一种页岩气田配电网的谐振过电压综合辨识与治理方法技术

本发明专利技术公开了一种页岩气田配电网的谐振过电压综合辨识与治理方法，方法对页岩气田配电网各节点进行实时阻抗扫频和频率阻抗比较，若当前节点频率阻抗小于预设频率阻抗，则对下一节点进行阻抗扫频和频率阻抗比较；若当前节点频率阻抗大于预设频率阻抗，则该节点进行节点电压判断，并根据判断结果进行谐波抑制处理；实时监测各节点母线零序电压和零序分量，筛选出发生铁磁谐振的节点；对发生铁磁谐振的节点母线零序电压进行FFT分解，获得铁磁谐振频率后利用有源逆变装置对该节点进行铁磁谐振抑制。本发明专利技术可以辨识与治理涉及电压裂泵及网电钻机等阶段性负荷的页岩气田配电网谐振过电压，且操作简单，不影响配电网的正常运行及页岩气田的正常生产。及页岩气田的正常生产。及页岩气田的正常生产。

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气田配电网的谐振过电压综合辨识与治理方法


[0001]本专利技术涉及电力系统安全性分析领域，尤其涉及一种电压裂泵及 网电钻机等阶段性负荷的页岩气田配电网谐振过电压综合辨识及治 理的方法。

技术介绍

[0002]谐振过电压问题一直是电力系统中常见的问题之一。随着页岩气 田中大功率电压裂泵、网电钻机等阶段性负荷及其配套变频设备的投 入使用，电力系统呈现出愈专利技术显的电力电子特性，大量谐波引入配 电网中，在特定频率下极易诱发谐波谐振，使得该频率下的阻抗值极 大，只需一个很小的电流值，就会引发极大的电压值，造成谐波谐振 过电压，影响设备正常运行甚至烧毁设备；电压裂泵、网电钻机等阶 段性负荷运行情况具有不确定性，加之受到同馈线其他负载变化影响， 整个页岩气田配电网拓扑结构处于不断变化中，在一定情况容性、感 性阻抗匹配会引发铁磁谐振，铁磁谐振发生在电磁式电压互感器(PT) 中引起饱和过电流，过电流值可能会达到PT额定励磁电流的几十倍， 极易造成PT烧毁，同时铁磁谐振过电压持续时间较长，容易引起相 关设备烧毁，甚至造成停电，严重影响页岩气田配电网的稳定运行， 对页岩气田的正常生产造成很大的影响。
[0003]网电钻机、电压裂泵等清洁开采技术在页岩气开采中大规模应用 尚属首次，由此带来的页岩气田中的谐振过电压问题亟需进一步研究 与治理。国内外学者在长期研究谐波谐振、铁磁谐振的基础上，提出 了一些列治理措施及相应的消谐装置，这些措施及装置主要可以分为 两大类：一是改变电网结构参数，使电网远离谐振发生条件，避免谐 振的发生；二是消耗谐振过电压产生的能量，避免过电压对电网造成 进一步的破坏。但是两类方法存在应用场景单一、抑制盲区较大、灵 活性差及成本过高等问题，并不完全适用于页岩气田配电网谐振过电 压问题的治理。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种页岩气田配电 网的谐振过电压综合辨识与治理方法，可以辨识与治理计及电压裂泵 及网电钻机等阶段性负荷的页岩气田配电网谐振过电压，且操作简单， 不影响配电网的正常运行及页岩气田的正常生产。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]一种页岩气田配电网的谐振过电压综合辨识与治理方法，包括：
[0007]S1，对页岩气田配电网各节点进行实时阻抗扫频，并对每个节点 的节点频率阻抗与预设频率阻抗进行比较，若当前节点频率阻抗小于 预设频率阻抗，则对下一节点进行阻抗扫频和频率阻抗比较；若当前 节点频率阻抗大于预设频率阻抗，则进入步骤S2；
[0008]S2，按照预设的谐波抑制电压对大于预设频率阻抗的节点进行节 点电压判断，并根据判断结果进行谐波抑制处理；
[0009]S3，实时监测各节点母线零序电压、PT一次开口侧电压零序分 量和一次侧电流零序分量，按照铁磁谐振判断条件筛选出发生铁磁谐 振的节点；
[0010]S4，对发生铁磁谐振的节点母线零序电压进行FFT分解，获得 铁磁谐振频率；
[0011]S5，利用有源逆变装置和铁磁谐振频率对发生铁磁谐振的节点进 行铁磁谐振抑制。
[0012]具体的，步骤S2具体为：对大于预设频率阻抗的节点进行节点 电压判断：若节点电压低于0.4kV，则在该节点容易产生谐波诱发谐 波谐振处安装有源滤波器，滤除各个频率段的谐波；若节点电压高于 10kV，则在该节点容易产生谐波诱发谐波谐振处安装无源滤波器， 滤除容易诱发谐振的特定频率的谐波。本专利技术的预设频率阻抗为 1000
′
Ω。
[0013]进一步的，无源滤波器采用单调谐滤波器模型，其谐波阻抗值表 示为：
[0014][0015]上式中，Z
LCh
为单调谐滤波器的谐波阻抗值，R
LC
、X
L
、X
C
分别 为单调谐滤波器基波电阻、感抗、容抗，h为单调谐滤波器的滤波次 数。
