一种基于谐波注入的小电流接地系统参数测量方法及系统

技术领域

本申请属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及配电网系统参数测量方法及系统。

背景技术

在3kV-66kV小电流接地系统中，经常需要获取准确的系统参数，一般包括线路容抗、消弧线圈阻尼电阻和感抗。目前已经存在一些方法可以计算获取这些参数，但是这些方法普遍需要多个频率的注入，对电力系统影响较大，同时提高了对注入设备的要求，且测量时间较长。

文献《谐振接地配电网对地绝缘参数双端谐振测量新方法》，喻锟等.电力系统自动化,2020,44(12):154-161.提出了一种谐振接地配电网对地绝缘参数双端谐振测量方法，该方法采用双电压互感器，通过消弧线圈内部电压互感器或零序电压互感器向配电网注入变频恒流特征信号，并从另一电压互感器测量返回的特征频率电压信号，对含阻尼电阻的零序谐振回路进行等效变换，搜索准确的系统谐振频率，实现了系统对地电容和对地泄漏电导的精确测算。文献《改进的配电网对地参数谐振测量方法》，曾祥君等.电力科学与技术学报,2020,35(03):3-11.提出一种改进的配电网对地参数谐振测量方法。通过在中性点接入变频恒流信号源,向配电网注入特征电流信号并实时测量零序电压互感器开口三角形处特征电压信号，可测得系统谐振频率；进而依据对地参数表达式实现配电网对地参数的测量。

中国专利CN112595896B《一种对地电容参数检测方法》利用多个广义积分器组成选频器，用于提取注入的频率信号；利用选频器从含有多种谐波成分的零序电压的信号中提取特定的频率信号；采用信号注入法测量对地电容的大小：利用频率发生电路在对地电容上注入不同频率信号，信号注入的步长为0.1Hz，持续时间为0.2s，通过振荡频率检测电路检测零序电压的最大值，得到谐振频率值；最后根据LC并联谐振的原理，计算对地电容的大小。中国专利申请CN112444703A《一种基于消弧线圈参数值未知时配电网对地参数谐振测量新方法》首先经中性点消弧线圈内部互感器，向配电网注入一个恒幅变频的小电流信号。通过外加的零序电压互感器检测中性点返回的电压信号，先完成配电网谐振频率的区间段测量，再采用离散试探法精确测量谐振频率以及对应的峰值电压返回值。再次由消弧线圈内部互感器向配电网注入一个恒幅恒频的异频小电流信号。记录此时对应的返回电压值。结合前后两次注入的小电流信号和返回零序电压信号，联立等式可以完成测量。

以上方法均需要注入多个频率，对注入源要求较高，且对系统影响较大，且测量时间较长。

发明内容

为解决现有技术存在的上述技术问题，本申请公开了一种基于谐波注入的配电网系统参数测量方法及系统，用于含消弧线圈的小电流接地系统中，通过注入源向系统中性点注入两种频率的电流，并测量两次注入后中性点电压，通过计算公式计算出配电网系统中的线路电容、消弧线圈电感和阻尼电阻参数值。

本发明具体采用以下技术方案。

一种基于谐波注入的小电流接地系统参数测量方法，用于含消弧线圈的小电流接地系统中，向系统中性点注入两种频率的电流，并测量两次注入后中性点电压，通过计算公式计算出配电网系统中的线路电容、消弧线圈电感和阻尼电阻参数值。

一种基于谐波注入的小电流接地系统参数测量方法，用于含消弧线圈的小电流接地系统中，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：设置向小电流接地系统中性点注入电流的注入源，并控制注入源先后两次向小电流接地系统中性点注入不同频率的电流；

步骤2：通过设置在注入源和小电流接地系统中性点之间的注入电流互感器，以及小电流接地系统母线电压互感器分别测量得到前后两次注入不同频率的电流值I

步骤3：定义G

步骤4：计算小电流接地系统中性点和地之间端口网络的阻感系数h；

其中，f

步骤5：按照以下公式计算小电流接地系统参数：

ωL＝hR

其中，ωC为小电流接地系统配电网在工频下的容抗值，R为消弧线圈的阻尼电阻值，ωL为在工频下消弧线圈的电抗值。

本发明进一步包括以下优选方案：

在步骤1中，前后两次注入小电流接地系统中性点的电流频率范围应在[5,400]Hz之间,注入电流一次值幅值范围为[2,10]A之间。

两次注入中性点的电流频率差不应小于15Hz。

在步骤3中，通过下式计算得到中性点和地之间端口网络的等效电导和等效电纳，

其中，

本申请还同时公开了一种利用前述测量方法的小电流接地系统参数测量系统，包括注入源、注入电流互感器、母线电压互感器、等效导纳计算模块、系数计算模块、系统参数计算模块；

