專利名稱：電網電容電流在線自動跟蹤監測裝置及其調諧方法
技術領域：
本發明涉及電網電容電流監測技術，尤其涉及一種電網電容電流在線自動跟蹤監測裝置及其調諧方法。
背景技術：
目前國內使用的自動跟蹤消弧線圈補償系統，其電容電流檢測方式有2種
1、在線調節消弧線圈補償電流，由消弧線圈、電網電容和串聯電阻組成的串聯諧振回路上，監測到零序電壓相位與零序電流相位相等時，則此時的消弧線圈補償電流等于電網電容電流。此法調節精度較高，但消弧線圈處在長期工作狀態。2、在線注入異頻電流監測法，通過開三角注入低頻電流進入電網，根據異頻電流和電壓解算出電網電容電流。由于注入信號對電網有影響，因而限制了注入異頻電流的量值，實時測量精度較差。
發明內容
本發明的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種電網電容電流在線自動跟蹤監測裝置及其調諧方法。本發明的目的是這樣實現的 基本思路
控制器調節電力半導體交流開關組件，間斷開通對稱雙繞組高阻抗變壓器，測量電網零序電壓、電流向量，計算出電網電容電流，產生輸出控制邏輯；同時監測電網參數變化，判斷電網運行狀況以及故障發生時的故障類型；當電網發生接地故障時，立即按控制邏輯調節電力半導體交流開關組件，輸出與電網電容電流相匹配的補償電感電流；當電網電容發生變化時，跟蹤測量電網電容電流。①采用獨立的Z型接地變壓器
現有的中性點接地系統基本采用Z型接地變壓器，此類型接地變壓器運行穩定可靠； 采用獨立的Z型接地變壓器，便于對已有系統更新改造，降低改造費用。②高阻抗變壓器設計采用對稱雙繞組結構
對稱雙繞高阻抗變壓器非常適合與電力半導體交流開關組件搭配成高電氣性能的可控導納。③采用分頻濾波器
在裝置運行過程中，開關電力半導體交流開關組件，有時會激發電磁系統產生3、5分頻振蕩，影響系統測量精度；加入分頻濾波器即可抑制分頻振蕩，提高測量精度和穩定。④采用倍頻濾波器
根據電力半導體交流開關組件的開關特性，確定倍頻濾波器的濾波特性；通常采用可控硅的電力半導體交流開關組件，需要設計3、5次諧波濾波器；采用功率晶體管的電力半導體交流開關組件，需要按PWM開關頻率設計高頻濾波器。
⑤電力半導體交流開關組件設計為兩半波向地下拉
能更好的與對稱雙繞高阻抗變壓器搭配成高伏安線性度的可控導納，同時便于可控導納(高電壓、大電流、寬頻輻射的)與控制器的電磁隔離安全設計。⑥控制器設計
控制器設計為額定標準100V，5A的測控微處理系統，使得采用該技術的消弧裝置全系列產品可互換控制器，使產品升級軟件化，換代簡單容易。具體地說，本裝置包括Z型接地變壓器、對稱雙繞組高阻抗變壓器、分頻濾波器、 倍頻濾波器、電力半導體交流開關組件和控制器；
其連接關系是
和電網母線電源連接的Z型接地變壓器的信號回路送出A、B、C三相交流電壓以及開三角的零序電壓、零序電流信號作為測量信號給控制器； 站用AC220V電源和控制器連接，提供工作電源；
Z型接地變壓器的輸出主回路直接連接對稱雙繞組高阻抗變壓器的輸入回路； 對稱雙繞組高阻抗變壓器的輸出回路分別與分頻濾波器3、倍頻濾波器和電力半導體交流開關組件的輸出端并聯；
電力半導體交流開關組件的控制極與控制器的驅動控制極相連； 控制器的信號采集輸入端連接Z型接地變壓器的信號輸出端，同時接受人機界面和遠程遙控干預控制。工作原理
控制器的信號采集輸入端Z型接地變壓器的輸出端信號，測量出電網電容電流以及電網運行狀況，同時根據人機界面和遠程遙控干預和控制；在電網正常運行情況下，本裝置自動跟蹤測量電網電容電流；在電網單相接地故障情況下，本裝置立即檢測出故障，并控制可控導納輸出相應的感性電流，補償電網電容電流，使故障接地點殘流得到預期補償；如電網發生瞬時故障，故障點電弧將自滅，電網自然恢復正常；若電網發生系永久性故障，則保證故障點殘流不會引起電弧造成故障面擴大；在電網發生系永久性故障時，能長時間接地運行并報警，以利人為排除故障線路，使電網恢復正常運行。本發明具有下列優點和積極效果
①裝置結構簡潔可靠，有繼承性，能降低對現有系統的改造費用；
②電網電容電流的測量簡單、可靠、精度高；
③雙繞組高阻抗變壓器設計，提高系統控制精度及運行可靠性；
④控制器設計標準化，全系列可通用，升級換代軟件化。⑤本發明適用于電網電容電流在線自動跟蹤監測及其調諧。
