基于MOV电流的异步自励磁保护实现方法与流程

基于mov电流的异步自励磁保护实现方法
技术领域
1.本发明可运用在同步发电机配置有阻塞滤波器抑制次同步谐振的应用场景，属于同步发电机异步自励磁保护和mov保护的技术领域，特别是一种基于mov电流的异步自励磁保护实现方法。


背景技术：

2.目前，串联电容补偿是提高远距离输电线路输电能力的经济有效措施，但是，输电线路上增加串联电容补偿后容易引起附近发电机组轴系的次同步谐振，造成发电机组大轴的损坏。为了消除上述次同步谐振，美国ge公司在1974年提出了一种在发电机升压变压器高压绕组中性点侧安装阻塞滤波器的方法[united states patent 3813593]来预防和抑制上述次同步谐振。
[0003]
阻塞滤波器是由多个l-c并联谐振回路串联组成，每个l-c并联谐振回路为一阶，为限制电网故障时各阶电容器上的过电压，需在每阶谐振回路上加装金属氧化物可变电阻器(mov)，系统故障或机组发生异步自励磁时，mov利用其强非线性特点将电容器过电压限制在设定的保护水平之内，自身吸收能量，温度升高。
[0004]
以有效抑制机网复合共振和暂态扭矩放大为主要目的而设计的阻塞滤波器，投入运行过程中可能引起异步自励磁问题。因此，目前安装有阻塞滤波器的机组均配备了异步自励磁保护，其原理是检测发电机机端电流，通过机端电流的定时限、反时限或模态滤波分量发散来判断异步自励磁的发生。当机组发生异步自励磁或阻塞滤波器中流入特征频率附近的频率电流时，mov中将流过异步频率的电流并不断的吸收能量。目前已投运的阻塞滤波器均配备有mov过流保护，其原理是检测mov支路电流，当电容器两端未出现过电压而与其并联的mov发生过电流时，表明mov击穿失效，需要旁路维修。mov过流保护仅能起到mov失效保护的作用，无法实现对mov设备本身的保护。
[0005]
在实际的阻塞滤波器工程中，若机组发生异步自励磁时，基于机端电流的异步自励磁保护未能及时动作，则有可能导致阻塞滤波器对应阶的mov吸收过多能量而损坏。
[0006]
另外，当今大规模开发利用风电已成为中国能源战略的重要组成部分。我国现有大量风电和串补运行，未来还将会有更多的串补和风电机组投入运行。串补和hvdc技术能够有效提高线路输送容量，是实现大规模风电外送的两种有效方式，但可能会产生次同步问题，导致系统中存在持续的或恒定或发散的次同步频率电流。若该次同步电流正好接近于发电机的异步自励磁频率或阻塞滤波器某阶对应频率，也可能导致阻塞滤波器对应阶的mov吸收过多的能量而损坏。
[0007]
阻塞滤波器中各阶mov被设计为能够躲过系统中因各种短路故障而引起的mov能量累积，但设计时无法考虑躲过机组发生异步自励磁或系统中存在持续的接近异步自励磁频率或阻塞滤波器某阶对应频率的强制电流造成的mov能量累积。
[0008]
本发明专利——基于mov电流的异步自励磁保护，其原理是实时检测mov支路电流，并实时计算mov吸收能量，通过合理设定能量阀值来判断异步自励磁的发生或保护mov
设备安全，及时旁路相应相阻塞滤波器，可有效抑制机组异步自励磁问题，同时保障mov设备的安全。另外，在系统中存在持续的接近异步自励磁频率或阻塞滤波器某阶对应频率的强制电流时，该保护也能通过mov吸收能量超过阀值而起到报警的作用。


