中的两个等效电感以控制线路发送端的故障相电流，使其等于接地前的电流；控制线路接受端故障电流控制器中与并联变压器原边相连开关的状态，使其并联变压器的原边电压与滞后于故障相的电源电压同相， 在此基础上协调控制故障电流控制器中的两个等效电感以控制线路接受端的故障相电流， 使其等于接地前的电流。线路两端的故障电流均等于故障前的电流时，则故障电流为零，同时线路上传输的电流也等于故障前的电流。因此，该方法能使故障接地电流为零，熄灭故障接地电弧，保持故障线路的继续运行且其传输的电流等于故障前的线路电流，这将提高系统运行的可靠性；由于故障状态下仅需启动故障相的故障电流控制器，因此它对非故障相的运行没有影响，不会引起系统的过电压。
2、本发明方法不仅对单相接地故障有效，对两相短路接地故障也有效；同时它对故障线路的非故障相和非故障线路的运行没有影响，不会引起系统过电压。3、本发明所采用的并联变压器、串联变压器、可调电感及有载调节开关等元件，均已在电力系统中运行多年，这为故障电流控制器在电力系统中的可靠运行提供了基础，这为该装置的推广应用，特别是在高电压等级系统中的应用提供了有利条件。该控制器的输出等效于电压源和电感的串联，控制器的等效电压源电压可以与超前或滞后于故障相的电源电压同相，并可以独立控制其等效电压源电压的幅值和等效串联电感的值。本发明为重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室的重点科技项目，获得国家自然科学基金项目(50777066)资助。
图1是简单电力系统模型；图2是故障电流控制器的结构原理；图3故障电流控制器等效电路图；图4电压电流相量图；图5控制系统框图；图6实验系统原理图；图7实验中采用的控制系统原理图；图8控制器投入后控制电流滞后电源电压(π /6电流幅值25Α)；图9电流从滞后电源电压π /6到滞后(π /36，幅值25Α不变)；图10电流从滞后电源电压π /36调整到滞后(5 π /6，幅值保持25Α)；图11电流滞后电源电压从5 Ji /6调整到35 Ji /36，幅值25Α不变；图12电流滞后电源电压35 Ji /36，幅值从25Α调整到15Α ；图13故障接地电流；图14接受端的线路电流和串联电压；图15发送端的线路电流和串联电压。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。如图2所示，一种线路不对称接地故障电流控制器，由并联变压器T1、串联变压器 T2,两个可调电感Lb、Lc以及五个开关KA、KB、Kc, Kg和Ks构成；并联变压器T1的原边绕组经第一开关Ka、第二开关Kb和第三开关Kc与系统备用的A相电源、B相电源^si和C相电源L1相连，T1的原边绕组经第四开关Ke与地相连；A相电源^41等于A相母线电压&，B相电源等于B相母线电压&，C相电源等于C相母线电压& ;并联变压器T1的副边绕组与串联变压器T2的副边绕组和第一可调电感Lb构成第一串联电路；串联变压器T2的原边绕组和第二可调电感L。串联构成第二串联电路，樓第二串联电路与第五开关&并联后嵌入在线路中；
Mm其中，的调节范围在1. 0 2. 0之间，M为串联变压器T2的原边绕组和副边绕组之间的互感，m为变压器T1的变比，L2为串联变压器T2的副边绕组的漏感；Lb为可调电感Lb的值。1、不对称接地故障电流的特点及控制原理不对称接地故障包括单相接地故障和两相短路接地故障。图1为简单电力系统模型，由于电力线路本身的感抗远大于电阻，同时故障状态下故障电流控制器(其原理和结构将在2中介绍)串联的附加等效电感将进一步减小线路电阻的作用，因此图1中的线路模型采用的是最简单的电感模型，每相线路F点两侧的电感分别为kL和(1-k) L (其中k为 0 1之间的常数，它表征了 F点在线路中的位置)，L为每相线路的电感；开关Kfm(M表示 A、B、C，下同)的不同状态表征了线路在F点的各种不对称接地故障和&M1分别为线路的发送端(超前端)电压和接受端(滞后端)电压，它们分别是线路有功功率输出端和输入端的电源电压。线路两端的每相均装有故障电流控制器，故障接地期间，故障电流控制器处于工作状态，它等效于电压源 (或 ,)和电感Lksm(或Lksmi)的串联；系统正常运行时，故障电流控制器处于备用状态，此时其等效电压源电压和输出电感均为0，故障电流控制器对线路的正常运行没有影响。正常运行期间，如果线路S端的电压超前于S1端电压δ，以^4为参考电压时，则 UA=UA, =仏广5，其中Ua和Uai分别为&和^41W幅值。根据图1，该状态下线路两端的A相电流分别为
