串聯(lián)補償裝置及串聯(lián)補償裝置的安全保護方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種串聯(lián)補償裝置和串聯(lián)補償裝置的安全保護方法，該裝置包括：補償電容、氧化鋅組件、放電限流電路、渦流快速開關、電流互感器和處理器。該方法包括以下步驟：采集電網中的電流數(shù)據(jù)；根據(jù)電流數(shù)據(jù)判斷電網中是否存在短路，如果是，則由處理器控制渦流快速開關閉合。本發(fā)明設計了串聯(lián)補償裝置，并提出靜態(tài)電流均衡函數(shù)及電流安全預警函數(shù)，確保串聯(lián)補償裝置的運行安全，保障電網的正常運行。
【專利說明】
串聯(lián)補償裝置及串聯(lián)補償裝置的安全保護方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及計算機控制技術領域，特別涉及一種用于補償電網電壓的串聯(lián)補償裝 置及串聯(lián)補償裝置的安全保護方法。
【背景技術】
[0002] 電力網損耗是指電能從發(fā)電廠傳輸?shù)娇蛻舻倪^程中，在輸電、變電、配電盒營銷等 各環(huán)節(jié)的電能損耗和損失。損率是綜合反映電力網規(guī)劃設計、生產運行和經營管理水平的 主要經濟技術指標。電力網的線損電量主要包括可變損耗、固定損耗和管理損耗?？勺儞p耗 指的是消耗在電力線路和電力變壓器電阻上的電量，該部分損耗與傳輸功率(或電流)的平 方成正比。固定損耗指的是產生在電力線路和變壓器的等值并聯(lián)電導上的損耗，對配電網 而言主要包括電力變壓器的鐵損，電力電纜和電容器的絕緣介質損耗，絕緣子的泄漏損耗 等。固定損耗和可變損耗可以通過理論計算得出，故常將其稱為理論線損。管理損耗指的是 線損電量扣除理論線損后的部分。電網損耗每年浪費電能巨大，且影響了供電質量，導致用 電器損壞。
[0003] 現(xiàn)有技術中也提出了一些電網補償方案，主要采用并聯(lián)電容的方式進行補償，其 成本高，響應速度慢，容易燒壞補償電容器。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術中的缺陷，提出了如下技術方案。
[0005] -種串聯(lián)補償裝置，包括:補償電容、氧化鋅組件、放電限流電路、渦流快速開關、 電流互感器和處理器，其中，
[0006] 所述補償電容串聯(lián)在電網的供電線路中，用于補償電網的壓降；
[0007] 所述氧化鋅組件與補償電容并聯(lián)，用于限制補償電容兩端的電壓；
[0008] 所述放電限流電路與渦流快速開關串聯(lián)形成串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路與所述補償 電容并聯(lián)，用于限制補償電容的放電電流；
[0009] 所述處理器分別與所述電流互感器和所述渦流快速開關相連；
[0010] 所述電流互感器用于采集供電線路中的電流，并將采集到的電流數(shù)據(jù)發(fā)送至所述 處理器；
[0011] 所述處理器根據(jù)所述電流數(shù)據(jù)控制所述渦流快速開關的開閉。
[0012] 優(yōu)選的，所述串聯(lián)補償裝置還包括:第一開關、第二開關和熱備開關，
[0013] 所述第一開關和所述第二開關串聯(lián)；
[0014] 所述補償電容串聯(lián)在所述第一開關和所述第二開關之間；
[0015] 所述氧化鋅組件與所述補償電容并聯(lián)形成并聯(lián)電路，所述并聯(lián)電路位于所述第一 開關和所述第二開關之間；
[0016] 所述放電限流電路與渦流快速開關位于所述第一開關和所述第二開關之間；
[0017] 所述熱備開關與所述第一開關和所述第二開關并聯(lián)。
[0018] -種上述串聯(lián)補償裝置的安全保護方法，包括以下步驟：
[0019] S1:采集電網中的電流數(shù)據(jù)；
[0020] S2:根據(jù)電流數(shù)據(jù)判斷電網中是否存在短路；
