本发明具体涉及一种统一潮流控制串联变压器的过电压保护，尤其涉及一种基于差流五次谐波判别串联变压器过电压方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术：
现代电力系统发展迅速，网架结构日益复杂。潮流不均、电压支撑不足、短路电流过大等问题相互交织，给电网运行控制带来新的挑战。同时，依靠建设新输电线路来增加输送容量将会越来越困难，潮流分布不均已成为制约电网输送能力的重要因素。统一潮流控制器(upfc)作为功能最为全面的新一代柔性交流输电设备，能够对交流输电系统多个电气量实现独立、快速、准确的控制和动态补偿，既能够实现潮流的精确控制，提高线路输送功率极限；又能通过快速无功吞吐动态支撑相关变电站的电压，提高系统电压稳定性；同时还可提高系统阻尼，改善系统动态特性。
合理装设统一潮流控制器对中国电网的发展具有重要的意义，串联变压器是upfc系统中非常重要的组成部分。但目前相关研究多集中在控制策略、输出性能及系统应用方式上，对保护的研究也主要集中在整体方案、保护区域划分以及换流器设备保护，缺少对串联变压器本体保护的研究。
串联变压器特性和运行方式决定了其保护同现有成熟的并联变压器很不一样，串联变压器保护需要单独设计。串联变压器由于自身额定电压较低，但串联在高压线路中，系统故障或控制系统异常的情况下容易出现端电压升高的情况。因此，装置需设置绕组过电压保护。实际上绕组电压无法直接测量，可通过测量绕组两端电压，两者之差就是绕组电压。但是需要在绕组两端装设pt，且两个pt测量电压向量做差会存在pt断线误判过电压的问题，目前尚无好的解决方案。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于差流五次谐波判别串联变压器过电压方法，无需在绕组两端安装pt，直接通过计算差流五次谐波来判别过电压，节省了变电站一次材料且方法简单有效，同时解决了pt断线误判过电压的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于差流五次谐波判别串联变压器过电压方法，其特征是，包括以下步骤：
s1，计算高压绕组和低压绕组的额定电流；
s2，根据高压绕组和低压绕组的额定电流，计算高压绕组和低压绕组的平衡系数；
s3，根据高压绕组和低压绕组的电流以及高压绕组和低压绕组的平衡系数，计算三相差流；
s4，根据三相差流，计算差流五次谐波含量；
s5，根据差流五次谐波含量判断串联变压器是否发生过电压。
进一步的，s1中，计算高压绕组和低压绕组的额定电流包括：
高压绕组额定电流计算公式为：
低压绕组额定电流计算公式为：
式中：ie.h为高压绕组额定电流，ie.l为低压绕组额定电流，s为串联变压器额定容量，uh为高压绕组额定电压，na.h为高压绕组ct变比，ul为低压绕组额定电压，na.l为低压绕组ct变比。
进一步的，s2中，根据高压绕组和低压绕组的额定电流计算高压绕组和低压绕组的平衡系数包括：
高压绕组平衡系数kh为：
低压绕组平衡系数kl为：
进一步的，s3中，根据高压绕组和低压绕组的电流以及高压绕组和低压绕组的平衡系数计算三相差流的过程为：
记流经高压绕组电流为
由于高压绕组和低压绕组一个为y型接线，一个为δ型接线，两者线电流的相位不同，高压绕组超前低压绕组30°，计算差动差流时，需对二次电流相位调整；
对于高压绕组电流调整公式如下：
其中，
对于低压绕组电流调整公式如下：
其中，
三相差流计算公式如下：
其中，
进一步的，s4中，计算差流五次谐波含量包括：
首先计算abc三相差流的基波电流的实部a1ωi以及虚部b1ωi，计算公式为：
式中，t为基波分量的周期，t为时间，ω为基波采样频率，idi为差动电流。
然后计算abc三相差流的五次谐波电流的实部a5ωi以及虚部b5ωi，计算公式为：
最后两者幅值相除，得到差流五次谐波含量idi5ω：
进一步的，根据差流五次谐波含量判断串联变压器是否发生过电压过程为：若差流五次谐波含量ida5ω,idb5ω,idc5ω，三相中有任意一项值大于35％，则判定为串联变压器发生过电压。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提出了使用差流五次谐波含量来判别串联变压器过电压的新判据，克服了已有电压向量做差法pt断线时误判的不足。本发明方法能够方便快捷识别串联变压器过电压，为串联变压器保护工程实践的优化提供了有益的理论补充。
附图说明
图1是串联变压器的结构图；
图2是串联变压器的接线示意图；
图3是变压器过励磁时谐波电流的示意图；
图4是串联变压器的测点配置示意图；
