UPFC并联变压器转换开关接触不良的零序电流闭锁保护方法

摘要

本发明公开了UPFC并联变压器转换开关接触不良的零序电流闭锁保护方法，包括如下步骤：步骤SS1将并联侧线路区以及变压器低压侧连接区作等值获得等效电路图，并设置电路参数；步骤SS2根据等效电路图以及电路参数计算母联零序电流；步骤SS3进行接触不良逻辑判别；步骤SS4接触不良动作结果将接触不良的转换开关重合，由1号变压器转换到2号变压器时，合2号变压器转换开关，检测到接触不良时进行重合，重合成功后断开1号变压器转换开关；重合不成，禁止切换。本发明针对UPFC并联变压器转换开关倒闸过程中，接触不良可能引发UPFC系统停运的问题，提出不良逻辑判别方法，用于检测转换开关接触情况，接触不良时重合，提高了UPFC接入区域供电的安全性和可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及UPFC并联变压器转换开关接触不良的零序电流闭锁保护方法，属于电 力系统运行和控制技术领域。

背景技术

电网局部通道潮流过载，新建输电走廊空间不足，成为制约城市电网发展的普遍 问题。统一潮流控制器(UPFC)具有灵活的电能调节能力，为解决这类问题提供了有效手段。 可以预见，其具有广阔应用前景。

并联侧电能传输是UPFC串联侧调节接入线路和相关区域潮流分布的基础，对于 UPFC运行具有至关重要的作用。我国首个UPFC工程——南京西环网UPFC工程中并联侧配置 两台变压器，一台运行，一台热备用，可进行变压器切换，如图1所示。

并联侧切换过程中两刀闸互联合环时，一侧刀闸合闸后某相接触不良，则该相电 流将分至另一侧刀闸承担，可能导致正常倒排操作拉开另一侧刀闸时，发生电弧放电乃至 故障现象。倒闸过程中，开关接触不良对于UPFC系统影响尤其明显，可能导致UPFC工程停 运，影响区域供电稳定性。

因此有必要提出用于UPFC并联变压器转换开关接触不良保护，在并联变压器切换 过程中，检测开关接触不良，并给出相应的判别逻辑和动作策略，将其区别于UPFC区内故 障，当检测到接触不良时重合一次，以避免因其造成的UPFC停运。

发明内容

本发明的目的是针对UPFC并联侧变压器倒闸过程中，开关合闸后接触不良可能导 致UPFC停运、影响区域供电稳定性等后果的问题，提出了UPFC并联变压器转换开关接触不 良的零序电流闭锁保护方法，建立了其判别逻辑以及动作策略，将其区别于UPFC区内故障， 并通过重合的方式消除开关接触不良。

本发明采用如下技术方案：UPFC并联变压器转换开关接触不良的零序电流闭锁保 护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1将并联侧线路区以及变压器低压侧连接区作等值获得等效电路图，并设 置电路参数；

步骤SS2根据等效电路图以及电路参数计算母联零序电流；

步骤SS3利用母联零序电流特性进行接触不良逻辑判别；

步骤SS4接触不良动作结果将接触不良的转换开关重合，由1号变压器转换到2号 变压器时，合2号变压器转换开关，检测到接触不良时进行重合，重合成功后断开1号变压器 转换开关；重合不成，禁止切换。

优选地，所述步骤SS1具体包括：设UPFC并联侧母线I、母线II所连等效电源和负荷 的电流分别为I1、I2，将变压器低压侧连接区向直流侧看去的负荷等效为设备3，设设备3的 负荷电流为I₃，设备3通过刀闸1K、刀闸2K进行母线切换，刀闸1K、刀闸2K所在支路上的变压 器与开关的等效阻抗之和分别为Z_T1、Z_T2，刀闸3K为母联刀闸开关，设刀闸3K所在支路的电 阻为R₆、流过的电流为I₆；设变压器低压侧连接区两条支路的电流分别为I₄、I₅。

