專利名稱：一種用于防止濾波器中的高壓電容器被擊穿的保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及直流輸電中濾波器的一種用于防止濾波 器中的高壓電容器被擊穿的保護(hù)方法。本發(fā)明主要適用于直流輸電中高電壓 等級(jí)的濾波器、并聯(lián)電容器等設(shè)備。
背景技術(shù)：
直流輸電是國(guó)內(nèi)最近幾年迅速發(fā)展起來的電力傳輸方式，核心原理就是 通過換流器把交流電整流為直流電進(jìn)行輸送，再通過換流器把直流電逆變?yōu)?交流電送入交流電網(wǎng)。由于換流器工作的非線性特點(diǎn)，在運(yùn)行的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生
較大的諧波成分，影響交流電網(wǎng)的電能質(zhì)量；此外，整流器會(huì)從交流電網(wǎng)中 吸收容性無(wú)功。因此，各種類型的濾波器設(shè)備(含并聯(lián)電容器)被廣泛地應(yīng) 用于換流變電站中，用于吸收諧波和提供容性無(wú)功；
高壓電容器是濾波器設(shè)備的核心部件，造價(jià)較高，運(yùn)行中承受了濾波器 的大部分系統(tǒng)電壓；其運(yùn)行狀況直接決定了濾波器的幅頻特性?，F(xiàn)在的高壓 電容器都是通過多個(gè)電容器元件串、并后構(gòu)成，系統(tǒng)電壓均勻地分散到每個(gè) 電容器元件上。
電容器元件的損壞，基本上是由于所承受的電壓峰值超過本身所允許的 范圍后，發(fā)生擊穿(或熔斷)而損壞；同時(shí)，損壞后的電容器元件會(huì)把自身 承受的電壓分散到其它電容元件上，使其它元件承受更高的電壓，更容易被 擊穿，最后形成雪崩效應(yīng)。
為防止電容器的損壞，最為有效的方法是直接測(cè)量高壓電容器上所承受
4的電壓峰值，如果超出允許范圍則及時(shí)報(bào)警或跳閘；由于高壓電容器是整個(gè) 濾波器的一個(gè)組成部分，其構(gòu)成形式?jīng)Q定了無(wú)法直接測(cè)量其承受的電壓量。
為防止高壓電容器的損壞，目前的保護(hù)方案均為過電流保護(hù)方案，即測(cè) 量流過高壓電容器的各次諧波電流之和的有效值，當(dāng)電流值達(dá)到一定的整定 值后，發(fā)出告警或跳閘信號(hào)，如下面公式所示；
這種過電流方案存在的主要問題是，該方案沒有直接針對(duì)電容器損壞的 主要原因一承受電壓過高造成擊穿進(jìn)行保護(hù)，并且流過電容器的各次諧波電 流之和與電容器承受電壓之間有較大的差異，該方案不能從根本上解決高壓 電容器被擊穿損壞的問題。
另外，為消除換流器工作中產(chǎn)生的特征次諧波(常規(guī)12脈動(dòng)換流單元的 特征次諧波為12K士1， K為正整數(shù))，濾波器的諧振頻率點(diǎn)一般都與換流器的 特征次諧波相吻合；這樣，正常流過濾波器的電流中，特征次諧波電流占了 很大的比例。目前的保護(hù)裝置由于硬件成本的限制， 一般設(shè)計(jì)的采樣頻率較 低(24點(diǎn)/周波或48點(diǎn)/周波)，要精確計(jì)算高次諧波量值是非常困難的。
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種用于防止濾波器中的高壓電容器被 擊穿的保護(hù)方法，以在不提高采樣頻率和增加CPU處理負(fù)擔(dān)的基礎(chǔ)上，精確 地計(jì)算出高壓電容器所承受的電壓峰值，防止電容器被高電壓擊穿而損壞。
本發(fā)明的技術(shù)方案在于提供一種用于防止濾波器中的高壓電容器被擊穿 的保護(hù)方法，通過測(cè)量流過高壓電容器的各次諧波電流之和，準(zhǔn)確計(jì)算出高
發(fā)明內(nèi)容壓電容器上承受的電壓的峰值，當(dāng)電壓超出允許范圍后，可以發(fā)出告警或跳 閘信號(hào)。 ' 具體步驟如下
(1)把流過高壓電容器的各次諧波電流之和變換成內(nèi)部可以處理的弱電薩
，，艮卩7扁2=77^， *$，4胃*^呆^方案*目同；
(2)把弱電信號(hào)在裝置內(nèi)部的單位電容器C,上進(jìn)行積分變換，取得積分電壓 '值R,，艮P:
"° =務(wù)J^"m2& = M^ e J"(71 si諸"/2 sin+…+ /5。 sin50" W
50
t cosA:6)f
