高压智能开关快速切换不同属性负载控制策略

第49卷第12期 2015年力电子技术 01492 015 高压智能开关快速切换不同属性负载控制策略 李卫国 ，房 萍 (1国网智能电网研究院电力电子研究所，北京102206； 2北京四方继保自动化股份有限公司，北京 100085) 摘要：针对目前高压快速切换开关(在10出分相快 速切换变压器带不同属性负载的控制策略。建立切换不同属性负载的数学模型，分析研究智能开关在切换延 时期间内系统残压规律，在此基础上提出一种分相快速切换控制策略。所提出的分相快速切换控制策略解决 了速动性与可靠性之间的矛盾，并利用仿真和现场录波验证了其技术可行性。 关键词：快速切换开关；分相快速切换变压器：不同属性负载 中图分类号：献标识码：A 文章编号：1000100X(2015)12001003 I 102206，n to or of to as is on no in he of is nd of is he is by 引 言 变压器所带典型负载有感应电动机、电容器 组及轻载或空载。在工业配电、舰船供电系统等应 用领域存在对供电可靠性要求非常高的敏感负 载，当主供电线路、母线或电源发生暂降或跌落 时，能快速切换至备用供电线路、母线或电源，以 便向敏感负载提供不问断供电前高压换延时约为10 延时期间内，高压技术未分析切换过程中残压特征，而是采取在 避免出现环流情况下最快速地执行切换控制策 略。结果是可能由于负载残压的复杂性导致切换 冲击电流过大，严重情况下会使一次设备保险熔 断或继电保护装置动作跳闸，最终结果是切换失败 。文献3的基于晶闸管控制的软投 入技术能有效抑制电流冲击，但由于控制策略繁 琐导致可靠性降低。 定稿日期：20140721 作者简介：李卫国(1973一)，男，黑龙江哈尔滨人，博士，高 级工程师，研究方向为电力电子与电机控制。 10 切换延时期间内负载残压的分析研究是必要 的。这里对比建立快速切换变压器带电容器负载、 感应电动机负载和空载物理模型。重点研究切换 过程中负载残压情况。根据不同残压波形自动识 别负载属性。从而制定与之相适应的控制参数，在 一个工频周期内实现不同负载快速投入。实现抑 制切换冲击电流、解决速动性与可靠性之间矛盾 的目的。仿真与现场实测验证了该技术可行性。 2 切换延时期间内的残压分析 21 切换空载变压器情况下残压分析 快速切换变压器带电容器负载、感应电动机 负载一次系统接线如图1效电路如图1b 所示。根据图1当电流转移失败由真空断路器开断并发生截流 时，变压器初级残压如图2生过电压。当 电流成功转移由晶闸管三相自然过零开断时。变 压器初级残压如图2b(上)所示；变压器高压侧残 压以 为幅值开始衰减而不会发生过电压。这一 点也可从能量转换的角度得到验证。在现场压智能开关快速切换不同属性负载控制策略研究 装置切换空载变压器负载时电流转移成功，高压 侧残压波形如图2b(下)所示。 用电源 备用电源 快速开关 快速开关 (a)物理模型 (b)等效电路模型 R。为变压器电阻；L。，L 为变压器初、次级漏感；L 为变压器励磁 电感； 为等效分布电容。 图1 切换变压器带不同负载示意图 of a i ， 赴 疆 嚣f H 一 。 ( - ： t(2 然过零开断仿真和实测波形 图2切换空载变压器负载时的波形 2切换变压器带感应电机负载时残压分析 电流转移失败由真空断路器截流切除负载， 变压器高压侧残压如图3负载电流成功 转移时，变压器高压侧残压如图3见，上 述两种情况变压器高压侧残压情况相差无几。 t(20 )t(20 ) (a)截流开断仿真波形 (b)自然过零开断仿真波形 图3切除变压器带电机负载时的波形 3切换变压器带容性负载时残压分析 电流转移失败由真空断路器截流切除负载。 变压器高压侧残压如图4流转移成功由 晶闸管电流自然过零切除负载。变压器高压侧残压 如图4b(上)所示；在现场测试带电容器负载时且电流转移成功，变压器高压 侧实测电压如图4b(下)所示。 “ 1月其碳 ； ， i ：， r 互 ，警 五 j t(50 ) 商藕 离 t(20 )t(200 ) (a)截流开断仿真波形 (b)自然过零开断仿真和实测波形 图4切除变压器带电容负载时的波形 切换策略分析与实现 31 初始两相触发角确定 初始两相投入变压器高压侧电流 ( )包含： 由备用电源与残压之差为幅值、以变压器参数 为衰减时间常数脉振分量；以变压器低压侧为 电源感应电机在有残压条件下两相投入时衰减 的脉振分量。