权利要求
1.线路不对称接地故障电流控制器，其特征在于，由并联变压器T1、串联变压器T2，两个可调电感Lb、Lc以及五个开关KA、KB、Kc, Kg和Ks构成；并联变压器T1的原边绕组经第一开关Ka、第二开关Kb和第三开关Kc与系统备用的A相电源、B相电源&和C相电源相连，T1的原边绕组经第四开关Ke与地相连；A相电源等于控制器安装点的A相母线电压&，B相电源等于控制器安装点的B相母线电压&，C相电源 α等于控制器安装点的 C相母线电压& ;并联变压器T1的副边绕组与串联变压器T2的副边绕组和第一可调电感Lb 构成第一串联电路；串联变压器T2的原边绕组和第二可调电感L。串联构成第二串联电路， 第二串联电路与第五开关Ks并联后嵌入在线路中；Mm其中，的调节范围在1. 0 2. 0之间，M为串联变压器T2的原边绕组和副边绕组之间的互感，m为变压器T1的变比，L2为串联变压器T2的副边绕组的漏感；Lb为可调电感 Lb的值。
2.如权利要求1所述线路不对称接地故障电流控制器的控制方法，其特征在于，所述线路不对称接地故障电流控制器安装在控制线路每相的两端；利用计算机实现对故障电流控制器中的可调开关和可调电感控制，以实现对线路不对称短路接地故障电流的控制；正常运行期间，线路有功功率的输出端为线路的发送端；线路有功功率的输入端为线路的接收端；正常运行期间，第四开关Ke和第五开关Ks闭合，第一开关Ka、第二开关Kb和第三开关 Kc断开；线路发生不对称接地故障后，断开接地相线路两端故障电流控制器的第五开关Ks，断开第四开关Ke;如果故障电流控制器位于线路的发送端，导通第一开关Ka、第二开关Kb和第三开关Kc 中的一个，其余两个关断，使故障电流控制器中的并联变压器T1的原边电压与超前于故障相的电源电压同相；如果故障电流控制器位于线路的接受端，导通第一开关Ka、第二开关Kb和第三开关K。 中的一个，其余两个关断，使故障电流控制器中的并联变压器T1的原边电压与滞后于故障相的电源电压同相。
3.根据权利要求2所述线路不对称接地故障电流控制器的控制方法，其特征在于，控制第二可调电感L。以控制线路故障状态下电流的幅值，使电流的幅值达到希望值；控制第一电感Lb以控制故障状态下线路电流的相位，使电流的相位达到希望值，线路电流相量的参考方向为母线指向线路；当线路电流的幅值大于希望电流值时，则增加Lc电感的值；当线路电流的幅值小于希望电流值时，则减小L。电感的值；故障电流控制器位于线路的发送端时，如果线路电流滞后于希望电流时，则减小Lb电感的值；如果线路电流超前于希望电流时，则增加Lb电感的值；故障电流控制器位于线路的接受端时，如果线路电流滞后于希望电流时，则增加Lb电感的值；如果线路电流超前于希望电流时，则减小Lb电感的值；故障线路两端的电流均等于故障前的电流，则该状态下，线路的故障电流为0，同时线路上传输的电流也等于故障前线路的电流。
全文摘要
本发明提供一种线路不对称接地故障电流的控制器及其控制方法，该控制器由并联变压器、串联变压器、可调电感和有载调节开关构成，该控制器等效于电压源与电感的串联，在此基础上提出了基于该控制器的不对称接地故障电流的控制方法，通过协调控制可调电感以及与并联变压器原边绕组相连开关的位置，就等效地控制了等效电压源的电压和串联电感，从而控制故障状态下线路两端的电流，并使其等于接地前的运行电流，在不过压的情况下保持了故障线路的继续运行。本发明不仅对单相接地故障有效，对两相短路接地故障也有效；同时它对故障线路的非故障相和非故障线路的运行没有影响。
文档编号H02H7/26GK102222889SQ201110152558
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者张志刚, 江渝, 王恒, 郑群英 申请人:重庆大学