[0021] S3:根據(jù)S2中的判斷結果啟動響應操作。
[0022]優(yōu)選的，所述S1步驟具體為：
[0023]使用電流互感器每隔0.1ms設置一個采樣點，采集10個電流數(shù)據(jù)，將采集的電流數(shù) 據(jù)存儲在一個數(shù)組current [ 10]中。
[0024]優(yōu)選的，所述S2步驟具體為：
[0025]對數(shù)組current [ 10 ]中的電流數(shù)據(jù)進行處理，獲得每一采樣點電流的變化率，存儲 在數(shù)組diff_current[10]中，其中：
[0026]
[0027] 式中i表示數(shù)組的標號，
[0028] 構建靜態(tài)電流均衡函數(shù)：
[0029]
[0030] I為通過的電流大小，10為電網正常工作時通過串聯(lián)補償裝置的最大電流，通過電 網運行的日志數(shù)據(jù)獲得；
[0031 ] 獲得數(shù)組diff_current[10]中的最大值diff_current[ j]，表示此時刻的電流變 化率最大，K j < 10，并從數(shù)組current [ 10]中獲得此時的電流值current [ j ]，構建電流安 全預警函數(shù)：
[0032 ] G (j )= a*F (current [ j ]) +β*(1 i f f_current [ j ]，α、β分別為權重值，G0為短路閾值， 可通過仿真計算或電網日志數(shù)據(jù)分析獲得，
[0033]當所述電流安全預警函數(shù)值G(j)>G 0時，判定電網出現(xiàn)短路。
[0034]優(yōu)選的，所述S3步驟具體為：
[0035] 根據(jù)所述S2步驟判斷的結果，當電網出現(xiàn)短路時，由所述處理器控制所述渦流快 速開關閉合，進而保護串聯(lián)補償裝置。
[0036] 本發(fā)明的有益效果為:設計了串聯(lián)補償裝置，并提出靜態(tài)電流均衡函數(shù)及電流安 全預警函數(shù)，確保串聯(lián)補償裝置的運行安全，保障電網的正常運行。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明的串聯(lián)補償裝置的原理結構圖。
[0038] 圖2是本發(fā)明的一種串聯(lián)補償裝置的安全保護方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面結合附圖對本發(fā)明串聯(lián)補償裝置及其安全保護方法進行具體說明。
[0040] 如圖1所示，一種用于補償電網電壓壓降的串聯(lián)補償裝置，包括:第一開關1、第二 開關2、補償電容3、氧化鋅組件4、放電限流電路5、渦流快速開關6、熱備開關7、電流互感器8 和處理器9。
[0041] 第一開關1和第二開關2串聯(lián)，補償電容3串聯(lián)在第一開關1和第二開關2之間，補償 電容3用于補償線路壓降。氧化鋅組件4與補償電容3并聯(lián)，并聯(lián)后的電路再串聯(lián)在第一開關 1和第二開關2之間，氧化鋅組件4用于保護補償電容，限制補償電容兩端的電壓。放電限流 電路5與渦流快速開關6串聯(lián)后與補償電容3并聯(lián)，并聯(lián)后的電路再串聯(lián)在第一開關1和第二 開關2之間。熱備開關7與第一開關1和第二開關2所在的供電線路并聯(lián)，正常運行時熱備開 關處于開閘狀態(tài)。電流互感器8優(yōu)選設置在第二開關2的前端，當然也可以設置在供電線路 的其他位置，只要使其便于采集供電線路中的電流即可。處理器9與電流互感器8串聯(lián)設置， 處理器9與渦流快速開關6相連，處理器9接收電流互感器8采集的電流數(shù)據(jù)，根據(jù)對電流數(shù) 據(jù)的處理結果控制渦流快速開關6的開閉。
