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电力电子扰动技术研究

[摘要]我国的中压配电网大多使用中性点非有效接地的运行方式,最近几年来配电网规模不断扩大,使得电网馈线数量显著增加,线路对地电容电流也随之增大,一旦有单相接地故障电弧产生便很难自熄,并且产生的过电压也比较高,可能会对健全相带来危害,引起两相短路。对于这种情况,可以使用自动调谐消弧线圈来补偿故障电流,为配电网正常运行提供保障。以电力电子扰动技术系统为研究对象,试分析对地电容检测方法。

[关键词]电力电子扰动技术;对地电容;检测方法

我国具有覆盖面积极大、数量极多的配网,因为其承担着推动国民经济发展的重要责任,因此要特别重视自身的安全性与可靠性,尤其是对中性点的处理,更是会对配电网可靠供电产生直接的影响。而中性点接地有小电流接地与大电流接地2种运行方式,其中小电流接地又有一种消弧线圈接地方式,消弧线圈对于谐振接地系统来说可以补偿对地电容电流,限制电弧电压,避免电弧重燃,同时其还可以用于测试对地电容,针对中性点位移电压的变化来确定谐振点。

1提出与分析方法

基本原理、实施方案:本文所提及的消弧线圈主要是指预调式消弧线圈,在电网工作正常的时候,消弧线圈将阻尼电阻并联或串联在一起,通过对中性点位移进行限制来避免过电压过高,而在故障状态下,电力电子开关会迅速从阻尼电阻中推出。针对电力电子开关预调式消弧线圈,可以使用心得方法检测对地电容。见图1,可以对电力电子开关工作状态进行控制,实现阻尼电阻的短时退出,这时产生的电流与电压具有丰富的频率成分,利用这些扰动电压与扰动电流信号,再结合以电力电子套懂技术为基础的谐波阻抗测量法,便可以测出用于进行消弧线圈自调谐的对地电容。提取扰动电压与扰动电流信号:控制电力电子开关的工作状态,等效地短时退出阻尼电阻,将会产生可以被控制的扰动电压与电流信号,扰动电压信号(在串联阻尼下)、扰动电流信号(在并联阻尼下)是背景叠加的信号,可以使用相邻周波相减法进行提取。谐波抗阻测量:从故障分析理论可知,若电力电子开关状态发生瞬时改变,便相当于有源系统有上一个陶冬电流、电压信号短时叠加,利用这些信号可以获得多个频率下有源系统的等效阻抗。计算对地电容:同样是基于故障分析理论,可知系统故障状态相当于等效的系统稳定状态与额外故障状态,稳定状态指的是电力电子开关的原有工作状态,控制开关所产生的扰动电流与电压则相当于系统额外故障状态。为了减少误差的出现,本研究仅取扰动电压和扰动电流中具有8倍以下频率的谐波分量,可计算出系统的谐波阻抗。确定扰动持续时间:只有扰动电压和扰动电流信号完整才能确保谐波阻抗测量结果准确,若要计算谐波阻抗,扰动电压与扰动电流波形应具有两部分组成,其一为电力电子开关的工作状态改变时间段、电力电子开关的工作状态恢复后扰动电压与扰动电流波形的衰减时间,前者可以直接通过测量得到,后者则需要通过计算才能获得。优化检测结果:电力电子开关两端产生的信号所具有的频率成分非常丰富,每一个成分均能相应地计算出对地电容,而其中部分频率成分下有较低的电压与电流,会给对地电容测量结果带来误差,因此每一个频次的计算结果都要优化,以便使对地电容值尽可能低精确。

2确定关键参数

系统零序回路具有非常类似线性的特点,并且向回路中施加的激励与响应彼此之间也有着线性关系,换言之,扰动电流响应中的所有频率成分都会在线性关系的影响下因扰动电压激励频率成分的变化而发生变化。虽然理论上对地电容测量结果不会受到电力电子开关的触发角与中性点位移电压变化的影响而出现误差,但是现实中还是应该进一步肯定触发角与中性点位移电压这两项关键性参数。首先,就电力电子开关的触发角而言,若是触发角过大,便会导致扰动电压、扰动电流信号变弱,难以被检测到;若是触发角过小,所使用的元器件便要具有更大的容量,过大的扰动还会使系统电能质量恶化,影响消弧线圈的运行。对于这种情况,可以先以较大的触发角导通,若扰动过于微弱再调节触发角,逐渐增大扰动,直至被检测到。一般而言,触发角达到175°扰动便可以被准确测得。其次,就中心点位移电压而言,应该确定中心点的最小位移电压,而这一指标取决于电力电子开关的维持电流,换言之,若是位移电压足够大,便可以使流经电力电子开关的电流高于自身维持电流。电力电子开关额定电压可以从系统允许的最大中性点位移电压计算得出,一般情况下,在系统正常运行的前提下,谐振接地系统的中心点位移电压最大值=系统额定相电压*15%。

3结语

电力电子扰动技术所产生的扰动电压信号与扰动电流信号可以用于测定系统谐波抗阻,再结合电力电子开关的触发角、中心点位移电压等关键参数,可以实现对对地电容的准确检测。上述对此进行了简单介绍,以供参考。

【参考文献】

[1]朱珂,殷鹏,刘颖英,等.利用电力电子扰动技术的系统对地电容检测方法[J].电力系统自动化,2016,40(23):150-156.

[2]殷鹏.基于电力电子扰动技术的谐波阻抗测量在对地电容检测中的应用研究[D].济南:山东大学,2016.

[3]岳小龙,卓放,张政华,等.电力电子系统阻抗测量的分段二叉树法[J].电工技术学报,2015,30(24):76-83.

作者:李帮家 单位:杭州得诚电力科技股份有限公司

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