一种考虑负荷状态的综合选相控制方法.pdf

本发明提供一种考虑负荷状态的综合选相控制方法，包括以下步骤：设置默认负载类型，并确定相应负载应用位置下的短路故障开断要求；电流互感器采集线路电流；判断是否发生线路故障，若是进入线路故障电流选相分断阶段，否则进入正常负载选相分断阶段。本发明能够满足多种负荷状态下的选相要求，提供了更加灵活的策略实现路径；在实际电力系统中，与该控制方法结合的断路器功能更加完善，也更加实用化；且本发明使得相应的选相控制更加灵活，选相控制的适用性也得到增强。

权利要求书1.  一种考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：设置默认负载类型，并确定相应负载应用位置下的短路故障开断要求；步骤2：电流互感器采集线路电流；步骤3：判断是否发生线路故障，若是进入线路故障电流选相分断阶段，否则进入正常负载选相分断阶段。2.  根据权利要求1所述的考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：所述步骤1中，用户侧设置的默认负载类型包括电容器、电抗器和空载变压器；根据断路器现场的应用环境确定线路故障开断要求。3.  根据权利要求1所述的考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：所述步骤2中，安装在线路上的电流互感器采集线路电流，并将采集的线路电流传送给选相控制器。4.  根据权利要求1所述的考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：所述步骤3中，选相控制器基于接收的线路电流，并按照电流突变量算法进行线路故障的判断。5.  根据权利要求1所述的考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：线路故障电流选相分断阶段中，先判断线路故障类型，再利用线路故障电流零点预测算法确定故障相电流的过零点相位。6.  根据权利要求5所述的考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：若为非三相故障，断路器按照故障相电流的过零点相位顺序依次开断。7.  根据权利要求5所述的考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：若为三相故障，线路故障电流先达到过零点的一相在过零点相位进行开断，第二相舍弃最初预测的过零点相位，根据两相相间短路故障时的线路故障电流重新确定过零点相位，断路器在此时刻进行开断，判断最后达到过零点相位的一相是否仍存在线路故障电流，若是在最初预测的过零点相位进行开断；若否则结束。8.  根据权利要求5所述的考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：所述线路故障类型包括非三相故障和三相故障；所述非三相故障包括单相接地故障、两相相间短路故障和两相接地故障。9.  根据权利要求1所述的考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：正常负载选相分断阶段中，先判断是否存在用户侧发送的分闸或合闸操作命令，若无则返回步骤2；否则若存在分闸命令，断路器在采集的线路电流过零点分断，并完成选相操作，若存在合闸命令，则根据设置的默认负荷类型调用相应策略，即电容器在其端电压的零点时刻合闸，空载 变压器、电抗器在其端电压峰值时刻合闸，完成选相操作。10.  根据权利要求1所述的考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：所述线路故障电流零点预测算法采用安全点算法、自适应算法或半波傅氏算法。11.  根据权利要求10所述的考虑负荷状态的综合选相控制方法，其特征在于：所述安全点算法用于对快速性有要求的场合；所述自适应算法用于谐波小、且对快速性、稳定性、精度均有要求的场合；所述半波傅氏算法用于信号噪声小、且对精度和快速性有要求的场合。

说明书一种考虑负荷状态的综合选相控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种考虑负荷状态的综合选相控制方法。
背景技术