[0042]電流互感器8的工作原理是電磁感應原理。電流互感器8是由閉合的鐵芯和繞組組 成。它的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測量電流的線路中，因此它經常有線路的全部電流流 過。二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器8在工作時，它的二次 回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器8的工作狀 態(tài)接近短路。由于電磁式電流互感器存在的易飽和、非線性及頻帶窄等問題，電子式電流互 感器8逐漸興起。電子式電流互感器一般具有抗磁飽和、低功耗、寬頻帶等優(yōu)點，屬于數(shù)字式 傳感器，二次儀表不會引入誤差，傳感器誤差就是系統(tǒng)誤差。因此，電流互感器8優(yōu)選為電子 式電流互感器，可以簡化電路設計，不用進行模數(shù)轉換，降低誤差。
[0043] 本發(fā)明采用動態(tài)均能技術開發(fā)的氧化鋅組件4用以有效限制補償電容3兩端的電 壓，對補償電容3運行的安全性提供了保障。本發(fā)明采用處理器9快速確定串聯(lián)補償裝置的 安全狀態(tài)和基于快速渦流驅動技術開發(fā)的渦流快速開關6,來控制補償電容3的投退，以最 大限度地縮短過電流的持續(xù)時間，大大減小了氧化鋅組件4所需要的能容量。氧化鋅組件4 可以采用動態(tài)均能配片技術，由多路氧化鋅閥片串并聯(lián)組成，不僅大大降低了殘壓比(最高 殘壓UC與1mA參考電壓UlmA之比），而且在相同能容量指標下體積明顯縮小。
[0044] 放電限流電路5采用電阻和電感構成，防止放電電流過大，損壞渦流快速開關6觸 點。渦流快速開關6的合閘時間可以做到10ms左右甚至更快。
[0045] 圖2示出了本發(fā)明串聯(lián)補償裝置的安全保護方法，包括以下步驟：
[0046] S1:采集電網中的電流數(shù)據(jù):使用電流互感器8每隔0.1ms設置一個采樣點，采集10 個電流數(shù)據(jù)，將采集的電流數(shù)據(jù)存儲在一個數(shù)組current[ 10]中；
[0047] S2:根據(jù)電流數(shù)據(jù)判斷電網中是否存在短路，如果是，由處理器9控制渦流快速開 關6閉合，具體步驟可為：
[0048]對數(shù)組current [ 10 ]中的電流數(shù)據(jù)進行處理，獲得每一采樣點電流的變化率，存儲 在數(shù)組diff_current[10]中，其中：
[0049]
[0050] 式中i表示數(shù)組的標號，
[00511構建靜態(tài)電流均衡函數(shù)：
[0052]
[0053] I為通過的電流大小，10為電網正常工作時通過串聯(lián)補償裝置的最大電流，可以通 過電網運行的日志數(shù)據(jù)獲得，通過該靜態(tài)電流均衡函數(shù)，使得計算速度大大提高；
[0054] 獲得數(shù)組diff_current[10]中的最大值diff_current[ j]，表示此時刻的電流變 化率最大，K j < 10，并從數(shù)組current [ 10]中獲得此時的電流值current [ j ]，構建電流安 全預警函數(shù)：
[0055] G( j )= a*F( current [ j ]) +P*dif f_current [ j ]，α、β 分別為權重值，當函數(shù)值G (j) > GO表示電網存在危險，由處理器9控制渦流快速開關6閉合，保護串聯(lián)補償裝置，其中，GO為 短路閾值，可通過仿真計算或電網日志數(shù)據(jù)分析獲得，aj的值根據(jù)電網參數(shù)確定，如35KV 電網，a-般為2，β-般為3.5，G0-般為8。
[0056] 該安全保護根據(jù)電流的大小及電流的變化率準確的識別出危險，且速度快，基本 上在2ms內可以識別出危險，然后控制渦流快速開關6合閘，確保了串聯(lián)補償裝置的安全。
