一种合闸涌流保护的剩磁相角分析方法

技术领域

本发明涉及励磁涌流限制方法技术领域，尤其涉及一种合闸涌流保护的剩磁相角分析方法。

背景技术

空载变压器在合闸操作时将会产生较高幅值的励磁涌流，并向电力网中注入各次谐波，引起电流、电压的畸变，可能对电网生产运行产生不利影响，如造成直流闭锁或产生过电压现象等，因此探究限制变压器励磁涌流的措施，对于确保电网可靠运行及相关电网设备安全，具有重要意义。

相控的概念最早在20世纪70年代被人提出，从20世纪90年代开始，相控开关逐渐在国外实现了广泛应用；应用于变压器的选相投切技术，是综合考虑对合闸瞬时的电压相位进行选择，避免铁芯磁通在变压器投入时达到饱和状态，进而实现削减励磁涌流的目的。目前市面上常见的基于选相投切技术的变压器合闸励磁涌流抑制方法或相关装置，虽也能起到抑制励磁涌流大小的作用，但是并无法实现在抑制控制过程中准确、便捷确定剩磁大小及最佳合闸相角，基于此，本发明提出了一种合闸涌流保护的剩磁相角分析方法。

发明内容

本发明目的在于提出一种合闸涌流保护的剩磁相角分析方法以解决现有技术无法在抑制控制过程中准确、便捷确定剩磁大小及最佳合闸相角的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种合闸涌流保护的剩磁相角分析方法，包括以下步骤：

S1、根据变压器合闸励磁涌流原理，变压器以角形接线方式接入回路中，将合闸母线电压用U

ψ＝-ψ

其中，ψ

S2、基于S1中的磁链自由分量对变压器饱和程度的影响机理，结合变压器选相投切技术，选择合适的合闸相位，分析变压器无剩磁条件下选相合闸策略；

S3、基于S1中的磁链自由分量对变压器饱和程度的影响机理，结合变压器选相投切技术，选择合适的合闸相位，分析变压器有剩磁条件下选相合闸策略；

S4、对变压器首相采用直流分量补偿方法进行限制，结合S2～S3中所提出的合闸策略，进一步分析直流分量补偿与选相投切相结合的合闸策略；

S5、基于S4中所提到的直流分量补偿方法，在其回路中，合闸前向低压侧注入一定幅值的预励磁电流，使变压器的磁链达到某一恒定值，再进一步结合S2～S3中所提出的合闸策略，分析预励磁与选相投切相结合的合闸策略；

S6、利用仿真模拟工具对S2～S5中所提出的合闸策略进行仿真模拟，验证各合闸策略的可行性，实现通过控制合闸相角限制合闸励磁涌流的目的。

优选地，所述S2具体包括以下内容：

S2.1、单相变压器无剩磁条件下的选相策略：根据(1)式可知，在无剩磁条件下，磁链的自由分量为ψ

S2.2、三相变压器无剩磁条件的选相策略：三相分别合闸，首先合闸的单相在电压峰值操作，与上述S2.1中操作一致；首相合闸后，在关合时长达到1/4个工频周期时，将另外两相合闸。

优选地，所述S3具体包括以下内容：

S3.1、单相变压器有剩磁条件下的选相策略：根据(1)式可知，计算令磁链自由分量ψ

S3.2、三相变压器有剩磁条件的选相策略：三相分别合闸，拟定A相剩磁为0，B相剩磁小于0，C相剩磁大于0，若A相先到达理想时间点，则A相则在电压峰值点合闸；首相合闸后，在关合时长达到1/8个工频周期时，将另外两相合闸。

优选地，所述S4具体包括以下内容：

将直流补偿回路以角形接线方式接入各相变压器低压侧，对变压器首相采用直流分量补偿方法进行限制，仅首相合闸时，补偿回路仅首相侧支路输出直流电流，其余两相支路相当于开路，在励磁电流的直流分量衰减至较低水平时，对另外两相进行合闸，合闸时刻选择为S2或S3中所确定的最佳合闸点。