圖1是本裝置的結構方框圖； 圖2是本裝置的實施例工作原理圖； 圖3是控制器的工作流程圖。圖中
I-Z型接地變壓器；2—對稱雙繞組高阻抗變壓器；
3—分頻濾波器； 4一倍頻濾波器；
5—電力半導體交流開關組件；
6—控制器；
7—電網母線電源；
8—站用AC220V電源。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細說明 一、裝置
1、總體
如圖1，本裝置包括Z型接地變壓器1、對稱雙繞組高阻抗變壓器2、分頻濾波器3、倍頻濾波器4、電力半導體交流開關組件5、控制器6、電網母線電源7和站用AC220V電源8 ； 其連接關系是
和電網母線電源1連接的Z型接地變壓器1的信號回路送出A、B、C三相交流電壓以及開三角的零序電壓、零序電流信號作為測量信號給控制器6 ； 站用AC220V電源8和控制器6連接，提供工作電源；
Z型接地變壓器1的輸出主回路直接連接對稱雙繞組高阻抗變壓器2的輸入回路； 對稱雙繞組高阻抗變壓器2的輸出回路分別與分頻濾波器3、倍頻濾波器4和電力半導體交流開關組件5的輸出端并聯；
電力半導體交流開關組件5的控制極與控制器6的驅動控制極相連； 控制器6的信號采集輸入端連接Z型接地變壓器1的信號輸出端，同時接受人機界面和遠程遙控干預控制。2、功能塊如圖2，
①Z型接地變壓器1
采用獨立的Z型接地變壓器1 ；現有的中性點接地系統基本采用Z型接地變壓器1，此類型接地變壓器運行穩定可靠。采用獨立的Z型接地變壓器1，便于對已有系統更新改造，降低改造費用。選用10KV，315KVA。②對稱雙繞組高阻抗變壓器2
對稱雙繞組高阻抗變壓器2的設計采用對稱雙繞組結構；
對稱雙繞組高阻抗變壓器2非常適合與電力半導體交流開關組件5搭配成高電氣性能的可控導納。選用6060V/600V，52A/520A。③分頻濾波器3
在裝置運行過程中，開關電力半導體交流開關組件5，有時會激發電磁系統產生3、5分頻振蕩，影響系統測量精度；加入分頻濾波器3即可抑制分頻振蕩，提高測量精度和穩定。
選用3、5次濾波器，60 Ω/1000W電阻器。④倍頻濾波器4
根據電力半導體交流開關組件5的開關特性，確定倍頻濾波器4的濾波特性。采用可控硅的電力半導體交流開關組件，需要設計3、5次諧波濾波器4 ；采用功率晶體管的電力半導體交流開關組件，需要按PWM開關頻率設計高頻濾波器4。選用3、5次雙調諧濾波器。⑤電力半導體交流開關組件5
電力半導體交流開關組件5設計為兩半波向地下拉；
能更好地與對稱雙繞高阻抗變壓器2搭配成高伏安線性度的可控導納，同時便于可控導納(高電壓、大電流、寬頻輻射的)與控制器的電磁隔離安全設計。選用2000V/1000A可控硅組件。⑥控制器6
控制器6設計為額定標準100V，5A的測控微處理系統，使得采用該技術的消弧裝置全系列產品可互換控制器，使產品升級軟件化，換代簡單容易。選用主要部件D0P-B07S200 觸摸屏，TMS320F2812PGFA DSP 控制。⑦電網母線電源7 3 相 10KV。⑧站用AC220V電源8 站用AC220V電源。二、控制器的工作流程
如圖3，控制器的工作流程包括下列步驟 系統啟動00 ； 第一、系統控制傳導流程
第01、開通接地電路嗎01，是則進入下一步驟，否則繼續詢問；
第02、控制器6按預定開啟角輸出開啟信號G1、G2 02；
第03、電力半導體交流開關組件5按輸出信號開啟03;
第04、對稱雙繞組高阻抗變壓器2按控制產生感性電流同時產生諧波電流04 ；
第05、分頻濾波器3吸收低頻鐵磁諧波電流05 ；
第06、倍頻濾波器4吸收3、5次諧波電流06 ；
第07、Z型接地變壓器1耦合感性電流進入電網07;
第08、電網母線電源7向電網饋入感性電流08 ；
第二、系統工作邏輯流程
第1、控制器6采集分析外部數據11 ；
第2、故障發生嗎12，是則跳轉到第11步驟，否則進入下一步驟； 第3、系統發生變化嗎13，是則跳轉到第5步驟，否則進入下一步驟； 第4、定時測量到了嗎14，是進入下一步驟； 第5、寫測量開啟角到緩沖區并發布輸出開啟命令15 ； 第6、故障發生嗎16，是則跳轉到第11步驟，否則進入下一步驟； 第7、測量數據正常嗎17，是則跳轉到第9步驟，否則進入下一步驟；第8、修正測量開啟角到緩沖區18，再則跳轉到第6步驟； 第9、修正補償開啟角到數據區19; 第10、發布輸出關閉命令；
