一种用于变压器中线电流抑制装置的可靠性分析方法

摘要

一种用于变压器中线电流抑制装置的可靠性分析方法。本发明通过电流传感器和电压传感器采集线路运行电压电流信号，由线路监测终端预处理，利用通讯单元传入PC机，PC机利用设置的补偿方法依据采集量确定补偿量，本发明能够判断基于变压器中线电流抑制模型，通过判断设置补偿量是否可靠，确保装置并入后达到抑制中线电流的目的，避免由于欠补偿而无法达到预期补偿。

主权项

1.一种用于变压器中线电流抑制装置的可靠性分析方法，其特征是，通过电流传感器和电压传感器采集线路运行电压电流信号，由线路监测终端及通信单元预处理，然后传入PC机及GPRS终端，PC机利用设置的补偿方法依据采集量确定补偿量，并计算补偿后变压器中线电流，经过统计分析确定变压器中线电流抑制装置的可靠性；实现步骤如下：a、在变压器出线侧安装电压、电流传感器，传感器采集线路中电压电流信号经过甄别及转换电路到中央处理器，中央处理器依据采集信号进行判断变压器是否正常运行，即有无过电压，过电流现象，并确定正常运行时变压器输出端三相有功电流I′_pa、I′_pb、I′_pc，无功电流I′_qa、I′_qb、I′_qc；设定数据总采集次数为N，采集间隔为t，将每次采集的三相变压器输出端有功电流及无功电流，存入数组Dn′，并将N次总采集数据D送入上位PC机处理，Dn′与D数据格式如下所示：D_n′＝{I′_pa I′_pb I′_pc I′_qa I′_qb I′_qc}^TD＝{D₁...D_n...D_N}其中，n的范围属于[0 N]；b、根据无功补偿量及线路中实际电流电压I′_pa、I′_pb、I′_pc、I′_qa、I′_qb、I′_qc、U′，确定线路中无功补偿后电网中有功电流I_pa、I_pb、I_pc，无功电流I_qa、I_qb、I_qc的影响，计算公式：$I_{\mathrm{pa}}={I_{\mathrm{pa}}}^{\prime }+\frac{1}{2\sqrt{3}{U}^{\prime }}(Q_{\mathrm{ca}}^{\Delta }-Q_{\mathrm{ab}}^{\Delta })$$I_{\mathrm{pb}}={I_{\mathrm{pb}}}^{\prime }+\frac{1}{2\sqrt{3}{U}^{\prime }}(Q_{\mathrm{ab}}^{\Delta }-Q_{\mathrm{bc}}^{\Delta })$$I_{\mathrm{pc}}={I_{\mathrm{pc}}}^{\prime }+\frac{1}{2\sqrt{3}{U}^{\prime }}(Q_{\mathrm{bc}}^{\Delta }-Q_{\mathrm{ca}}^{\Delta })$$I_{\mathrm{qa}}={I_{\mathrm{qa}}}^{\prime }+\frac{1}{2U^{\prime }}(Q_{\mathrm{ca}}^{\Delta }+Q_{\mathrm{ab}}^{\Delta })+\frac{Q_a^Y}{U^{\prime }}$$I_{\mathrm{qb}}={I_{\mathrm{qb}}}^{\prime }+\frac{1}{2U^{\prime }}(Q_{\mathrm{ab}}^{\Delta }+Q_{\mathrm{bc}}^{\Delta })+\frac{Q_b^Y}{U^{\prime }}$$I_{\mathrm{qc}}={I_{\mathrm{qc}}}^{\prime }+\frac{1}{2U^{\prime }}(Q_{\mathrm{bc}}^{\Delta }+Q_{\mathrm{ca}}^{\Delta })+\frac{Q_c^Y}{U^{\prime }}$c、设置中线电流抑制装置的补偿范围，并确定实际补偿量；确定中性线电流抑制的无功补偿量的计算公式为：目标函数：minf(X)＝ω|I₀|²+|I₂|²+|Im(I₁)|²其中，I₀为补偿后零序电流，Im(I₁)为补偿后正序分量虚部，I₂为补偿前负序分量，为权函数，且权函数设置为大于0的数；通过调节权函数确定中线电流抑制的优先性；I₀、I₁、I₂计算公式为：$I_0=\frac{(I_{\mathrm{pa}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{qa}})+{\alpha }^2(I_{\mathrm{pb}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{qb}})+\alpha (I_{\mathrm{pc}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{qc}})}{3}$$I_1=\frac{(I_{\mathrm{pa}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{qa}})+(I_{\mathrm{pb}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{qb}})+(I_{\mathrm{pc}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{qc}})}{3}$$I_2=\frac{(I_{\mathrm{pa}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{qa}})+\alpha (I_{\mathrm{pb}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{qb}})+{\alpha }^2(I_{\mathrm{pc}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{qc}})}{3}$其中，$\alpha =-\frac{1}{2}+j\frac{\sqrt{3}}{2};$约束条件的确定：1)设置的补偿范围：$-{\alpha }_1\le Q_{\mathrm{ab}}^{\Delta }\le {\beta }_1;$$-{\alpha }_1\le Q_{\mathrm{bc}}^{\Delta }\le {\beta }_1;$$-{\alpha }_1\le Q_{\mathrm{ca}}^{\Delta }\le {\beta }_1;$$-{\alpha }_2\le Q_a^Y\le {\beta }_2;$$-{\alpha }_2\le Q_b^Y\le {\beta }_2;$$-{\alpha }_2\le Q_c^Y\le {\beta }_2;$其中，为AB相间无功补偿量，为BC相间无功补偿量，为CA相间无功补偿量，为A相与地之间无功补偿量，为B相与地之间无功补偿量，为C相与地之间无功补偿量，α₁为最大相间感性无功补偿，其值为负；α₂为最大相对地感性无功补偿，其值为负；β₁为最大相间容性无功补偿，其值为正；β₂为最大相对地容性无功补偿，其值为正；2)无功补偿约束条件，具体要求可根据变压器实际运行情况，通常以输出感性无功为主：${I_{\mathrm{qa}}}^{\prime }\le I_{\mathrm{qa}}={I_{\mathrm{qa}}}^{\prime }+\frac{1}{2U^{\prime }}(Q_{\mathrm{ca}}^{\Delta }+Q_{\mathrm{ab}}^{\Delta })+\frac{Q_a^Y}{U^{\prime }}\le 0$${I_{\mathrm{qb}}}^{\prime }\le I_{\mathrm{qb}}={I_{\mathrm{qb}}}^{\prime }+\frac{1}{2U^{\prime }}(Q_{\mathrm{ab}}^{\Delta }+Q_{\mathrm{bc}}^{\Delta })+\frac{Q_b^Y}{U^{\prime }}\le 0$${I_{\mathrm{qc}}}^{\prime }\le I_{\mathrm{qc}}={I_{\mathrm{qc}}}^{\prime }+\frac{1}{2U^{\prime }}(Q_{\mathrm{bc}}^{\Delta }+Q_{\mathrm{ca}}^{\Delta })+\frac{Q_c^Y}{U^{\prime }}\le 0$其中，电压幅值U′为220V；3)有功转移约束条件：$\left\{\begin{array}{c}0\le (I_p-I_p^{*})\le {I_p}^{\prime }-I_p^{*},{I_p}^{\prime }-I^{*}\ge 0\\ 0\ge (I_p-I_p^{*})\ge {I_p}^{\prime }-I_p^{*},{I_p}^{\prime }-I^{*}<0\end{array}\right.$其中，$I_p^{*}=\frac{{I_{\mathrm{pa}}}^{\prime }+{I_{\mathrm{pb}}}^{\prime }+{I_{\mathrm{pc}}}^{\prime }}{3}$为有功电流的平均值；4)中线电流约束条件由于补偿的主要目标是实现中线电流治理，为确保补偿后中线电流不增加，设零序电流满足约束条件如下式所示：|I₀|²≤|I′₀|²式中，|I′₀|为补偿前零序电流的模，|I₀|为补偿后零序电流的模；d、根据补偿装置实际补偿量与负荷侧电流确定补偿后三相电流，从而获得对第n次采集量补偿后变压器的二次侧的中线电流，计算公式为：I₍₀₎＝(I_pa+jI_qa)+α²(I_pb+jI_qb)+α(I_pc+jI_qc)可靠性的判定依据：1)由于目标函数非0，说明变压器补偿后零序电流，正序分量虚部，负序分量不趋于0；目标函数越大，补偿装置欠补偿越严重；设目标函数控制量K1，当目标函数的值小于K1时，电流零序分量，负序分量，正序分量虚部趋于0，此时补偿装置不欠补偿；统计目标函数大于K1时出现次数，确定其占总采样次数N的比例M；2)实际中，通过静止无功补偿装置不能完全达到中线电流为0及无功补偿趋于0，只能达到降低中线电流和无功电流，设中线电流治理后控制量为K2与功率因控制量K3，当目标函数超过K1时，判断变压器中线电流及功率因数是否超过控制量K2与K3，超过则补偿装置不可靠；可靠性分析：设置可靠性要求值Km，当M小于或等于Km，且目标函数超出阀值时中线电流保持在阀值K2内且功率因数在K3以上，说明补偿装置能够有效抑制变压器中线电流，且工作稳定性高，具有一定可靠性；对于能否全电容补偿的判别则通过设置补偿范围从0到无穷大，判断该种情况下补偿是否可靠判断采用全电容补偿是否满足补偿要求。