一种用于电子式电压互感器的共振过电压防护方法及系统

本发明属于电子式电压互感器过电压保护，更具体地，涉及一种用于电子式电压互感器的共振过电压防护方法及系统。

背景技术：

1、气体绝缘开关设备将高压导体、隔离开关、互感器等一、二次设备紧密结合，这种一体化结构缩短了气体绝缘开关设备内元件之间的距离，有利于变电站的小型化，但也使互感器面临更恶劣的电磁环境。

2、电子式电压互感器将高压导体作为其电容分压器的一部分，这种连接方式导致电子式电压互感器上的电磁干扰非常强烈。即使采用现有的防护方法（如降低骚扰电压幅值、设计滤波器、提高设备屏蔽效能等），电子式电压互感器依然故障频发。

3、现有的保护方法研究多集中在对骚扰源幅值的抑制上，而对抑制后是否仍能产生或放大过电压的研究较少。对于骚扰源来说，它具有很宽的频谱（直流到数百兆赫兹）和一个具有高幅值的高频主成分。对电子式电压互感器来说，它是一个具有固有频率的电物理系统。当骚扰源的频率与电子式电压互感器的固有频率一致时，电子式电压互感器会发生共振，该频段的骚扰源分量会增强形成过电压并对器件造成影响。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种用于电子式电压互感器的共振过电压防护方法及系统，其目的在于解决由于电子式电压互感器的自然频率与骚扰源的高频主成分频率重叠时产生共振过电压造成电子式电压互感器故障的技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种用于电子式电压互感器的共振过电压防护方法，包括以下步骤：

3、将电压互感器的传递函数在目标频带内的极大值点对应的频率作为自然频率 f n，所述传递函数表征电压互感器低压臂的输出增益与频率之间的关系；

4、采集电压互感器处一次电压波形，再通过时频变换获取目标频带内各个频率成分的幅值以构建幅值数据集，并将目标频带内幅值最大时对应的频率作为高频主成分频率 f h；

5、对于所述幅值数据集，若在共振风险频带内超出幅值阈值 u c的数据点数，与共振风险频带内的全部数据点数的占比超过比例阈值，则根据 k w及传递函数，计算满足 k( f n)< k w及 k( f h)< k w所需的高压臂电阻值，并调节接入电压互感器高压臂中的可调电阻器，使高压臂呈现所需的电阻值；否则，不进行抑制措施；

6、其中，所述共振风险频带频率内的所有频率点对应的电压互感器低压臂输出增益与一次电压分量的乘积均小于电压互感器低压臂耐受电压限值 u w， k w为低压臂耐受电压限值 u w与共振风险频带频率内一次电压分量的比值的最大值。

7、进一步地，在计算所需的高压臂电阻值之后，调节接入电压互感器高压臂中的可调电阻器之前，所述方法还包括：

8、判断所需的高压臂电阻值对工频分压比的变化影响，若在允许范围内，则调节接入电压互感器高压臂中的可调电阻器；否则，不调节接入电压互感器高压臂中的可调电阻器，并根据传递函数，计算 f n '< f risk_a所需的高压臂电感值，并调节接入电压互感器高压臂中的可调电感器，使高压臂呈现所需的电感值；

9、其中， f n '为进行抑制措施后的自然频率， f risk_a为共振风险频带的频率下限。

10、进一步地，所述在允许范围内，具体为：

11、变化影响不大于预设阈值；

12、其中， k '(50)和 k(50)分别为开展抑制措施后和未开展抑制措施时工频下电压互感器低压臂的输出增益。

13、进一步地，所述共振风险频带的范围确定如下：

14、根据所述幅值数据集，获取自然频率 f n和高频主成分频率 f h对应的幅值分量 u nmax和 u hmax；

15、将 u nmax、 u hmax与 u w相除，取较小值为输出增益阈值 k w；

16、求解方程，以最小解为共振风险频带的频率下限 f risk_a，以最大解与 f h中较大者为共振风险频带的频率上限 f risk_b，划定共振风险频带 f risk。

17、进一步地，所述幅值数据集包括当前幅值数据集和历史幅值数据集；

18、所述对于所述幅值数据集，若在共振风险频带内超出幅值阈值 u c的数据点数，与共振风险频带内的全部数据点数的占比超过比例阈值，包括：

19、对于所述当前幅值数据集和历史幅值数据集，若存在其中之一满足：在共振风险频带内超出幅值阈值 u c的数据点数，与共振风险频带内的全部数据点数的占比超过比例阈值。

20、进一步地，所述幅值阈值 u c为， u w为工频分量电压幅值， a为大于等于1的常数。

21、第二方面，本发明提供了另一种用于电子式电压互感器的共振过电压防护方法，包括以下步骤：

22、将电压互感器的传递函数在目标频带内的极大值点对应的频率作为自然频率 f n，所述传递函数表征电压互感器低压臂的输出增益与频率之间的关系；

23、采集电压互感器处一次电压波形，再通过时频变换获取目标频带内各个频率成分的幅值以构建幅值数据集；

24、对于所述幅值数据集，若在共振风险频带内超出幅值阈值 u c的数据点数，与共振风险频带内的全部数据点数的占比超过比例阈值，则根据传递函数，计算 f n '< f risk_a所需的高压臂电感值，并调节接入电压互感器高压臂中的可调电感器，使高压臂呈现所需的电感值；否则，不进行抑制措施；

25、其中， f n '为进行抑制措施后的自然频率， f risk_a为共振风险频带的频率下限，所述共振风险频带频率内的所有频率点对应的电压互感器低压臂输出增益与一次电压分量的乘积均小于电压互感器低压臂耐受电压限值 u w。

26、进一步地，所述共振风险频带的范围确定如下：

27、所述共振风险频带的范围确定如下：

28、根据所述幅值数据集，获取自然频率 f n和高频主成分频率 f h对应的幅值分量 u nmax和 u hmax；

29、将 u nmax、 u hmax与 u w相除，取较小值为输出增益阈值 k w；

30、求解方程，以最小解为共振风险频带的频率下限 f risk_a，以最大解与 f h中较大者为共振风险频带的频率上限 f risk_b，划定共振风险频带 f risk。

31、进一步地，所述幅值数据集包括当前幅值数据集和历史幅值数据集；

32、所述对于所述幅值数据集，若在共振风险频带内超出幅值阈值 u c的数据点数，与共振风险频带内的全部数据点数的占比超过比例阈值，包括：

33、对于所述当前幅值数据集和历史幅值数据集，若存在其中之一满足：在共振风险频带内超出幅值阈值 u c的数据点数，与共振风险频带内的全部数据点数的占比超过比例阈值。

34、第三方面，本发明提供了一种用于电子式电压互感器的共振过电压防护系统，包括：

35、处理器；以及

36、存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

37、其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行第一方面或第二方面所述的用于电子式电压互感器的共振过电压防护方法。

38、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

39、针对骚扰源的频率与电子式电压互感器的固有频率一致时，电子式电压互感器会发生共振，该频段的骚扰源分量形成过电压并对器件造成影响这一问题，本发明提出了一种用于电子式电压互感器的共振过电压防护方法及系统。在电子式电压互感器的高压臂回路中接入可调电阻器或可调电感器，利用数值模拟，将电子式电压互感器模型等效为电路模型，通过电路理论分析得到各组成成分对电子式电压互感器的传递特性的影响规律，根据影响规律改变电子式电压互感器的传递特性，使其在收到信号的高频主成分频率处的输出增益降低，或使其自然频率与收到信号的高频主成分频率错开，从而减小电子式电压互感器上由于共振产生的过电压的幅值。