第11、接地故障發生嗎21，是則進入下一步驟，否則跳轉到第10步驟； 第12、寫補償開啟角到緩沖區并發布輸出開啟命令22 ； 第13、接地故障結束嗎23，是則轉到第10步驟，否則進入下一步驟； 第14、重新計算補償開啟角到數據區。
權利要求
1.一種電網電容電流在線自動跟蹤監測裝置，其特征在于本裝置包括Z型接地變壓器(1)、對稱雙繞組高阻抗變壓器(2)、分頻濾波器(3)、倍頻濾波器(4)、電力半導體交流開關組件(5)、控制器(6)、電網母線電源(7)和站用AC220V電源(8)；其連接關系是和電網母線電源(7)連接的Z型接地變壓器(1)的信號回路送出A、B、C三相交流電壓以及開三角的零序電壓、零序電流信號作為測量信號給控制器(6)； 站用AC220V電源(8 )和控制器(6 )連接，提供工作電源；Z型接地變壓器(1)的輸出主回路直接連接對稱雙繞組高阻抗變壓器(2)的輸入回路； 對稱雙繞組高阻抗變壓器(2)的輸出回路分別與分頻濾波器(3)、倍頻濾波器(4)和電力半導體交流開關組件(5)的輸出端并聯；電力半導體交流開關組件(5)的控制極與控制器(6)的驅動控制極相連； 控制器(6)的信號采集輸入端連接Z型接地變壓器(1)的信號輸出端，同時接受人機界面和遠程遙控干預控制；所述的控制器(6)設計為額定標準100V，5A的測控微處理系統；選用主要部件 D0P-B07S200 觸摸屏，TMS320擬812PGFA DSP 控制。
2.按權利要求1所述的一種電網電容電流在線自動跟蹤監測裝置的調諧方法，其特征在于控制器(6)的工作流程包括下列步驟系統啟動(00)； 第一、系統控制傳導流程第01、開通接地電路嗎(01)，否則繼續詢問，是則進入下一步驟；第02、控制器(6)按預定開啟角輸出開啟信號G1、G2 (02)；第03、電力半導體交流開關組件(5)按輸出信號開啟(03)；第04、對稱雙繞組高阻抗變壓器(2)按控制產生感性電流同時產生諧波電流(04)；第05、分頻濾波器(3)吸收低頻鐵磁諧波電流(05)；第06、倍頻濾波器(4)吸收3、5次諧波電流(06)；第07、Z型接地變壓器(1)耦合感性電流進入電網(07 )；第08、電網母線電源(7)向電網饋入感性電流(08)；第二、系統工作邏輯流程第1、控制器(6 )采集分析外部數據(11);第2、故障發生嗎(12)，是則跳轉到第11步驟，否則進入下一步驟；第3、系統發生變化嗎(13)，是則跳轉到第5步驟，否則進入下一步驟；第4、定時測量到了嗎(14)，是進入下一步驟；第5、寫測量開啟角到緩沖區并發布輸出開啟命令(15)；第6、故障發生嗎(16)，是則跳轉到第11步驟，否則進入下一步驟；第7、測量數據正常嗎(17)，是則跳轉到第9步驟，否則進入下一步驟；第8、修正測量開啟角到緩沖區(18)，再則跳轉到第6步驟；第9、修正補償開啟角到數據區(19)；第10、發布輸出關閉命令；第11、接地故障發生嗎(21)，是則進入下一步驟，否則跳轉到第10步驟； 第12、寫補償開啟角到緩沖區并發布輸出開啟命令(22)； 第13、接地故障結束嗎(23)，是則轉到第10步驟，否則進入下一步驟； 第14、重新計算補償開啟角到數據區。
全文摘要
本發明公開了一種電網電容電流在線自動跟蹤監測裝置及其調諧方法，涉及電網電容電流監測技術。本裝置的結構是Z型接地變壓器的信號回路送出A、B、C三相交流電壓以及開三角的零序電壓、序電流信號作為測量信號給控制器；Z型接地變壓器的輸出主回路直接連接對稱雙繞組高阻抗變壓器的輸入回路；對稱雙繞組高阻抗變壓器的輸出回路分別與分頻濾波器、倍頻濾波器和電力半導體交流開關組件的輸出端并聯；電力半導體交流開關組件的控制極與控制器的驅動控制極相連；控制器的信號采集輸入端連接Z型接地變壓器的信號輸出端。本裝置結構簡潔可靠，有繼承性，能降低對現有系統的改造費用，適用于電網電容電流在線自動跟蹤監測及其調諧。
文檔編號G01R19/00GK102170122SQ201110106008
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者李建生, 程志宏, 馬利軍 申請人:湖北中興電力試驗研究有限公司