[0057] 最后所應說明的是：以上實施例僅以說明而非限制本發(fā)明的技術方案，盡管參照 上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發(fā) 明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應 涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述串聯(lián)補償裝置包括:補償電容、氧化鋅組件、放 電限流電路、渦流快速開關、電流互感器和處理器;其中， 所述補償電容串聯(lián)在電網的供電線路中，用于補償電網的壓降； 所述氧化鋅組件與補償電容并聯(lián)，用于限制補償電容兩端的電壓； 所述放電限流電路與渦流快速開關串聯(lián)形成串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路與所述補償電容 并聯(lián)，用于限制補償電容的放電電流； 所述處理器分別與所述電流互感器和所述渦流快速開關相連； 所述電流互感器用于采集供電線路中的電流，并將采集到的電流數(shù)據(jù)發(fā)送至所述處理 器； 所述處理器根據(jù)所述電流數(shù)據(jù)控制所述渦流快速開關的開閉。2. 如權利要求1所述的串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述串聯(lián)補償裝置還包括:第一開 關、第二開關和熱備開關， 所述第一開關和所述第二開關串聯(lián)； 所述補償電容串聯(lián)在所述第一開關和所述第二開關之間； 所述氧化鋅組件與所述補償電容并聯(lián)形成并聯(lián)電路，所述并聯(lián)電路位于所述第一開關 和所述第二開關之間； 所述放電限流電路與渦流快速開關位于所述第一開關和所述第二開關之間； 所述熱備開關與所述第一開關和所述第二開關并聯(lián)。3. -種如權利要求1所述串聯(lián)補償裝置的安全保護方法，其特征在于，包括以下步驟： SI:采集電網中的電流數(shù)據(jù)； S2:根據(jù)電流數(shù)據(jù)判斷電網中是否存在短路； S3:根據(jù)S2中的判斷結果啟動響應操作。4. 根據(jù)權利要求2所述的安全保護方法，其特征在于，所述Sl步驟具體為： 使用電流互感器每隔0.1ms設置一個采樣點，采集10個電流數(shù)據(jù)，將采集的電流數(shù)據(jù)存 儲在一個數(shù)組current [ 10]中。5. 根據(jù)權利要求3所述的安全保護方法，其特征在于，所述S2步驟具體為： 對數(shù)組current[10]中的電流數(shù)據(jù)進行處理，獲得每一采樣點電流的變化率，存儲在數(shù) 組diff_current[10]中，其中：式中i表示數(shù)組的標號，K i < 10; 構建靜態(tài)電流均ΓnI為通過的電流大小，IO為電網正常工作時通過串聯(lián)補償裝置的最大電流，通過電網運 行的日志數(shù)據(jù)獲得； 獲得數(shù)組diff_current[10]中的最大值diff_current[ j]，表示此時刻的電流變化率 最大，K j< 10，并從數(shù)組current [ 10]中獲得此時的電流值current[ j]，構建電流安全預 警函數(shù)： G(j) = a*F(current [ j ]) +0*dif f_current [ j ]，α、β分別為權重值，GO為短路閾值，可通 過仿真計算或電網日志數(shù)據(jù)分析獲得， 當所述電流安全預警函數(shù)值G(j)>G 0時，判定電網出現(xiàn)短路。6.根據(jù)權利要求4所述的安全保護方法，其特征在于:所述S3步驟具體為： 根據(jù)所述S2步驟判斷的結果，當電網出現(xiàn)短路時，由所述處理器控制所述渦流快速開 關閉合，進而保護串聯(lián)補償裝置。
【文檔編號】H02J3/18GK105896564SQ201610390995
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】何榮富, 王虎, 李曉軍
【申請人】國網冀北節(jié)能服務有限公司, 國家電網公司