电网是一个时刻变化的动态系统，其中供需平衡、电压变换、质量调节等对于系统的稳定、可靠、安全运行至关重要。补偿电容器组、空载变压器、电抗器组等常规设备在电力系统运行过程中应用较多，且开关操作频繁，但操作不当可能会对输配电系统产生各种扰动，伴随着涌流及过电压现象，这种冲击甚至可能传播到远端负荷，引起一系列连锁反应。
同时，实际电力系统中，一次设备在运行过程中会由于外力、绝缘老化等原因发生短路、断线等故障，其中，线路短路是最常见、影响也最大的故障形式。随着电力系统向高压、大容量方向发展，短路电流水平持续提高，而目前已有的断路器最大短路开断电流水平越来越难以满足系统需要。
为了抑制电容器、电抗器等常规设备投切时的过电压等暂态现象，研究人员常采用在断路器两端并联电阻、安装R-C阻容吸收装置，或安装金属氧化锌避雷器等方法。但这些措施只能吸收暂态振荡发生之后涌出的能量，属于一种“事后”处理策略，并不能从根本上预防、解决暂态冲击及由此引发的涌流及过电压问题。同时，为了实现短路故障发生后断路器有效开断，研究人员也常采用改变电网拓扑、加装短路电流限制器、增加吸能回路等方法，同样不能从根本上提高断路器的短路电流开断水平。
选相控制技术是一种通过选择断路器投切负荷相位实现电力系统平稳过渡的新技术。该技术可以根据负载种类(常规设备如电容器、电抗器、空载变压器等)，在其最佳的投切相位控制断路器动作，理论上可以有效降低、甚至消除过电压、涌流等暂态现象。短路故障电流则只需选相分断，可以有效减小触头燃弧时间，延长设备运行寿命，增强系统的运行可靠性等。在目前线路开关的开断容量已经不能满足电网发展的背景下，选相分断也可以有效地提高电力开关的短路开断水平。但对于不同的负荷性质，其选相操作的最佳相位也不相同，具体的实施策略也受到负载连接方式的影响。另外，短路故障电流非周期性变化，分断过程也不同于电容器、电抗器等，需要在继保系统发出命令之前预测出短路电流波形，并结合开关的机械及电气特性，确定可用的目标相位零点。目前国内外研究人员提出了多种短路故障电 流零点的预测算法，POLTL等人提出了一种“安全点方法”(POLTL A，FROHLICH K.A new algorithm enabling controlled short circuit interruption[J].IEEE Trans.On Power Delivery，2003，18(3)：802-808.)。Richard Thomas等提出了自适应方法(THOMAS R，DAALDER J，SOLVER C E.An adaptive self-checking algorithm for controlled fault interruption[C].18th International Conference on Electricity Distribution，Turin，Italy，2005.)，罗楚军等人提出了改进的半波傅氏算法。三种算法特点不同，在实际应用中，策略的合理选择需要根据其特点合理配合。另外，短路故障电流的选相策略也与故障位置点、故障形式、系统开断要求等有关。
综上，目前的选相控制器多针对单个类型的负荷状态，且没有综合考虑短路故障下的选相实现策略。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种考虑负荷状态的综合选相控制方法，使得相应的选相控制更加灵活，选相控制的适用性也得到增强。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种考虑负荷状态的综合选相控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：设置默认负载类型，并确定相应负载应用位置下的短路故障开断要求；
步骤2：电流互感器采集线路电流；
步骤3：判断是否发生线路故障，若是进入线路故障电流选相分断阶段，否则进入正常负载选相分断阶段。
所述步骤1中，用户侧设置的默认负载类型包括电容器、电抗器和空载变压器；根据断路器现场的应用环境确定线路故障开断要求。
所述步骤2中，安装在线路上的电流互感器采集线路电流，并将采集的线路电流传送给选相控制器。
所述步骤3中，选相控制器基于接收的线路电流，并按照电流突变量算法进行线路故障的判断。
线路故障电流选相分断阶段中，先判断线路故障类型，再利用线路故障电流零点预测算法确定故障相电流的过零点相位。