优选地，所述步骤SS2具体包括：设备3原接于母线I，现向母线II倒闸，刀闸2K合闸 后C相接触不良，以脚标i表示某相电气量，其中i＝A，B，C；设接触不良前后，外部等效电源、 负荷无变化，外部三相平衡，得到如下方程组：

$\left(\begin{array}{c}{I}_{1i}=I_{4i}+I_{6i}\\ I_{3i}=I_{4i}+I_{5i}\\ Z_{T1i}{I}_{4i}-Z_{T2i}{I}_{5i}=R_{6i}{I}_{6i}\end{array}\right)---\left(1\right)$

联立以上三个方程组，解得：

$I_{6i}=\frac{(Z_{T1i}+Z_{T2i})I_{1i}-Z_{T2i}{I}_{3i}}{Z_{T1i}+Z_{T2i}+R_{6i}}---\left(2\right)$

A相、B相和C相三相对称条件下，则有：

Z_T1a＝Z_T1b＝Z_T1c＝Z_T2a＝Z_T2b(3)

Z_T2c＝Z_T1a+△Z_5c(4)

R_6a＝R_6b＝R_6c(5)

其中，△Z_5c为2K接触不良后增加的电阻值；

将式(3)、式(4)、式(5)与式(2)联立，则有：

$3I_{60}=I_{6A}+I_{6B}+I_{6C}=\frac{(Z_{T2c}-Z_{T1c})R_{6c}{I}_{1C}-(Z_{T2c}-Z_{T1c})(Z_{T1c}+R_{6c})I_{3C}}{(2Z_{T1c}+R_{6c})(Z_{T1c}+Z_{T2c}+R_{6c})}---\left(6\right)$

由于R_6i≈0，则有：

$I_{60}=\frac{-(Z_{T2c}-Z_{T1c})I_{3C}}{6(Z_{T1c}+Z_{T2c})}---\left(7\right)$

基于切换过程中两开关互联合环时，并联侧某母线所连开关合闸后某相接触不 良，则该相负荷电流将由另一母线经母联提供，此时母联出现零序电流，即当2K合闸后C相 完全未合上时，母联零序电流大小约为

优选地，所述步骤SS3具体包括：

步骤SS31在并联侧母联处设置零序电流检测，并联侧触发设备自投同时启动开关 接触不良判别逻辑；

步骤SS32所述判别逻辑由母联零序电流大小和母联开关位置共同决定，母联开关 3K处于分位时闭锁该判别逻辑；

步骤SS33母联开关3K处于合位时，母联零序电流大小I₆₀判别条件可如下：

$I_{60}\ge k\frac{-I_{3C}}{6}---\left(8\right)$

若式(8)成立，则转入步骤SS4；其中I₆₀，I_3C为测量值，k为系数，视系统具体参数而 定。

本发明所达到的有益效果：(1)本发明克服了UPFC并联侧由1号变压器切换到2号 变压器时，合2号变压器转换开关时出现单相接触不良，若直接拉开1号变压器转换开关，则 可能发生电弧放电乃至故障现象，造成UPFC保护动作乃至停运的技术缺陷；(2)本发明在拉 开1号变压器转换开关前，通过检测并联侧母联零序电流，判别是否发生接触不良，若有则 转换开关重合一次，进行故障清除；(3)本发明可用于检测转换开关接触情况，接触不良时 重合，提高了供电的安全性和可靠性，减少了停电损失，而且提高了电力系统的暂态水平。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的UPFC的接线图。

图2是本发明的第一实施例的并联侧线路区以及变压器低压侧连接区作等值处理 后的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是本发明的第一实施例的UPFC的接线图，图2是本发明的第一实施例的并联侧 线路区以及变压器低压侧连接区作等值处理后的电路图，本发明提出UPFC并联变压器转换 开关接触不良的零序电流闭锁保护方法，其特征在于，包括如下4个步骤。