对比文献【4在无残压条件下，电流 空间向量与两相初始触发角的函数关系表达式及 电流空间向量的约束条件，可得： ( )l t)1) 式(1)采用触发角形式可表示为： 盯一 (t)2=7r2 (2) 式中： (f)为负载残压空间向量角度。 32第三相触发角确定 根据文献5，为使三相投入变压器高压侧电 流i (s)的空间向量轨迹接近衰减的圆轨迹，即三 相导通后电流基本对称衰减，亦即应满足厂(O )为 最小这一约束条件： 1)：(0) (T4)I J (3) 33负载属性识别 通过分析变压器高压侧残压空间向量 波 形特点来识别负载属性，进而确定。残压波形形状是通过 ，来描述的。以下采用d任意波形残压经d 、33) 2，O=(4) 根据式(4)间接求解出l，据此 可识别出负载属性及残压特征如表1所示。 表1负载属性真值表 of 了使据 图24和表1，可以确定为： ，I dO 。即满足上式条件后， 才能启动切换逻辑。根据式(4)可知，通过两个采 样间隔即可计算出 11 第49卷第015年12月 电力电子技术 92 015 34仿真与实验验证 为最大程度抑制由于幅值衰减而带来的冲击 电流问题，需同时满足 dO 和t 最小原则。综合考虑上述因素实际应用中应满足： ， ( 一 )t+ I I一(D +嘶)I ( 按照以上系统参数和控制参数选择方法在 已知负载属性的前提下，按照式(5)来说明控制参 数与残压的关系，仿真结果如图5场 t(5o 1 t(50 ) (a)带感应电机负载仿真波形 (b)带电容器负载仿真波形 t(50 msn)t(50 1 (c)切换空载变压器仿真波形 (d)切换空载变噩器现场实测波形 图5切换变压器带不同负载条件下的波形 结 论 在不同的开断条件下，变压器带不同属性负 载在切换延时期间内的残压情况不同：只有通过 计算切换延时期间内的残压来识别负载属性才 能采取不同的控制参数及切换时间窗来抑制切换 冲击电流，达到冲击电流与切换速度的均衡。 参考文献 1 006，42(1)：602 o001，16(3)：401408 【3】崔学深，罗应立，周振华，等感应电动机的电源快速 软投入技术及其初始瞬态解析J中国电机工程学报， 2009，29(6)：93【4】 2012：2908【5】李卫国，崔学深，罗应立，等感应电机快速投入控制参 数的解析J电工技术学报，2013，28(3)：154(上接第9页)采用屏蔽双绞线连接。导线两端屏蔽 网也要可靠接地：阀控设备可靠接地，滤除电磁 干扰引起的过压高频信号对设备的影响，换流站内 阀控设备可采取固定安装屏柜用螺丝固定在接地 横粱上，不仅保障了柜体可靠接地，同时增强了设 备抗震特性：屏柜内各机箱要与壳体可靠连接，尽 量增加导线横截面积减少长度，保障机箱外壳与接 地母线间电阻小于05 n：合理布线，抑制电缆 耦合效应阀控供电回路分为交、直流回路，直流 回路采用冗余设计。来自不同母线回路、不同供电 回路产生的电磁干扰属于不同区域，易产生电容耦 合效应引起高频电磁干扰，可将不同供电回路电 缆垂直交叉90。，减少平行走线，同时用合适的线 夹将电缆屏蔽层与屏体可靠接地，为减少线间耦合， 通信电缆与供电电缆要独立走线，安装在不同槽盒 内；槽盒要多点接地，抑制感应电流，并保障接地 可靠性；利用滤波技术降低电磁干扰，换流站高 频信号复杂在供电线缆输入端安装磁环、在末端 安装低通滤波器。抑制高频和尖峰干扰，吸收静电 放电脉冲干扰，针对阀控设备交、直流回路高频信 号特性，选择不同电缆滤波器、通讯电缆，选择信 12 号滤波器，安装时输入输出线缆需分开、相互隔 离。防止彼此耦合：安装防雷模块，抑制雷击和 暂态浪涌电压为防止阀控设备供电过压，在供电 回路电缆入口处安装防雷模块，直接并联连接，接 线长度控制在60 短雷电流传输路径， 防雷模块接地端要同屏柜接地铜排可靠连接，防 雷模块需根据交、直流供电回路电压等级选择。 4 结 论 从工程实际出发，对直流输电换流站、换流阀 阀控设备的电磁干扰来源、传播途径进行了分析， 并进行了抗电磁干扰优化设计，所提出的阀控设 备抗干