小接地電流系統(tǒng)單相間歇性弧光接地過電壓抑制方法

楊海運(yùn)， 岳國(guó)良， 金欣明， 閆柯柯， 宮艷朝， 張建軍

(1.國(guó)網(wǎng)邯鄲供電公司，河北 邯鄲 056035；2. 國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司，河北 石家莊 050000；3.河北偉正電力技術(shù)有限公司，河北 邯鄲 056001)

0 引 言

由于干擾和過壓等因素的影響，小接地電流系統(tǒng)容易出現(xiàn)單相間歇性弧光接地過電壓輸出振蕩，使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定性差[1-2]，因此需要進(jìn)行小接地電流系統(tǒng)的過電壓抑制，從而降低小接地電流系統(tǒng)的輸出過壓振蕩性，提高該系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。對(duì)于小接地電流系統(tǒng)單相間歇性弧光接地過電壓抑制方法的研究已經(jīng)受到人們的廣泛關(guān)注[3-4]。文獻(xiàn)[5]提出基于自動(dòng)補(bǔ)償?shù)男〗拥仉娏飨到y(tǒng)單相間歇性弧光接地過電壓抑制方法。文獻(xiàn)[6]提出基于電壓偏置的小接地電流系統(tǒng)單相間歇性弧光接地過電壓抑制方法，但這兩種方法的抗干擾能力不好，實(shí)際應(yīng)用效果并不理想。

針對(duì)上述問題，本文提出新的小接地電流系統(tǒng)單相間歇性弧光接地過電壓抑制方法。

1 接地過電壓傳輸參數(shù)辨識(shí)模型和均衡調(diào)節(jié)

1.1 參數(shù)辨識(shí)模型

假設(shè)電壓輸出的電容電壓紋波序列為s1(t),s2(t),…,sL(t)，在低開關(guān)損耗和電磁干擾下[7]，通過濾波電感參數(shù)控制方法獲取傳輸功率動(dòng)態(tài)變化時(shí)的等效電路，如圖1所示。

在圖1所示的等效電路模型中，通過方波電壓振蕩抑制方法進(jìn)行輸出穩(wěn)定性調(diào)節(jié)[8]，得到弧光接地過電壓的輸出特征參數(shù)，計(jì)算公式如式(1)所示。

圖1 小接地電流系統(tǒng)的等效電路

(1)

式中：ψ為電壓振蕩系數(shù)；Δ為過電壓判斷特征參數(shù)；Rdc為電路輸入電壓；ω為電路輸出電壓；I流過該電路的電流總量。

則ψ、Δ、Rdc的計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

(4)

式中:p為電壓振蕩幅度[9]；deff為過電壓閾值；δ0為初始電壓；ρ為穩(wěn)態(tài)電壓擾動(dòng)系數(shù)；dc為電壓測(cè)量誤差；N為電壓波動(dòng)幅值。

通過直流電流紋波控制，電壓傳感器陣元由N=2P分布線列陣構(gòu)成的諧振頻率。

(5)

式中：si(t)為小接地電流系統(tǒng)橋臂功率;nm(t)為可調(diào)范圍內(nèi)的開關(guān)頻率；φmi為直流分量;ejφmi為直流非穩(wěn)態(tài)分量。

對(duì)電壓信息進(jìn)行優(yōu)化辨識(shí)，得到參數(shù)解析的點(diǎn)分布模型滿足：

(6)

式中：D為過電壓特征值[10]；λ為驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

根據(jù)上述分析，構(gòu)建接地過電壓參數(shù)辨識(shí)模型：

(7)

式中:μr1與μr2分別為過電壓初始值與穩(wěn)態(tài)值；μ0為電壓初值幅值；β為電壓變化率。

1.2 電壓均衡調(diào)節(jié)

(8)

在最大功率點(diǎn)處進(jìn)行過電壓抑制，得到模塊電容α=pπ/2，功率為N的傳輸算子。結(jié)合上下橋臂電荷守恒控制方法，得到升壓場(chǎng)合下過電壓的均衡調(diào)節(jié)函數(shù)，表示為：

(9)