步骤SS1将并联侧线路区以及变压器低压侧连接区作等值获得等效电路图，并设 置电路参数；所述步骤SS1具体包括：设UPFC并联侧母线I、母线II所连等效电源和负荷的电 流分别为I1、I2，将变压器低压侧连接区向直流侧看去的负荷等效为设备3，设设备3的负荷 电流为I₃，设备3通过刀闸1K、刀闸2K进行母线切换，刀闸1K、刀闸2K所在支路上的变压器与 开关的等效阻抗之和分别为Z_T1、Z_T2，刀闸3K为母联刀闸开关，设刀闸3K所在支路的电阻为 R₆、流过的电流为I₆；设变压器低压侧连接区两条支路的电流分别为I₄、I₅。

步骤SS2根据等效电路图以及电路参数计算母联零序电流；所述步骤SS2具体包 括：设备3原接于母线I，现向母线II倒闸，刀闸2K合闸后C相接触不良，以脚标i表示某相电 气量，其中i＝A，B，C；设接触不良前后，外部等效电源、负荷无变化，外部三相平衡，得到如 下方程组：

$\left(\begin{array}{c}{I}_{1i}=I_{4i}+I_{6i}\\ I_{3i}=I_{4i}+I_{5i}\\ Z_{T1i}{I}_{4i}-Z_{T2i}{I}_{5i}=R_{6i}{I}_{6i}\end{array}\right)---\left(1\right)$

联立以上三个方程组，解得：

$I_{6i}=\frac{(Z_{T1i}+Z_{T2i})I_{1i}-Z_{T2i}{I}_{3i}}{Z_{T1i}+Z_{T2i}+R_{6i}}---\left(2\right)$

A相、B相和C相三相对称条件下，则有：

Z_T1a＝Z_T1b＝Z_T1c＝Z_T2a＝Z_T2b(3)

Z_T2c＝Z_T1a+△Z_5c(4)

R_6a＝R_6b＝R_6c(5)

其中，△Z_5c为2K接触不良后增加的电阻值；

将式(3)、式(4)、式(5)与式(2)联立，则有：

$3I_{60}=I_{6A}+I_{6B}+I_{6C}=\frac{(Z_{T2c}-Z_{T1c})R_{6c}{I}_{1C}-(Z_{T2c}-Z_{T1c})(Z_{T1c}+R_{6c})I_{3C}}{(2Z_{T1c}+R_{6c})(Z_{T1c}+Z_{T2c}+R_{6c})}---\left(6\right)$

由于R_6i≈0，则有：

$I_{60}=\frac{-(Z_{T2c}-Z_{T1c})I_{3C}}{6(Z_{T1c}+Z_{T2c})}---\left(7\right)$

基于切换过程中两开关互联合环时，并联侧某母线所连开关合闸后某相接触不 良，则该相负荷电流将由另一母线经母联提供，此时母联出现零序电流，即当2K合闸后C相 完全未合上时，母联零序电流大小约为

步骤SS3利用母联零序电流特性进行接触不良逻辑判别；所述步骤SS3具体包括：

步骤SS31在并联侧母联处设置零序电流检测，并联侧触发设备自投同时启动开关 接触不良判别逻辑；

步骤SS32所述判别逻辑由母联零序电流大小和母联开关位置共同决定，母联开关 3K处于分位时闭锁该判别逻辑；

步骤SS33母联开关3K处于合位时，母联零序电流大小I₆₀判别条件可如下：

$I_{60}\ge k\frac{-I_{3C}}{6}---\left(8\right)$

若式(8)成立，则转入步骤SS4；其中I₆₀，I_3C为测量值，k为系数，视系统具体参数而 定。

步骤SS4接触不良动作结果将接触不良的转换开关重合，由1号变压器转换到2号 变压器时，合2号变压器转换开关，检测到接触不良时进行重合，重合成功后断开1号变压器 转换开关；重合不成，禁止切换。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。