图5是判断串联变压器是否发生过电压的判据示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
大型机组继电保护理论基础一书以及最近相关文献对变压器的励磁电流的谐波特性进行了试验研究与分析。试验采用的变压器参数为(60mva，78kv，晶粒电器用硅钢片)，实测出变压器过励磁时谐波电流的特点，如图3所示。从图3中可以看出，励磁电流五次谐波的电流的变化显著，过电压在115％-120％时，五次谐波电流达到最大值，为基波电流的55％，当过电压更大时，i5/i1(五次谐波含量)又明显减少，当过电压为140％时，i5/i1约为35％，当电压低于105％或高于140％时，i5/i1>35％。因此可以通过计算励磁电流中五次谐波的含量判别过电压，当五次谐波大于35％，则认为串联变压器处于过电压状态，并发出相应告警信号。需要指出的是，当电压大于140％时，此时串联变压器处于严重过励磁状态，一、二次电流差增大，差动保护将动作，此时差动保护作为过电压保护的后备，故此处不考虑电压大于140％的情况。
串联变压器结构示意图如图1所示，具体的接线示意图如图2所示，从图中可知，高压侧绕组采用开口y型式，每相的首尾端子串联接入线路；低压侧绕组为yn型式，连接换流器，中性点经电阻接地；平衡绕组采用三角形型式，平衡绕组不带负载，绕组首尾端子均引出，其中一相端子直接接地.其余两相端子经避雷器接地。
由以上结构介绍可知，串联变压器本质上仍然是变压器，励磁电流的谐波特性与并联变压器一致，因此可利用励磁电流五次谐波特性来判别过电压。
本发明的一种基于差流五次谐波判别串联变压器过电压方法，包括以下过程：
步骤1：计算高压绕组和低压绕组的额定电流。
高压绕组额定电流计算公式为：
低压绕组额定电流计算公式为：
式中：ie.h为高压绕组额定电流，ie.l为低压绕组额定电流，s为串联变压器额定容量，uh为高压绕组额定电压，na.h为高压绕组ct变比，ul为低压绕组额定电压，na.l为低压绕组ct变比。
步骤2：计算高压绕组和低压绕组的平衡系数。
变压器纵差保护的构成原理也是基于基尔霍夫第一定律，即
式中：
串联变压器高、低压绕组平衡系数，和各绕组的电压等级及ct变比都有关，关系如下：
高压绕组平衡系数kh为：
低压绕组平衡系数kl为：
步骤3：计算三相差流。
串联变压器具体测点配置如图4所示，描述测点配置是为了明确方案从串联变压器的什么位置测量高压绕组以及低压绕组电流。图中，ta1为网侧ta(ta即ct，电流互感器)，用于采集流经高压绕组电流，ta2为换流器阀侧ta，用于采集流经低压绕组电流，图中显示为虚线的tv1以及tv2原本串联变压器两端电压互感器(tv即pt，电压互感器)，两者向量做差可用于过电压保护，在本方案中可不进行配置。
记流经高压绕组电流为
由于高压绕组和低压绕组一个为y型接线，一个为δ型接线，两者线电流的相位不同，高压绕组超前低压绕组30°，计算差动差流时，需对二次电流相位调整。本发明中采用由高压绕组向低压绕组进行相位调整。
对于高压绕组电流调整公式如下：
通过高压绕组两相电流两两相减再除以根号3的形式可以实现高压绕组二次三相电流向滞后方向移动30°，此时高压绕组与低压绕组电流相位完全一致，故完成了相位调整，再乘以前文提到的平衡系数kh，即可完成折算。
其中，
对于低压绕组电流，不需要进行相位调整，只需要乘以平衡系数kl即可完成折算，低压绕组电流调整公式如下：
其中，
三相差流计算公式如下：
其中，
即三相差流
步骤4：计算差流五次谐波含量。
首先计算abc三相差流的基波电流的实部a1ωi以及虚部b1ωi，计算公式为：
式中，t为基波分量的周期，t为时间，ω为基波采样频率，idi为差动电流。
然后计算abc三相差流的五次谐波电流的实部a5ωi以及虚部b5ωi，计算公式为：
最后两者幅值相除，得到差流五次谐波含量idi5ω：
在实际应用中，可采用离散傅氏计算每周波差流基波幅值以及五次谐波幅值：
式中，n为每周波采样点数，本发明实施例中设定为48。
步骤5：根据差流五次谐波含量判断串联变压器是否发生过电压。
参见图5所示，根据差流五次谐波含量判断串联变压器是否发生过电压的判据为：若差流五次谐波含量ida5ω,idb5ω,idc5ω，三者中有任意一个值大于35％，则判定为串联变压器发生过电压，并发出相应告警。
本发明提出了使用差流五次谐波含量来判别串联变压器过电压的新判据，克服了已有电压向量做差法pt断线时将误判的不足。本发明方法能够方便快捷识别串联变压器过电压，为串联变压器保护工程实践的优化提供了有益的理论补充。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。