基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统及方法，本方法通过在线监测变压器实时运行情况,利用JA模型计算铁芯磁滞回线，得到变压器分闸时的剩磁数值，从而通过控制合闸角度,使得变压器铁心内剩磁与偏磁方向相反,从而抑制变压器空载励磁涌流，并在励磁涌流的抑制过程中加入反馈机制。与现有技术相比，本发明专利技术的硬件系统可以实现通用性；在变压器空载的投切过程中，可有效抑制空载励磁涌流，使电力输运系统的运行稳定可靠；加入剩磁预测，使合闸角度计算更准确；在励磁涌流的抑制环节中引入反馈机制，并且能使系统自动适应断路器的老化及外界环境的变化，提高系统的精确度和可靠性，达到抑制励磁涌流的功效。

【技术实现步骤摘要】
基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统及方法
本专利技术属于电力输运系统中的变压器励磁涌流抑制
，尤其涉及一种基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统及方法。
技术介绍
目前变压器空载投切涌流抑制技术措施存在缺陷，电力输运中的变压器在空载合闸投入电网时，由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特性，会产生幅值相当大的励磁涌流，导致变压器差动保护误动作，同时造成绕组变形，减少变压器的使用寿命。通常励磁涌流含有多个谐波成分及直流分量，会降低电力系统供电质量，同时涌流中的高次谐波对连接到电力系统中的敏感电力电子器件有极强的破坏作用。在现有技术的电力输运过程中，变压器励磁涌流的危害是：引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败；当A电站的一台变压器空载接入电源产生的励磁涌流，诱发邻近其他B电站、C电站等正在运行的变压器产生“和应涌流”(sympatheticinrush)而误跳闸，造成大面积停电，而且数值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损，诱发操作过电压，损坏电气设备；励磁涌流中的直流分量会导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率；励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染，使电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常工作。在现代电力输运系统中通常设有两台变压器互为备用，为了使变压器处于经济运行的状态，要根据负荷状况投切变压器，使变压器处于最佳经济运行的状态。在变压器的自动投切过程中，会产生励磁涌流，尤其在负荷变化很大，变压器需要频繁投切的场合，励磁涌流的抑制就显得尤为重要。归结起来，在现有的电力输运设备的技术中，抑制空载变压器投切过程中励磁涌流的技术措施有缺陷，使励磁涌流产生危害并导致许多电力输运过程中的浪费，有的甚至引起损害事故，所以，寻求一种空载变压器的励磁涌流的有效抑制方法成为专业内技术人员正在探究的任务。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统及方法，本方法改进了选相合闸技术，改善了其固有的缺点：断路器离散性不确定导致的合闸角度不稳定、剩磁预测不准确导致的合闸角度计算不准确的缺点。本方法通过在线监测变压器实时运行情况，利用JA模型计算铁芯磁滞回线，得到变压器分闸时的剩磁数值并计算合闸角度，在涌流抑制过程中加入反馈机制，使得断路器离散性减小，从而通过控制合闸角度，使得变压器铁心内剩磁与偏磁方向相反，抑制变压器空载励磁涌流。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统，包括微处理器、开入电路板、SAMPLE采样板、AD转换模块、电源板和通讯模块，其中，微处理器连接开入电路板、SAMPLE采样板、电源板和通讯模块，开入电路板采集保护信号的多路开关量，SAMPLE采样板将变压器高低压侧电力互感器的交流信号转换为电压信号，传输给AD转换模块完成数模转换；电源板为其它模块提供低压直流电源，通讯模块集成于微处理器上，实现分合闸断路器与控制平台之间数据传输。所述微处理器，为DSP数字信号处理器TMS320F2812，用于完成AD转换、开关量采集、开关量输出、人机界面控制、EEPROM存取、时钟存取、通讯控制和抑制励磁涌流。所述开入电路板，包括开关量输入处理电路，开关量输入处理电路对12路开关量采集；所涉及的开入量包括开关位置、弹簧未储能、控制回路断线、远方操作闭锁、闭锁重合闸以及各种保护信号。所述SAMPLE采样板，包括连接的互感器板和信号调理板，用于对被保护和控制线路的交流电压和电流的传感并进行调理和放大处理，将电力互感器的交流信号转换成符合AD转换模块输入范围的电压信号。电源板包括电源电路，电源电路为装置提供低压直流电源，包括开关量输入输出、微处理器和显示板用电源。基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：(1)通过记录分闸角度、合闸角度以及环境的变化情况，得到断路器时间离散性数值，将其作为合闸提前量；(2)系统实时测量、记录线路中的电压、电流值，判断是否对空载变压器自动投切；(3)如果判断结果为需要对空载变压器进行自动投切，闭合低压侧联络开关；否则，返回至步骤(2)；(4)依次断开变压器低压侧开关和高压侧开关，循环采集变压器各开关的位置，记录下开关断开时电压电流的完整波形；(5)对于记录下的电压电流波形利用JA模型进行铁心磁滞回线计算，并考虑断路器分感性负载时的暂态过电压，得到在分闸时刻的铁芯剩磁数值，并计算得到使各相铁心内直流磁通最小合闸角度；(6)再次测量电力输运线路中的电压和电流值，并依据电压和电流值判断是否应自动投切；如不需自动投切，则返回步骤(2)；如需自动投切，则依据计算得到的最小合闸角度闭合变压器高压侧开关；(7)对电力输运系统中的变压器开关进行循环制式的采集开关位置操作，测量合闸时的瞬间电压相角，比较瞬间电压相角与最小合闸角度，如两者不相等，则返回步骤(1)，进行重新运行；如果两者相等，则闭合变压器的低压侧开关；(8)断开变压器低压侧联络开关，结束自动投切的控制过程。