一种中性点不接地系统铁磁谐振实时检测与诊断的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种中性点不接地系统铁磁谐振实时检测与诊断的方法。包括：根据铁磁谐振电感‑电容并联谐振计算模型，建立谐振回路微分方程，并推导了铁磁谐振工作点的计算方法；利用电磁暂态仿真方法验证了电感‑电容并联模型和数值计算的准确性；在前述工作的基础上，根据伏安特性数据计算谐振工作点磁通有效值；与前述计算确定的谐振工作点磁通比较，诊断电压互感器是否进入谐振工作点。从而实现在中性点不接地系统波动时，判断电压互感器是否接近谐振工作点，即实现铁磁谐振的实时检测与诊断。

A Real-time Ferroresonance Detection and Diagnosis Method for Neutral Ungrounded System

The invention relates to a method for real-time detection and diagnosis of Ferroresonance in neutral ungrounded system. It includes: according to the calculation model of ferroresonance inductor-capacitor parallel resonance, the differential equation of resonance circuit is established, and the calculation method of ferroresonance working point is deduced; the accuracy of inductor-capacitor parallel model and numerical calculation is verified by electromagnetic transient simulation method; on the basis of the above work, the effective value of magnetic flux at resonance working point is calculated according to volt-ampere characteristic data; The magnetic flux comparison at the resonant operating point determined by calculation is described to diagnose whether the voltage transformer enters the resonant operating point or not. In order to realize the real-time detection and diagnosis of ferroresonance, it is necessary to judge whether the voltage transformer is close to the resonant working point when the neutral point of the ungrounded system fluctuates.

【技术实现步骤摘要】
一种中性点不接地系统铁磁谐振实时检测与诊断的方法本专利技术涉及中性点不接地配电网运行安全领域，尤其是涉及电力系统波动时铁磁谐振的诊断。
技术介绍
铁磁谐振是电力系统运行中产生过电压的主要诱因之一，近年来在中低压配电网中频繁发生；国内外学者对铁磁谐振产生过程与计算方法开展了大量研究，并提出了抑制谐振的措施，但是某些措施的应用效果不佳，且观点不一。分析原因为，铁磁谐振的数学模型不够完善，导致对谐振抑制方法的分析有失偏颇。在中性点不接地配电网络中，电磁式电压互感器(TV)被广泛用于监视系统对地电压。近年来，由于电缆大量使用，网架结构和负荷类型愈加复杂；线路投切和发生单相短路故障时，容易造成变压器或互感器铁心饱和，线圈感抗值降低与系统对地电容回路发生谐振，引发铁磁谐振过电压，危害电网安全稳定运行。因此准确计算铁磁谐振过电压及分析其影响因素具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了保证电网安全稳定运行，能够实时的准确诊断铁磁谐振而提供的一种新方法。