本步驟是取得高壓電容器上電壓的關(guān)鍵步驟；如果采用常規(guī)的傅氏算法 進(jìn)行實(shí)時(shí)積分運(yùn)算，就需要對(duì)50次以下各次諧波進(jìn)行分別處理，要求 保護(hù)裝置具有極高的采樣頻率(200點(diǎn)/周波以上)和強(qiáng)大的運(yùn)算能力， 這將大大提高保護(hù)裝置的硬件成本。
(3) 取得電容器上周期性積分電壓的峰值。由于電壓峰值是造成電容擊穿的 主要因素，并且各次諧波均為周期性變化，需要對(duì)周期性產(chǎn)生的電壓峰 值進(jìn)行測(cè)量。為防止較低的采樣頻率帶來的測(cè)量誤差，需要采用峰值測(cè) 量回路進(jìn)行周期性的鎖定、展寬并釋放，艮P:
本步驟是取得高壓電容器上周期性電壓峰值的關(guān)鍵步驟；如果不進(jìn)行此 步驟的處理，為減小測(cè)量誤差，也必須提高保護(hù)裝置的采樣頻率。
(4) 為防止非周期性的干擾信號(hào)對(duì)周期性電壓峰值的影響，需要對(duì)取得的電'壓數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，消除干擾信號(hào)帶來的測(cè)量誤差； (5)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行折算，計(jì)算出高壓電容器上的周期性峰值電壓，與電容 器的電壓允許值進(jìn)行比較；如果大于允許值，則發(fā)出報(bào)警或跳閘信號(hào)。 折算公式為-
綜上所述，新的保護(hù)方案可以通過測(cè)量流過高壓電容器的各次諧波電流 量，精確計(jì)算出被保護(hù)對(duì)象所承受的峰值電壓；當(dāng)電壓超出允許范圍后，可 以發(fā)出告警或跳閘信號(hào)。對(duì)原來的保護(hù)方案相比，新的保護(hù)方案判斷的對(duì)象 更直接、更明確，計(jì)算精度也更高；其次，新的保護(hù)方案的實(shí)現(xiàn)也不會(huì)對(duì)原 有的保護(hù)平臺(tái)提出更高的要求，實(shí)現(xiàn)門檻較低，便于推廣使用。


圖l為濾波器的構(gòu)成示意圖2為本發(fā)明的信號(hào)處理流程示意周3以流入單位幅值的12次和24次諧波電流的合成電流示意圖； 圖4輸入電流與積分電壓的關(guān)系示意圖； 圖5積分電壓與峰值電壓的關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖1 圖5，對(duì)本發(fā)明的原理及工作步驟予以詳細(xì)說明和論證。
1、信號(hào)處理過程的介紹
圖1為濾波器的構(gòu)成示意圖(左為雙調(diào)諧濾波器，右為三調(diào)諧濾波器)， 高壓鬼容器C,位于濾波器的頂部，承受了大部分的系統(tǒng)電壓；通常與電感A形 成諧振，成為濾波器的一個(gè)諧振頻率點(diǎn)；圖2為本發(fā)明的整個(gè)信號(hào)處理過程:流過高壓電容器的各次諧波電流和經(jīng)過電流變換器7;變換后成為/^流入保護(hù)
裝置；經(jīng)過保護(hù)裝置的TA變換后形成弱電流信號(hào)/^;積分電路將弱電流信 號(hào)積分成為電壓值R,后送入峰值檢測(cè)單元；峰值檢測(cè)單元負(fù)責(zé)周期性地檢測(cè)
積分電壓的最大值^并送入CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及保護(hù)動(dòng)作判斷。 2、以雙調(diào)諧濾波器為例進(jìn)行方案的計(jì)算對(duì)比說明
目前經(jīng)常使用的濾波器有單調(diào)諧、雙調(diào)諧和三調(diào)諧濾波器(諧振點(diǎn)分別 有1個(gè)、兩個(gè)和三個(gè))；以最常用的12/24雙調(diào)諧濾波器為例(諧振頻率點(diǎn)為 12倍和24倍基頻)，假如流過高壓電容器的電流為單位幅值的12次諧波電流 和24次諧波電流，如圖3所示，即/，2:sinl2^ + sin24加；按照以前的過電
流保護(hù)方案進(jìn)行計(jì)算，總電流的有效值為
"》"
按照新的保護(hù)方案進(jìn)行積分運(yùn)算，在不考慮電流變換器變比的情況下，得 到的積分電壓K為
C/a =丄]7畫.2<^ =丄J"(sin 12fi; f + sin 24w 一
—cosl2wf cos24加 —12《. 24必C,.