若为非三相故障，断路器按照故障相电流的过零点相位顺序依次开断。
若为三相故障，线路故障电流先达到过零点的一相在过零点相位进行开断，第二相舍弃最初预测的过零点相位，根据两相相间短路故障时的线路故障电流重新确定过零点相位，断 路器在此时刻进行开断，判断最后达到过零点相位的一相是否仍存在线路故障电流，若是在最初预测的过零点相位进行开断；若否则结束。
所述线路故障类型包括非三相故障和三相故障；所述非三相故障包括单相接地故障、两相相间短路故障和两相接地故障。
正常负载选相分断阶段中，先判断是否存在用户侧发送的分闸或合闸操作命令，若无则返回步骤2；否则若存在分闸命令，断路器在采集的线路电流过零点分断，并完成选相操作，若存在合闸命令，则根据设置的默认负荷类型调用相应策略，即电容器在其端电压的零点时刻合闸，空载变压器、电抗器在其端电压峰值时刻合闸，完成选相操作。
所述线路故障电流零点预测算法采用安全点算法、自适应算法或半波傅氏算法。
所述安全点算法用于对快速性有要求的场合；所述自适应算法用于谐波小、且对快速性、稳定性、精度均有要求的场合；所述半波傅氏算法用于信号噪声小、且对精度和快速性有要求的场合。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的考虑负荷状态的综合选相控制方法，能够满足多种负荷状态下的选相要求，提供了更加灵活的策略实现路径；在实际电力系统中，与该控制方法结合的断路器功能更加完善，也更加实用化；且本发明使得相应的选相控制更加灵活，选相控制的适用性也得到增强。
附图说明
图1是本发明实施例中选相控制开关的原理图；
图2是本发明实施例中考虑负荷状态的综合选相控制方法流程图；
图3是本发明实施例中简单电力系统等效原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图2，本发明提供一种考虑负荷状态的综合选相控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：设置默认负载类型，并确定相应负载应用位置下的短路故障开断要求；
步骤2：电流互感器采集线路电流；
步骤3：判断是否发生线路故障，若是进入线路故障电流选相分断阶段，否则进入正常负载选相分断阶段。
所述步骤1中，用户侧设置的默认负载类型包括电容器、电抗器和空载变压器；根据断路器现场的应用环境确定线路故障开断要求。
所述步骤2中，安装在线路上的电流互感器采集线路电流，并将采集的线路电流传送给选相控制器。
所述步骤3中，选相控制器基于接收的线路电流，并按照电流突变量算法进行线路故障的判断。
线路故障电流选相分断阶段中，先判断线路故障类型，再利用线路故障电流零点预测算法确定故障相电流的过零点相位。
若为非三相故障，断路器按照故障相电流的过零点相位顺序依次开断。
若为三相故障，线路故障电流先达到过零点的一相在过零点相位进行开断，第二相舍弃最初预测的过零点相位，根据两相相间短路故障时的线路故障电流重新确定过零点相位，断路器在此时刻进行开断，判断最后达到过零点相位的一相是否仍存在线路故障电流，若是在最初预测的过零点相位进行开断；若否则结束。
所述线路故障类型包括非三相故障和三相故障；所述非三相故障包括单相接地故障、两相相间短路故障和两相接地故障。
正常负载选相分断阶段中，先判断是否存在用户侧发送的分闸或合闸操作命令，若无则返回步骤2；否则若存在分闸命令，断路器在采集的线路电流过零点分断，并完成选相操作，若存在合闸命令，则根据设置的默认负荷类型调用相应策略，即电容器在其端电压的零点时刻合闸，空载变压器、电抗器在其端电压峰值时刻合闸，完成选相操作。
所述线路故障电流零点预测算法采用安全点算法、自适应算法或半波傅氏算法。
所述安全点算法用于对快速性有要求的场合；所述自适应算法用于谐波小、且对快速性、稳定性、精度均有要求的场合；所述半波傅氏算法用于信号噪声小、且对精度和快速性有要求的场合。
如图3所示简单电力系统等效原理图中，应用综合选相控制策略方法的断路器处于不同位置，图中CBZ和CBL均表示断路器，LZ表示线路负载，也均可以满足系统分合闸的要求，减小燃弧过程对触头和系统造成的不利影响。CZ则可能为电容器、空载变压器或并联电抗器。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。