基于频率跟踪的断路器选相控制方法与流程

本发明涉及电力系统断路器智能控制技术领域，具体涉及一种基于频率跟踪的断路器选相控制方法。

背景技术：

智能化一次设备技术的发展对实现一次设备信息化、自动化和互动化，提高电气设备制造水平，以及整个智能变电站结构的最优设计具有重要的意义。高压开关设备智能化是智能一次设备实现的重要组成部分，而选相控制技术作为一次开关设备智能化的重要体现方面，可实现断路器定相位控制，或提高其开断能力，在空载线路、空载变压器、电容器、电抗器等电力设备投切时能够有效抑制暂态过电压和涌流，减小对系统电气设备冲击，提高系统电能质量，节约设备维修工作量和防止保护误动。

另一方面，随着开关工艺水平、机构稳定性的提升及智能化技术的发展，选相控制技术在抑制涌流和过电压方面比安装合闸电阻、增设避雷器等传统方法更具经济性和技术优势，故选相控制技术越来越被认为是降低断路器对操作对象暂态冲击的有效而简洁的手段。

目前，具备相控功能的高压断路器在国内诸多重点直流工程中得到越来越多的应用，由于特高压工程需要考虑在极端运行方式下的断路器操作需求，比如在孤岛运行方式和极闭锁故障时，系统频率会发生较大变化，频率在分钟级或秒极的变化下，断路器选相控制仍应该保证较好的精度，适应现场操作需求。

选相控制的目标相位通常以系统电源侧的参考电压为基准，通常情况下，系统电压仅仅会发生特别微小的变化，所以一般选相控制等待时间基于参考电压在额定频率获得，精度可以满足工程要求。但在电压频率发生较大波动时，常规选相等待时间的计算方法误差很大，甚至会导致错误结果，选相装置存在闭锁出口或误出口的风险，故需要考虑频率对选相控制精度的影响，并根据当前频率实时值对选相等待时间做相应的修正。

技术实现要素：

本发明的目的是：针对现有技术中存在的问题，提供一种基于频率跟踪的断路器选相控制方法，解决系统电压频率偏离额定值发生较大波动情况时，断路器选相控制精度不高的问题。

本发明的技术方案是：本发明的基于频率跟踪的断路器选相控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

①实时采集系统基准电压并计算其频率，当接收到控制系统分合闸指令后，启动选相算法并跟踪当前系统基准电压频率；

②根据当前跟踪的系统基准电压频率，通过下式计算选相控制等待时间并进行选相指令的下发：

；

式中，为当前跟踪的系统基准电压频率；

为保证为正值的最小整数；

是根据目标合闸相位折算的到电压过零点的时间；

是根据实际测量值确定的选相控制系统合闸回路总延时；

为断路器标称的固有合闸时间；

为断路器标称的预击穿时间。

进一步的方案是：所述步骤①中跟踪的系统基准电压频率，为选相启动时刻系统母线电压实时频率。

进一步的方案是：所述步骤①中跟踪的系统基准电压频率，为选相启动时刻系统线路电压实时频率。

进一步的方案是：所述步骤①中跟踪的系统基准电压频率，为通过历史频率的变化趋势预测断路器动作时间期间的频率。

本发明具有积极的效果：本发明的基于频率跟踪的断路器选相控制方法，其通过实时采集和计算系统基准电压的频率，当接收到控制系统分合闸指令后，启动选相算法并跟踪当前系统频率值，根据当前跟踪的频率值，计算选相控制等待时间，并在适当的相位发出断路器的选相分合闸指令，完成定相位投切，从而抑制电压畸变和过电压冲击，减少断路器操作对系统暂态的影响，提高电力系统电能质量和可靠性。

附图说明

图1为当系统电压频率偏离额定值时选相控制等待时间计算方法示意图；

图2为本发明实施例中系统电压频率偏离额定值时与不进行频率跟踪时的控制误差示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

（实施例1）

本实施例的基于频率跟踪的断路器选相控制方法，因分闸控制过程和合闸控制过程类似，故仅以合闸控制过程为例进行阐述，假设目标控制相位为系统基准电压峰值点。

见图1和图2，本实施例的基于频率跟踪的断路器选相控制方法，包括以下步骤：

①实时采集系统基准电压并计算其频率，当接收到控制系统合闸指令后，启动选相算法并跟踪当前系统基准电压频率。图1中，假定T0时刻接收到控制系统合闸指令。

②根据当前跟踪的系统基准电压频率，通过下式计算选相控制等待时间并进行选相指令的下发：

；

其中：

为保证为正值的最小整数；

是当接收到控制系统合闸指令时，跟踪的系统基准电压频率；

是根据目标合闸相位折算的到电压过零点的时间，单位为度；

是断路器机构标称的固有合闸时间，由断路器厂商提供；

是选相控制系统合闸回路总延时，根据实际测量值确定，图1中省略未画出；

是标称的预击穿时间，由断路器厂商提供，可根据测定出的断路器绝缘强度下降率曲线（RDDS）计算得到。

仍见图1，目标机械合闸点T4为断路器动、静触头合闸完成时刻，T3是由于断路器断开间电压大于介质绝缘强度而产生预击穿的时刻，即电气关合时刻，则T4与T3差值为预击穿时间。启动选相控制算法后，根据上述预击穿时间及断路器固有的合闸时间计算出的选相合闸等待时间，应该在以T1为基准滞后的时刻，即T2时刻发出选相合闸命令，以合闸于系统电压峰值，即90°电角度处。

本实施例的基于频率跟踪的断路器选相控制方法，和现有技术中的选相控制方法不同之处在于，当选相设备接收到控制系统合闸指令时，自动跟踪选相基准电压的频率实时值，并考虑此实时值偏离额定频率值所造成的基准电压相位变化，从而计算出以系统基准电压过零点为起始时刻的选相控制等待时间。

选相控制相位的精度直接和系统基准电压息息相关。正常情况下系统基准电压的频率为额定值，在计算选相等待时间时认为频率不发生变化。

如图2所示，当系统基准电压频率偏离额定值时，在T0时刻收到合闸命令，在系统基准电压偏离前在T1时刻发出选相命令，频率偏离后在T1'处发出选相命令。假设预期关合时间不变，若不进行频率跟踪补偿，则最终将仍合闸于T3时刻，较偏离后的系统基准电压峰值处的目标相位，产生了较大的目标控制偏差△t，不能满足控制精度要求。故此时选相等待时间应根据频率偏离度和目标相位的偏移进行修正，在T2’时刻发出选相合闸命令，以保证最终合闸于T3’处，从而减小控制误差。

本实施例的基于频率跟踪的断路器选相控制方法，其通过实时采集和计算系统基准电压的频率，当接收到控制系统分合闸指令后，启动选相算法并跟踪当前系统频率值，根据当前跟踪的频率值，计算选相控制等待时间，并在适当的相位发出断路器的选相分合闸指令，完成定相位投切，从而抑制电压畸变和过电压冲击，减少断路器操作对系统暂态的影响，提高电力系统电能质量和可靠性。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。