快速可连续调节消弧线圈谐振接地系统的研究

摘要

本论文详细分析了消弧线圈接地系统的现状，指出目前中性点经消弧线圈接地系统存在的主要问题，说明快速可连续调节消弧线圈能够更好地满足配电系统运行需要的原因。但是目前存在的快速可连续调节消弧线圈的谐波问题限制了消弧线圈的应用范围，因此开发快速、可连续调节同时产生较小谐波的消弧线圈为扩大消弧线圈系统的应用具有重要的意义。 消弧线圈接地系统故障谐振状态的在线监测是一直没有解决的问题。目前存在的自动调谐技术一般都是根据系统正常运行时的对地电容值作为消弧线圈的调谐依据，但是这种方式存在明显的缺陷，如果系统在接地故障期间运行方式变化，目前的自动调谐技术无法使系统重新进入谐振状态。如何有效地判断系统接地故障后运行方式的变化以及如何有效地测量与之对应的对地电容是目前没有解决的问题。 故障选线问题是消弧线圈系统的老大难问题，经过多年的研究，金属性接地故障或经小电阻接地故障的故障选线问题有了较好的解决方案，但是经大电阻接地故障的选线问题是目前没有解决的问题。 有效、准确地判断系统的接地故障是消弧线圈系统有效工作的前提条件，目前所采用的接地故障判据过于简单，容易出现错判，引起系统过电压，危及系统的安全运行。 本论文针对上述问题作了相关研究，并取得如下成果： 提出采用逆变方式控制变压器式消弧线圈副边绕组电流的幅值和相位实现消弧线圈电感的快速、连续调节。本论文从理论上分析这种消弧线圈存在的可能性以及变压器作为消弧线圈工作的条件，分析了消弧线圈副边绕组电流的控制策略和电流型PWM控制的实现方法。针对变压器式消弧线圈的特点，建立了能够表征涡流效应的铁心模型、建立了能够表征集肤效应的线圈模型，在此基础上建立了能够表征高频特性的消弧线圈模型。通过理论分析和仿真实验证明，这种新型的变压器式消弧线圈具有较宽的调节范围，较快的调节速度，电感量可连续调节，同时产生较小的谐波。消弧线圈产生的谐波与其调节范围无关。 通过分析单相接地故障的特点，分析故障线路负序电流分量和接地点故障电流的关系，提出一种新型的单相接地故障谐振判据。配电系统在接地状态下如果故障线路的负序电流分量为最小时，配电系统就处于谐振状态。该判据无须测量系统的对地电容，它不受系统运行方式变化的影响，与传统方式相比，可以减小消弧线圈的调节次数。如果系统在接地故障期间运行方式发生改变，本论文提出的判据可以有效地判断系统运行方式的变化并为系统重新进入谐振状态提供依据。通过仿真研究和动模实验证明本论文提出故障状态谐振判据的正确性。 由于新型消弧线圈具有快速、可连续调节的特性，本论文充分利用消弧线圈的快速调节特性，根据消弧线圈调节前、后系统的状态构造线路的k参数，根据线路k参数的大小来判断故障线路。从仿真结果中可以看到，即使系统经大电阻接地，本论文提出的故障选线判据也能够辨识出故障线路。本故障选线判据的另一个特点是以系统的稳态量为基础，利用消弧线圈的调节特性，因此能够准确地测量故障选线中需要的电气量，同时可以反复多次调节，多次计算以提高故障选线的准确性。对电网实录选线波形的分析结果也证明了本论文提出的故障选线判据的正确性。 本论文分析了系统在非接地状态下的运行特点，利用消弧线圈的调节特性，计算线路间k参数值的商，根据线路间k参数值商的状态和系统中性点电压值来综合判断系统是否处于接地状态，仿真结果证明了本论文提出判据的正确性。这个判据为调节消弧线圈使系统发生谐振或退出谐振提供了依据。