该方法利用铁磁谐振电感-电容并联谐振计算模型，分析系统发生扰动时，电压互感器是否会进入谐振工作点从而引发整个系统发生谐振，同时依据电感-电容并联谐振计算谐振工作点磁通数值，提出一种新的铁磁谐振实时检测与诊断方法，预测其可能存在的潜在风险，从而提前做好检修准备或预防工作。，为实现上述目的，可以通过以下技术方式来实现：中性点不接地系统铁磁谐振实时检测与诊断的新方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1根据铁磁谐振电感-电容并联谐振计算模型，建立谐振回路微分方程，推导铁磁谐振工作点的计算方法，求解系统谐振工作点处电压互感器的电压、电流值；步骤2根据电磁式电压互感器磁化曲线的拟合公式，计算系统谐振工作点处电压互感器磁通有效值；步骤3针对实际配电网，实时检测电压互感器的励磁电流，进而根据电压互感器磁化曲线计算磁通有效值；步骤4将步骤3计算的电压互感器磁通有效值与步骤2计算的谐振工作点磁通有效值比较，当电压互感器磁通有效值超过谐振工作点磁通有效值时，认为配电网发生铁磁谐振。附图说明图1为本专利技术的铁磁谐振实时检测流程图。图2为本专利技术的中性点不接地系统等效并联谐振模型图。图3为本专利技术的φ-i特性数据拟合曲线图。图4为本专利技术的中性点不接地系统实际线路模型图。图5为本专利技术的电压互感器磁通曲线图。图6为本专利技术的中10kV母线电压波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。如图1所示，中性点不接地系统铁磁谐振实时检测与诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1根据电路相关理论，根据铁磁谐振电感-电容并联谐振计算模型，建立谐振回路微分方程，并推导了铁磁谐振工作点的计算方法；其具体过程包括：等效铁磁谐振的并联电路模型如图2所示其中，E为电源电势，XS为电源电抗，C为系统对地电容，L和R分别为电压互感器等效电感和电阻，采用串联形式表示电压互感器模型。和分别是XS和电压互感器两端电压，iL是电压互感器励磁电流。非线性电感L的磁化特性如下式所示iL＝f(φ)＝aφ+bφ3+…+φk(k＝5,...,2n-1)(1)式中，φ为变压器磁链，ω为系统频率。一般在k＝3的情况下对励磁电流进行分析，此时磁化特性公式如下。其中，a、b>0，φ是电压互感器磁通。可以得到和的表达式：设利用基尔霍夫电压定律(KVL)得到回路微分方程：利用谐波平衡法，将非线性方程的解设为各次谐波叠加的形式，仅取基波分量，忽略其他谐波分量。假设：代入回路微分方程，仅保留基频分量，并利用三角关系处理，得到：式(7)为关于φ2的三次方程，忽略电感电阻R的影响，令x＝φ2，转化为关于x的一元三次方程f(x)。对该方程求导，得到导函数判别式：Δ＝482b2[XS(aXS-CXSω2)+48bω]2-108(b2ω2+b2XS2)[(aXS-CXSω2)2+1](8)满足aXS-CXSω2≤0时，Δ≤0。则f(x)为单调递增函数。f(x)的二次导函数f”(x)判别式：Δ'＝48bXS(aXS-CXSω2)+48bω≥0(9)此时方程φ无实根，即系统不存在谐振工作状态，不存在φ满足KVL方程，即使出现扰动使φ发生变化，也因回路不存在谐振工作点而被电源E调控，从而抑制扰动。化简为a≥Cω2。所以只有满足a≥Cω2，才可能产生基波铁磁谐振。将式(2)对t求导，初始条件时，可得根据电感元件特性求导得因此初始条件下，可得其中L0是TV非线性电感的初始电感，谐振条件可改为物理意义是TV一次侧非线性电感值大于系统对地电容值是铁磁谐振发生的必要条件。步骤2对实际配电网线路参数进行等值计算，求解系统谐振工作点处电压互感器的电压、电流值并根据步骤3电磁式电压互感器磁化曲线的拟合公式，计算系统谐振工作点处电压互感器磁通有效值。(1)电压互感器磁化特性选用10kV母线电压互感器的φ-i特性数据如表1所示。表1电压互感器φ-i特性数据利用式(1)拟合后磁化特性曲线，拟合结果如图3所示。均方根误差5.802，拟合优度为0.9648，拟合度较高。拟合后φ-i函数表达式为iL＝-0.5229φ+0.001031φ3，即a＝-0.5229，b＝0.001031。(2)线路参数模型选取某电网10kV配电线路如图4所示，电源为35kV，经过变压器连接到10kV母线。电源电抗XS为5.292，系统对地电容C为20uF。10kV母线电压互感器采用开口三角接线方式，高压侧中性点直接接地。