优选地，所述S6中所使用的仿真模拟工具为PSCAD/EMTDC。

与现有技术相比，本发明提供了一种合闸涌流保护的剩磁相角分析方法，具备以下有益效果：

本发明基于变压器合闸过程中磁链的饱和特性，结合变压器选相投切技术，分析了单相变压器和三相变压器在无剩磁和有剩磁条件下的合闸策略，基于该合闸策略，进一步分析提出了直流分量动态补偿与选相控制相结合的合闸策略，即首合相在合闸后采用直流分量动态补偿控制，使该相涌流快速衰减；后合相主要通过相位控制减小涌流幅值，并结合直流分量补偿控制加速其衰减；更进一步地提出预励磁与选相控制相结合的合闸策略，在合闸前，通过直流补偿回路施加一定的稳态预励磁电流，从而预置变压器的剩磁值，并在合闸时采用相位控制以抑制合闸涌流。除此之外，对上述合闸策略进行了仿真模拟，验证各合闸策略的可行性，实现通过控制合闸相角限制合闸励磁涌流的目的。

附图说明

图1为本发明实施例1中无剩磁条件下三相合闸相位示意图；

图2为本发明实施例1中有剩磁条件下三相合闸相位示意图；

图3为本发明实施例1中直流分量补偿与选相投切相结合的合闸策略示意图；

图4为本发明实施例1中预励磁与选相投切相结合的合闸策略示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

一种合闸涌流保护的剩磁相角分析方法，包括以下步骤：

S1、根据变压器合闸励磁涌流原理，将合闸母线电压用U

ψ＝-ψ

其中，ψ

S2、基于S1中的磁链自由分量对变压器饱和程度的影响机理，结合变压器选相投切技术，选择合适的合闸相位，分析变压器无剩磁条件下选相合闸策略；具体包括以下内容：

S2.1、单相变压器无剩磁条件下的选相策略：根据(1)式可知，在无剩磁条件下，磁链的自由分量为ψ

S2.2、三相变压器无剩磁条件的选相策略：三相分别合闸，首先合闸的单相在电压峰值操作，与上述S2.1中操作一致；首相合闸后，由于低压角接线圈的耦合作用，后两相的电压相等，其电压幅值与首合相相比为1/2，相位则与首合相恰恰相反；在关合时长达到1/4个工频周期时(如图1所示)，由于A相感应到B/C相所感应生成的磁通，等于B/C相母线电压产生的强制磁通，使得B/C相产生的自由分量为0，励磁涌流可以忽略，此时将另外两相合闸；

S3、基于S1中的磁链自由分量对变压器饱和程度的影响机理，结合变压器选相投切技术，选择合适的合闸相位，分析变压器有剩磁条件下选相合闸策略；具体包括以下内容：

S3.1、单相变压器有剩磁条件下的选相策略：根据(1)式可知，计算令磁链自由分量ψ

S3.2、三相变压器有剩磁条件的选相策略：三相分别合闸，拟定A相剩磁为0，B相剩磁小于0，C相剩磁大于0，若A相先到达理想时间点，则A相则在电压峰值点合闸，此时变压器B、C相的磁通演变情况如图2所示，图2中M、N可作为B、C相的理想合闸点；但M点相较于N点受到合闸时间分散性的影响程度明显要更弱一些，因此M点为B、C相的最佳合闸点，即首相合闸后，在关合时长达到1/8个工频周期时，将另外两相合闸；

S4、对变压器首相采用直流分量补偿方法进行限制，结合S2～S3中所提出的合闸策略，进一步分析直流分量补偿与选相投切相结合的合闸策略；请参阅图3，具体包括以下内容：

对变压器首相采用直流分量补偿方法进行限制，在励磁电流的直流分量衰减至较低水平时，对另外两相进行合闸，合闸时刻选择为S2或S3中所确定的最佳合闸点；

S5、请参阅图4，基于S4中所提到的直流分量补偿方法，在其回路中，合闸前向低压侧注入一定幅值的预励磁电流，使变压器的磁链达到某一恒定值，再进一步结合S2～S3中所提出的合闸策略，分析预励磁与选相投切相结合的合闸策略；

S6、利用仿真模拟工具PSCAD/EMTDC对S2～S5中所提出的合闸策略进行仿真模拟，验证各合闸策略的可行性，实现通过控制合闸相角限制合闸励磁涌流的目的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。