所述步骤(1)中，由于断路器分合闸时间特性使得合闸角度无法精确，通过神经网络算法，将分闸与合闸角度以及外界环境变化情况作为输入量，断路器时间离散性作为输出量，进行训练，得到变压器分合闸角度与断路器时间离散性具体数值之间的关系并进行存储，将该时间作为在励磁涌流抑制过程中的反馈量，加以补偿。所述步骤(5)中，通过记录变压器分闸时刻的电压电流，并考虑由于断路器分感性负载时引起的暂态过电压，将该电压电流值换算为磁通密度磁场强度数值，利用DSP中预先存储的该型硅钢片JA参数进行铁心磁滞回线计算，得到在分闸时刻的变压器铁心剩磁数值，在该数值基础上，综合考虑断路器离散时间的反馈量，得到变压器合闸时刻电角度，该电角度使各相铁心通电瞬间偏磁与剩磁之和最小，进而使得变压器铁心内直流磁通减少，抑制涌流的发生。本专利技术的有益效果为：(1)与现有技术相比，硬件系统可以实现通用性；在变压器空载的投切过程中，可有效抑制空载励磁涌流，使电力输运系统的运行稳定可靠；(2)在励磁涌流的抑制环节中引入反馈机制，使控制更加精确，并且能使系统自动适应断路器的老化及外界环境的变化，提高系统的精确度和可靠性，达到抑制励磁涌流的功效；(3)在励磁涌流抑制环节中加入剩磁预测，可使得计算得到的合闸角度更准确，达到抑制涌流的效果；(4)控制原理简单可靠，运行安全稳定，变压器投切自动化程度高，节省能源，延长使用寿命。附图说明图1为本专利技术的抑制励磁涌流的工作流程示意框图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，基于DSP芯片,建立变压器涌流抑制的硬件系统,在该系统基础上,通过软件的编写实现功能。硬件系统采用32位DSP数字信号处理器TMS320F2812，作为核心部件的CPU主板与其它插件板相联系完成AD转换、开关量采集、开关量输出、人机界面控制、EEPROM存取、时钟存取、通讯控制和抑制励磁涌流的功能；其CPU主板采用四层印刷板及表面封装工艺；开入板包括开关量输入处理电路，开关量输入处理电路完成对12路开关量采集的预处理；所涉及的开入量包括开关位置、弹簧未储能、控制回路断线、远方操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统，其特征是：包括微处理器、开入电路板、SAMPLE采样板、AD转换模块、电源板和通讯模块，其中，微处理器连接开入电路板、SAMPLE采样板、电源板和通讯模块，开入电路板采集保护信号的多路开关量，SAMPLE采样板将变压器高低压侧电力互感器的交流信号转换为电压信号，传输给AD转换模块完成数模转换；电源板为其它模块提供低压直流电源，通讯模块集成于微处理器上，实现分合闸断路器与控制平台之间数据传输。

【技术特征摘要】
1.一种实现基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统的工作方法，其特征是：基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统包括微处理器、开入电路板、SAMPLE采样板、AD转换模块、电源板和通讯模块，其中，微处理器分别连接开入电路板、SAMPLE采样板、电源板和通讯模块，开入电路板采集保护信号的多路开关量，SAMPLE采样板将变压器高低压侧电力互感器的交流信号转换为电压信号，传输给AD转换模块完成模数转换；电源板为其它模块提供低压直流电源，通讯模块集成于微处理器上，实现分合闸断路器与控制平台之间数据传输；实现基于剩磁预测和断路器离散性改进的抑制涌流系统的工作方法，包括以下步骤：(1)通过记录分闸角度、合闸角度以及环境的变化情况，得到断路器时间离散性数值，将其作为合闸提前量；(2)系统实时测量、记录线路中的电压、电流值，判断是否对空载变压器自动投切；(3)如果判断结果为需要对空载变压器进行自动投切，闭合低压侧联络开关；否则，返回至步骤(2)；(4)依次断开变压器低压侧开关和高压侧开关，循环采集变压器各开关的位置，记录下开关断开时电压电流的完整波形；(5)对于记录下的电压电流波形利用JA模型进行铁心磁滞回线计算，得到分闸时刻的铁心剩磁值，综合考虑断路器离散时间的反馈量，得到使各相铁心内直流磁通最小合闸角度；(6)再次测量电力输运线路中的电压和电流值，并依据电压和电流值判断是否应自动投切；如不需自动投切，则返回步骤(2)；如需自动投切，则依据计算得到的最小合闸角度闭合变压器高压侧开关；(7)对电力输运系统中的变压器开关进行循环制式的采集开关位置操作，测量合闸时的瞬间电压相角，比较瞬间电压相角与最小合闸角度，如两者不相等，则返回步骤(1)，进行重新运行；如果两者相等，则闭合变压器的低压侧开关；(8)断开变压器低压侧联络开关，结束自动投切的控制过程；所述步骤(1)中，由于断路器分合闸时间特性使得合闸角度无法精确，通过神经网络算法，将分闸与合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志珍，王洋，王鹏，宋慧慧，曾海涛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37