[0016]进一步的，滤除容易诱发谐振的特定频率的谐波过程包括：在滤 除特定频率的谐波时，满足该特定频率下Z
LCh
最小，即满足：
[0017][0018]此时，单调谐滤波器的滤波次数为：
[0019][0020]此时单调谐滤波器的品质因数为：
[0021][0022]式中，ω
h
为单调谐滤波器的谐振角频率，品质因数Q的取值范围为30Q 100；
[0023]当滤除h次谐波时，确定单调谐滤波器的无功补偿容量Q
F
，则 电容器容量为：
[0024]电容基波容抗为：
[0025]电感基波电抗为：
[0026]串联电阻为：
[0027]根据无源滤波器的配置原则，品质因数Q取值为30。
[0028]具体的，步骤S5具体为：在当前节点发生铁磁谐振时，通过有 源逆变装置向配电网节点中注入频率与铁磁谐振频率相同的零序电 流信号，通过实时改变注入零序电流信号的幅值及相位，使得该节点 零序电压值为零，从而抑制铁磁谐振。
[0029]进一步的，铁磁谐振判断条件为：在当前节点的PT一次开口侧 电压零序分量与一次侧电流零序分量小于该节点的额定相电压与额 定相电流的10％时，判定该节点发生铁磁谐振。
[0030]本专利技术的有益效果：本专利技术采用DIgSILENT及PSCAD软件对 所述方法在计及电压裂泵及网电钻机的页岩气田配电网中进行仿真 分析，从仿真结果可以看出，本专利技术提出的谐振过电压辨识及治理方 法能够有效找到容易诱发谐波谐振的节点并及时进行治理，降低谐波 可能引起的谐波谐振过电压，在铁磁谐振发生后能够快速释放积累的 暂态能量，有效降低过电压水平，减少故障恢复时间。
附图说明
[0031]图1是本专利技术的方法流程图；
[0032]图2为页岩气田配电网谐振过电压辨识与治理方法实现流程图；
[0033]图3为页岩气田配电网单个系统内部频率扫描结果示意图；
[0034]图4为页岩气田配电网各个节点频率扫描结果示意图；
[0035]图5为铁磁谐振抑制原理示意图；
[0036]图6为发生铁磁谐振时35kV电压互感器开口侧电压波形图；
[0037]图7为发生铁磁谐振时35kV电压互感器一次侧励磁电流波形图；
[0038]图8为发生铁磁谐振时35kV母线电压波形图；
[0039]图9为治理后35kV电压互感器开口侧电压波形图；
[0040]图10为治理后35kV电压互感器一次侧励磁电流波形图；
[0041]图11为治理后35kV母线电压波形图。
具体实施方式
[0042]为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解， 现对本专利技术的技术方案精选以下详细说明。显然，所描述的实施案例 是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例，不能理解为对本专利技术可 实施范围的限定。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩气田配电网的谐振过电压综合辨识与治理方法，其特征在于，包括：S1，对页岩气田配电网各节点进行实时阻抗扫频，并对每个节点的节点频率阻抗与预设频率阻抗进行比较，若当前节点频率阻抗小于预设频率阻抗，则对下一节点进行阻抗扫频和频率阻抗比较；若当前节点频率阻抗大于预设频率阻抗，则进入步骤S2；S2，按照预设的谐波抑制电压对大于预设频率阻抗的节点进行节点电压判断，并根据判断结果进行谐波抑制处理；S3，实时监测各节点母线零序电压、PT一次开口侧电压零序分量和一次侧电流零序分量，按照铁磁谐振判断条件筛选出发生铁磁谐振的节点；S4，对发生铁磁谐振的节点母线零序电压进行FFT分解，获得铁磁谐振频率；S5，利用有源逆变装置和铁磁谐振频率对发生铁磁谐振的节点进行铁磁谐振抑制。2.根据权利要求1所述的一种页岩气田配电网的谐振过电压综合辨识与治理方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：对大于预设频率阻抗的节点进行节点电压判断：若节点电压低于0.4kV，则在该节点容易产生谐波诱发谐波谐振处安装有源滤波器，滤除各个频率段的谐波；若节点电压高于10kV，则在该节点容易产生谐波诱发谐波谐振处安装无源滤波器，滤除容易诱发谐振的特定频率的谐波。3.根据权利要求2所述的一种页岩气田配电网的谐振过电压综合辨识与治理方法，其特征在于，所述无源滤波器采用单调谐滤波器模型，其谐波阻抗值表示为：上式中，Z
LCh
为单调谐滤波器的谐波阻抗值，R
LC
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟良，刘奇，吴学兵，李书应，宋东斌，任魁杰，丁桥，洪亮，姚林，储春，付亦升，韩斌，柳硕，周兵，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司华东油气分公司中石化重庆页岩气有限公司，
类型：发明
国别省市：