设置向小电流接地系统中性点注入不同频率电流的注入源，在注入源和小电流接地系统中性点之间设置注入电流互感器；

控制注入源先后两次向中性点注入不同频率电流；

所述注入电流互感器检测注入电流值，所述母线电压互感器检测中性点电压值；

所述等效导纳计算模块根据两次注入的不同频率电流值以及中性点电压值计算得到两次不同频率下的小电流接地系统中性点和地之间端口网络的等效导纳值；

在系数计算模块中计算两次注入电流的频率系数，以及小电流接地系统中性点和地之间端口网络的阻感系数；

所述系统参数计算模块根据两次注入电流时的等效导纳值、频率系数和阻感系数计算得到小电流接地系统参数。

进一步优选的，

所述注入源注入中性点的电流频率范围应在[5,400]Hz之间,注入电流一次值幅值范围为[2,10]A之间。

两次注入中性点的电流频率差不应小于15Hz。

所述系数计算模块包括注入频率系数计算单元和配网阻感系数计算单元；

在注入频率系数计算单元中计算两次注入电流的频率分别相对于工频50Hz的倍数即注入电流的频率系数；

配网阻感系数计算单元根据两次注入电流的频率系数和两次注入电流下的等效导纳值计算得到小电流接地系统中性点和地之间端口网络的阻感系数。

所述系统参数计算模块根据两次注入电流时的配网等效电导值和电纳值、频率系数和阻感系数，计算得到小电流接地系统配电网在工频下的容抗值、消弧线圈的阻尼电阻值和消弧线圈的电抗值。

有益效果：本申请实施例提供的技术方案，仅仅通过注入两种频率电流，就可以准确测量出线路电容、消弧线圈阻尼电阻和电抗，对电网运行影响小，测量精度高，具备广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种基于谐波注入的小电流接地系统参数测量系统示意图；

图2是本申请实施例提供的简化电路模型示意图；

图3是本申请一种基于谐波注入的小电流接地系统参数测量方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1是本申请实施例提供的一种基于谐波注入的配电网系统参数测量系统示意图，通过向中性点O注入不同频率的I

如3所示，基于谐波注入的小电流接地系统参数测量方法包括以下步骤：

步骤1：设置向小电流接地系统中性点注入电流的注入源，并控制注入源先后向小电流接地系统中性点注入不同频率的电流；

作为优选实施例，前后两次注入小电流接地系统中性点的电流频率范围应在[5,400]Hz之间,注入电流一次值幅值范围为[2,10]A之间。而且两次注入中性点的电流频率差不应小于15Hz。

步骤2：通过设置在注入源和小电流接地系统中性点之间的注入电流互感器，以及小电流接地系统母线电压互感器分别测量得到前后两次注入不同频率的电流值I

步骤3：定义G

设ω为50Hz下系统角速度，配电网在50Hz下线路电容容抗为Z

对于上式右侧，定义系统零序导纳G

上式中下标x分别等于1和2，表示频率1和频率2，且I

根据上式，G

步骤4：计算小电流接地系统中性点和地之间端口网络的阻感系数h；

其中，f

步骤5：按照以下公式计算小电流接地系统参数：

ωL＝hR；

其中，ωC为小电流接地系统配电网在工频下的容抗值，R为消弧线圈的阻尼电阻值，ωL为消弧线圈的电抗值。

本申请还同时公开了一种利用前述测量方法的小电流接地系统参数测量系统，包括注入源、注入电流互感器、母线电压互感器、等效导纳计算模块、系数计算模块、系统参数计算模块；

设置向小电流接地系统中性点注入不同频率电流的注入源，在注入源和小电流接地系统中性点之间设置注入电流互感器；

控制注入源先后两次向中性点注入不同频率电流；

所述注入电流互感器检测注入电流值，所述母线电压互感器检测中性点电压值；

所述等效导纳计算模块根据两次注入的不同频率电流值以及中性点电压值计算得到两次不同频率下的小电流接地系统中性点和地之间端口网络的等效导纳值；

在系数计算模块中计算两次注入电流的频率系数，以及小电流接地系统中性点和地之间端口网络的阻感系数；

所述系统参数计算模块根据两次注入电流时的等效导纳值、频率系数和阻感系数计算得到小电流接地系统参数。

前后两次注入小电流接地系统中性点的电流频率范围应在[5,400]Hz之间,注入电流一次值幅值范围为[2,10]A之间。而且两次注入中性点的电流频率差不应小于15Hz。。

所述系数计算模块包括注入频率系数计算单元和配网阻感系数计算单元；

在注入频率系数计算单元中计算两次注入电流的频率分别相对于工频50Hz的倍数即注入电流的频率系数；

配网阻感系数计算单元根据两次注入电流的频率系数和两次注入电流下的等效导纳值计算得到小电流接地系统中性点和地之间端口网络的阻感系数。

所述系统参数计算模块根据两次注入电流时的配网等效电导值和电纳值、频率系数和阻感系数，计算得到小电流接地系统配电网在工频下的容抗值、消弧线圈的阻尼电阻值和消弧线圈的电抗值。

下面通过仿真来验证公式正确性：设仿真系统中，电容ωC＝0.0025Ω

从上表可见，计算结果误差均在1‰以下，能够满足实际应用需求。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。