(3)谐振点磁通计算将上文的参数带入公式(7)(9b2ω2+9b2XS2)φ6+[24bXS(aXS-CXSω2)+24bω]φ4+16[(aXS-CXSω2)2+1]φ2-32E2＝0计算，得到磁通φ的数值解36.91Wb。当线路切换运行方式，发生单相接地故障或者其它故障使电压升高、电流增大，使电压互感器磁通饱和，磁通增加至36.91Wb时，达到谐振工作点，就会在上述计算的线路模型中发生铁磁谐振。步骤4编写程序对电压互感器磁通值进行实时计算，与步骤3公式计算的谐振工作点磁通比较，诊断电压互感器是否超过谐振工作点，激发谐振。基于磁化特性曲线检测的方法，通过测试电压互感器电压-电流(U-I)数据，转换成式(1)所示磁通和励磁电流三次经验公式，根据实测的电压互感器励磁电流值，计算磁通有效值，并结合上文公式计算出谐振工作点磁通，判断仿真模型在扰动的情况下，电压互感器是否会进入谐振工作点，进而诊断是否激发铁磁谐振。具体流程如图1所示。利用PSCAD/EMTDC软件建立铁磁谐振仿真模型，验证所提出诊断方法的有效性。搭建仿真模型，设置线路0.2s时发生A相短路故障，故障持续时间0.2s。得到电压互感器磁通曲线如图5所示。由图可知，当系统发生扰动时，电压互感器发生过电压和过电流，磁通有效值增大，达到上文计算谐振工作点即φset＝36.91Wb后激发铁磁谐振，电流和电压突增，整个系统发生铁磁谐振。10kV母线电压波形如图6所示。单相故障消失后，母线电压发生剧烈波动，峰值约为正常电压值1.4倍。因此，基于磁通有效值计算的铁磁谐振检测和诊断方法有一定的实际意义，与上文公式计算方法相结合，在实际线路中对于铁磁谐振进行实时检测。本专利技术通过电感-电容并联模型数值算方法，求解系统谐振工作点，分析影响谐振因素，并在电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中性点不接地系统铁磁谐振实时检测与诊断方法，其特征在于，包括：步骤1根据铁磁谐振电感‑电容并联谐振计算模型，建立谐振回路微分方程，推导铁磁谐振工作点的计算方法，求解系统谐振工作点处电压互感器的电压、电流值；步骤2根据电磁式电压互感器磁化曲线的拟合公式，计算系统谐振工作点处电压互感器磁通有效值；步骤3针对实际配电网，实时检测电压互感器的励磁电流，进而根据电压互感器磁化曲线计算磁通有效值；步骤4将步骤3计算的电压互感器磁通有效值与步骤2计算的谐振工作点磁通有效值比较，当电压互感器磁通有效值超过谐振工作点磁通有效值时，认为配电网发生铁磁谐振。

【技术特征摘要】
1.一种中性点不接地系统铁磁谐振实时检测与诊断方法，其特征在于，包括：步骤1根据铁磁谐振电感-电容并联谐振计算模型，建立谐振回路微分方程，推导铁磁谐振工作点的计算方法，求解系统谐振工作点处电压互感器的电压、电流值；步骤2根据电磁式电压互感器磁化曲线的拟合公式，计算系统谐振工作点处电压互感器磁通有效值；步骤3针对实际配电网，实时检测电压互感器的励磁电流，进而根据电压互感器磁化曲线计算磁通有效值；步骤4将步骤3计算的电压互感器磁通有效值与步骤2计算的谐振工作点磁通有效值比较，当电压互感器磁通有效值超过谐振工作点磁通有效值时，认为配电网发生铁磁谐振。2.根据权利要求1所述的铁磁谐振电感-电容并联谐振计算模型，建立谐振回路微分方程，推导铁磁谐振工作点的计算方法，求解系统谐振工作点处电压互感器的电压、电流值，其特征在于，和分别是XS和电压互感器两端电压，iL是电压互感器励磁电流。非线性电感L的磁化特性如下式所示iL＝f(φ)＝aφ+bφ3+…+φk(k＝5,...,2n-1)(1)式中，φ为变压器磁链，ω为系统频率。一般在k＝3的情况下对励磁电流进行分析，此时磁化特性公式如下。其中，a、b>0，φ是电压互感器磁通。可以得到和的表达式：设利用基尔霍夫电压定律(KVL)得到回路微分方程：利用谐波平衡法，将非线性方程的解设为各次谐波叠加的形式，仅取基波分量，忽略其他谐波分量。假设：代入回路微分方程，仅保留基频分量，并利用三角关系处理，得到：式(7)为关于φ2的三次方程，忽略电感电阻R的影响，令x＝φ2，转化为关于x的一元三次方程f(x)。对该方程求导，得到导函数判别式：Δ＝482b2[XS(aXS-CXSω2)+48bω]2-108(b2ω2+b2XS2)[(aXS-CXSω2)2+1](8)满足aXS-CXSω...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈继明，李加才，荣若飞，王元皓，朱明晓，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37