2 單相間歇性弧光接地過電壓抑制

2.1 振蕩波束控制

在經(jīng)過電壓均衡調(diào)節(jié)之后，根據(jù)伏-秒平衡原理，進(jìn)行單相間歇性弧光接地過電壓保護(hù)，結(jié)合變壓器連接器穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的方法，得到穩(wěn)態(tài)電壓輸出信號(hào)主y(t)，表達(dá)為：

(10)

采用電壓調(diào)制方法進(jìn)行過電壓的耦合處理，在某一線路區(qū)域t內(nèi)得到過電壓分量x(t)的p階Fourier變換分量，可以用Xp(t)或FPx(t)表示，根據(jù)相鄰子模塊互補(bǔ)分析方法獲取得到過電壓的振蕩特征統(tǒng)計(jì)量，表達(dá)為：

(11)

式中：p為Fourier變換的階數(shù);Kp(t,u)為相鄰子模塊互補(bǔ)分析函數(shù)。

結(jié)合上述分析，建立過電壓振蕩波束控制模型，表達(dá)為：

(12)

式中：Yp(t)為振蕩波束特征向量。

2.2 過電壓保護(hù)及抑制

采用混失真補(bǔ)償方法進(jìn)行單相間歇性弧光接地的過壓保護(hù)，得到諧波整流擾動(dòng)輸出為：

(13)

式中：Zp為電壓輸出特征量；Zs為諧波整流擾動(dòng)分量。Zp、Zs如式(14)、式(15)所示。

(14)

(15)

式中:Rp為輸入電壓與輸出電壓之差；Req為諧波整流擾動(dòng)系數(shù);Xs為擾動(dòng)幅值。

單相間歇性弧光接地過電壓的飽和跟蹤誤差為：

(16)

結(jié)合如上分析，通過逆變側(cè)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，結(jié)合小接地電流系統(tǒng)單相間歇性弧光過壓的整流側(cè)定功率，得到過電壓抑制函數(shù)，如式(17)所示。

(17)

式中：rr為逆變側(cè)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)參量；lm為整流側(cè)定功率變化率;k1與kβ分別為不同的過電壓抑制系數(shù)。

3 仿真測(cè)試

為驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的小接地電流系統(tǒng)單相間歇性弧光接地過電壓抑制方法的優(yōu)異性能，進(jìn)行仿真試驗(yàn)測(cè)試。試驗(yàn)中，設(shè)定整流側(cè)定功率為25 kW，小接地電流系統(tǒng)的輸出平均功率為12 kW，諧振電流為200 A，限流電感為22 mH，輸入濾波電感為20 mH。

根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行單相間歇性弧光接地過電壓抑制，得到小接地電流系統(tǒng)的直軸、交軸分量的電流和電壓如圖2所示。

圖2 小接地電流系統(tǒng)的直軸、交軸分量的電流和電壓波形

根據(jù)圖2的電流振蕩分布，進(jìn)行單相間歇性弧光接地過電壓抑制，得到輸出的電壓仿真圖，如圖3所示。

圖3 輸出的電容電壓仿真圖

分析圖3可知，通過本文所設(shè)計(jì)方法的接地過壓保護(hù)及抑制，提高了小接地電流系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性，直流電流波動(dòng)較小，過壓保護(hù)能力較強(qiáng)。

在此基礎(chǔ)上測(cè)試電壓抑制波紋，如圖4所示。

圖4 單相間歇性弧光接地過電壓抑制波紋圖

分析圖4得知，本文方法能有效抑制單相間歇性弧光接地過電壓，小接地電流系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性較好，抗干擾能力較強(qiáng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出基于電壓自均衡直接耦合控制的小接地電流系統(tǒng)單相間歇性弧光接地過電壓抑制方法。通過方波電壓振蕩抑制方法進(jìn)行小接地電流系統(tǒng)輸出穩(wěn)定性調(diào)節(jié)，根據(jù)伏-秒平衡原理進(jìn)行弧光接地過電壓保護(hù)，在最大功率點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)過電壓抑制。結(jié)果表明，本文方法能夠?qū)π〗拥仉娏飨到y(tǒng)單相間歇性弧光接地過電壓進(jìn)行有效抑制，提高該系統(tǒng)的過電壓保護(hù)能力，實(shí)際應(yīng)用效果更好。