技术实现要素：

[0009]
本发明所要解决的技术问题在于提供一种通过对mov支路电流的检测和监视实现对发电机异步自励磁和特定频率电流流经阻塞滤波器时对发电机和mov的保护方法。
[0010]
本发明采用如下具体方案：
[0011]
一种基于mov电流的异步自励磁保护实现方法，通过实时检测流经mov支路的电流，并实时计算mov持续一段时间吸收的能量；以及同时判断“条件
①
：mov持续吸收的能量是否大于保护定值？”和“条件
②
：规定的检测周期时间t内mov支路电流是否小于电流阀值？”，若条件
①
和条件
②
均不满足，则继续进行mov能量累积计算；若仅满足条件
②
，则mov能量累积值清零，重新进行新一轮的mov能量累积计算；若满足条件
①
，则保护动作，旁路mov所在相阻塞滤波器。
[0012]
优选的，实时计算mov持续一段时间吸收的能量，所用公式为：
[0013][0014]
式中，e
mov
是mov在t0～t1时间段内吸收的能量；i(t)是t(t0《t《t1)时刻流过mov的电流瞬时值；u(i)是根据mov伏安特性确定的与i(t)对应的mov电压瞬时值；其中，mov伏安特性是根据厂家提供的mov伏安特性曲线采用查表法或插值法得到。
[0015]
优选的，mov能量的积累，由机组发生异步自励磁或系统中存在持续的接近异步自励磁频率或阻塞滤波器某阶对应频率的强制电流导致。
[0016]
优选的，保护定值根据mov设备规范书中mov的通流能力，并考虑一定安全裕度后确定。
[0017]
优选的，对于检测周期时间t的确定，其中一种方法是计算工频周波及阻塞滤波器各阶l-c并联谐振回路对应频率周波的最小公倍数，采用两者最小公倍数或两者最小公倍数的整数倍作为检测周期时间t的取值。
[0018]
优选的，对于电流阀值的确定，其中一种方法是基于mov伏安特性曲线进行电磁暂态仿真建模，根据机组发生异步自励磁时mov支路电流和mov吸收能量等相关仿真结果确定合适的电流阀值。
[0019]
本发明的有益效果是：
[0020]
通过本发明的保护，基于对mov吸收能量的实时计算，能够在同步发电机发生异步自励磁时及时动作，保障机组安全的同时防止mov因吸收过多能量而损坏；同时当系统中存在持续的接近异步自励磁频率或阻塞滤波器某阶对应频率的强制电流时，该保护能够及时动作，起到报警的作用。
附图说明
[0021]
为了更清楚的说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的
附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]
图1为本发明实施例基于mov电流的异步自励磁保护实现方法的流程图。
[0023]
图2为本发明实施例基于mov伏安特性采用插值法的拟合曲线图。
[0024]
图3从上到下为本发明实施例提供的机组发生异步自励磁时mov支路电流、mov吸收能量和机端电流的异步自励磁模态滤波分量的波形示意图。
[0025]
图4为图3中虚线附近的局部放大图。
[0026]
图5为图4中虚线附近的局部放大图。
[0027]
图6为本发明实施例提供的含大规模新能源装机的系统中存在持续的阻塞滤波器某阶对应频率的强制电流时mov支路电流、mov吸收能量和机端电流的波形示意图。
[0028]
图7为本发明实施例提供的含大规模新能源装机的系统中存在持续的接近异步自励磁频率的强制电流时mov支路电流、mov吸收能量和机端电流的波形示意图。
具体实施方式
[0029]
如图1所示，本发明实施例提供的一种基于mov电流的异步自励磁保护实现方法流程示意图，具体为：
[0030]
一种基于mov电流的异步自励磁保护实现方法：在保护启动后，mov能量累计值清零，在保护的整个运行过程中，通过ct实时检测流经mov支路的电流，并根据mov伏安特性采用查表法或插值法确定mov支路瞬时电流对应的瞬时电压，进一步实时计算mov持续一段时间吸收的能量；以及同时判断“条件
①
：mov持续吸收的能量是否大于保护定值？”和“条件
②
：规定的检测周期时间t内mov支路电流是否小于电流阀值？”，若条件
①
和条件
②
均不满足，则继续进行mov能量累积计算；若仅满足条件
②
，则mov能量累积值清零，重新进行新一轮的mov能量累积计算；若满足条件
①
，则保护动作，旁路mov所在相阻塞滤波器。
[0031]
其中，如图2所示，为基于厂家提供的mov伏安特性曲线，采用合适的模型进行曲线拟合，利用插值法确定mov在各个时刻电流值对应的电压值。瞬时电压值可通过测量的瞬时电流值代入图中公式获得。其中，实时计算mov持续一段时间吸收的能量，所用公式为：
[0032][0033]
式中，e
mov
是mov在t0～t1时间段内吸收的能量；i(t)是t(t0《t《t1)时刻流过mov的电流瞬时值；u(i)是根据mov伏安特性确定的与i(t)对应的mov电压瞬时值；其中，mov伏安特性是根据厂家提供的mov伏安特性曲线采用查表法或插值法得到。
[0034]
其中，mov能量的积累，由机组发生异步自励磁或系统中存在持续的接近异步自励磁频率或阻塞滤波器某阶对应频率的强制电流导致。
[0035]
以及，保护定值根据mov设备规范书中mov的通流能力，并考虑一定安全裕度后确定。
[0036]
以及，电流阀值的确定，其中一种方法是基于mov伏安特性曲线进行电磁暂态仿真建模，根据机组发生异步自励磁时mov支路电流和mov吸收能量等相关仿真结果确定合适的
电流阀值。
[0037]
以及，对于检测周期时间t的确定，其中一种方法是计算工频周波及阻塞滤波器各阶l-c并联谐振回路对应频率周波的最小公倍数，采用两者最小公倍数或两者最小公倍数的整数倍作为检测周期时间t的取值。如图3-图5所示，根据发生异步自励磁时mov支路电流波形可知，mov支路电流检测周期时间t取工频周波及阻塞滤波器l-c并联谐振回路对应频率周波的最小公倍数是合理的，同时确定mov能量累积是否清零的电流阀值可根据仿真结果中mov的能量累积和电流波形确定合适的定值。由图5可见，该工况下，发电机机端电流的异步自励磁模态分量发散很快，6.123s左右mov能量就已达到21mj，已超过该阶mov的通流能量，而从图4中看出，6.54s左右发电机机端电流才因mov限流而达到饱和，有可能在mov能量积累超过其通流能力时，基于机端电流的异步自励磁保护还未动作，造成mov设备因吸收过多能量而击穿损坏，此种情况下，配置基于mov电流的异步自励磁保护显得尤为必要。
[0038]
另，给出以下两个具体实施例：
[0039]
如图6所示，含大规模新能源的系统中存在持续的阻塞滤波器某阶对应频率的强制电流分量时，对应阶的mov能量在不断累积，当累积能量超过其通流能力时，将造成mov设备的损坏，此种情况下，配置基于mov电流的异步自励磁保护显得尤为必要。
[0040]
如图7所示，含大规模新能源的系统中存在持续的接近异步自励磁频率(29.1hz)的强制电流分量(29.3hz)时，对应阶的mov能量在不断累积，当累积能量超过其通流能力时，将造成mov设备的损坏，此种情况下，配置基于mov电流的异步自励磁保护显得尤为必要。其中，图6、图7的电流单位同图3，横坐标单位均为秒。
[0041]
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。