積分電壓^,與輸入電流/_2的關(guān)系參照?qǐng)D4;
為了在采樣頻率較低的情況下能準(zhǔn)確捕捉積分電壓t/。的峰值，需要對(duì)仏, 進(jìn)行峰值檢測(cè)。整個(gè)過程包括三個(gè)階段數(shù)據(jù)跟蹤段、數(shù)據(jù)保持段和數(shù)據(jù)釋
放段，相當(dāng)于把數(shù)據(jù)的最大值進(jìn)行展寬；如圖5所示。
從以上計(jì)算的結(jié)果可以看到，不同的方法得出的結(jié)果相差很大從電流有效值的計(jì)算結(jié)果來看，和電流的有效值相當(dāng)于單位基波電流有效值的^倍； 從積分電壓的計(jì)算結(jié)果來看，12次、24次諧波電流的積分電壓結(jié)果只相當(dāng)于 單位基波電流的積分電壓的){2和>^;從以上分析可以看到，原來的過流保 護(hù)方案并沒有考慮不同頻率的電流對(duì)電容器的影響，也沒有考慮電流中各次 諧波所占的比例，僅單純考慮電流有效值的大小，對(duì)于電容器損壞的根本原 因一承受過高電壓造成擊穿，原保護(hù)方案沒有過多的考慮；
新的保護(hù)方案對(duì)電流的有效值大小、積分電壓有效值、各次諧波所占比 例等方面等均不考慮，只針對(duì)電容器上的周期性峰值電壓進(jìn)行計(jì)算，抓住了 電容器損壞的本質(zhì)特征，保護(hù)判據(jù)更加明確、直接，也具有更好的效果。
權(quán)利要求
1、一種用于防止濾波器中的高壓電容器被擊穿的保護(hù)方法，其特征在于，通過測(cè)量流過高壓電容器的各次諧波電流之和，準(zhǔn)確計(jì)算出高壓電容器上承受的電壓的峰值，當(dāng)電壓超出允許范圍后，可以發(fā)出告警或跳閘信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高壓電容器上承受的電壓的峰值的獲取包括如下步驟'(1) 測(cè)量流過高壓電容器G的各次諧波電流之和(50倍頻以下)；<formula>formula see original document page 2</formula>(2) 對(duì)各次諧波電流之和的測(cè)量值進(jìn)行積分，求出積分電容q上的電壓值；<formula>formula see original document page 2</formula>(3)對(duì)積分電容C,上的周期性電壓峰值進(jìn)行檢測(cè)、鎖定和釋放；.(4)對(duì)取得電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，防止非周期的干擾信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)的 影響；(5)通過電流互感器的變比關(guān)系、高壓電容器G和積分電容器q容量的對(duì)比關(guān)系，精確計(jì)算出高壓電容器c;所承受的電壓的峰值；式中CA、 [^分別為高壓電容器的容量及其電壓值； C,、 K,分別為積分電容的容量及其電壓值； "p為峰值檢測(cè)回路鎖存的單位時(shí)間內(nèi)積分電壓的最大值； M,、 M2為一次電流互感器和保護(hù)裝置電流互感器的變比。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于防止濾波器中的高壓電容器被擊穿的保護(hù)方法，在無(wú)法直接獲得高壓電容器承受電壓的情況下，通過可以測(cè)量到的各次諧波電流之和，精確計(jì)算出高壓電容器上的周期性峰值電壓；在承受電壓峰值超過允許范圍的情況下，及時(shí)發(fā)出告警或跳閘信息，防止高壓電容器被擊穿損壞。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是可以在原有的保護(hù)裝置平臺(tái)上增加獨(dú)立的回路實(shí)現(xiàn)，不需要大幅度提高保護(hù)裝置的采樣頻率和CPU計(jì)算負(fù)擔(dān)，避免了過高的硬件成本。與原有的過流保護(hù)方案相比，新方案抓住了高壓電容器損壞的根本原因，保護(hù)判據(jù)更明確、更直接，具有更高的精度，保護(hù)效果也更好，具有極高的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)H02J1/02GK101483341SQ20081004902
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者宋宏濤, 張振華, 張紅躍, 胡曉靜, 斌 趙, 趙艷茹 申請(qǐng)人:許繼集團(tuán)有限公司;許繼電氣股份有限公司