非周期分量對電流互感器暫態(tài)飽和的影響

1、Parameter identification of static load model based onLemke optimal algorithmLI Pei -qiang ,LI Xin-ran ,LIU Yan-yang (Hunan University ,Changsha 410082,China Abstract :Lemke optimal algorithm is used to identify parameters of static load model to improve the performance of traditional optimization a

2、lgorithms.Principles of the least square method ,Lagrange method and Lemke method are described.Static faults of electric power load elements are simulated.With fault data ,the load modeling and parameter identification are performed based on Lemke optimal algorithm.Static characteristic parameters

3、of the lamp ,the fanner ,the air conditioner and their combination are listed.The result analysis shows that :adopt measured parameters and never copy those supplied by foreign software because manufacturing techniques are different ;fitting results by Lemke optimization algorithm are better ,avoidi

4、ng local optimum and costing less time ;Lemke optimization algorithm avoids decentralization of identification parameters and makes identified parameters independent of initial values.Key words :load modeling ;static model ;parameter identification ;Lemke optimal algorithm0引言電流互感器能否真實有效地傳變一次電流,對繼電保護

5、的正確、快速動作有著決定性的作用。隨著超高壓、大容量電力網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn),一方面,由于傳輸容量的增大,使一次回路的暫態(tài)時間常數(shù)變大;另一方面,為了系統(tǒng)穩(wěn)定,又要求保護迅速動作。這就要求繼保裝置在短路暫態(tài)過程中能對故障地點和性質(zhì)做出準確判斷,因此電流互感器的暫態(tài)飽和特性成為繼電保護必須考慮的問題1-3。在變壓器縱差動保護及母線差動保護中,由于電流互感器誤差特別是暫態(tài)飽和的影響,各個差動電流互感器達到飽和的時間不同,致使差動回路中會產(chǎn)生數(shù)值較大的不平衡電流,很容易使差動保護誤動作。文獻3-7對電流互感器的暫態(tài)飽和進行了計算仿真和分析,并提出了用小波變換檢測電流互感器入飽和時刻,從而有效地避免了電流互感器

6、暫態(tài)飽和的影響,提高了保護的準確性;文獻8通過仿真分析得出了電流互感器的最佳暫態(tài)數(shù)學(xué)模型。但以前文獻的仿真和分析均建立在對電流互感器一次側(cè)電流中所含非周期直流分量為正時分析二次側(cè)電流波形的基礎(chǔ)上,沒有考慮負非周期分量對電流互感器的暫態(tài)飽和特性的影響。本文對正負非周期直流分量電流引起的電流互感器暫態(tài)飽和進行計算和對其暫態(tài)飽和特性進行分析,并利用Matlab /PSB 仿真模塊進行仿真,依據(jù)仿真結(jié)果分析了不同方向非周期分量對電流互感器暫態(tài)飽和特性的影響,對今后研究電流互感器飽和對繼電保護的影響有一定的指導(dǎo)意義。1電流互感器的暫態(tài)飽和特性1.1暫態(tài)飽和特性電流互感器在達到飽和之前,其鐵芯工作在低非周

7、期分量對電流互感器暫態(tài)飽和的影響李艷鵬,侯啟方,劉承志(西南交通大學(xué)電氣學(xué)院,四川成都610031摘要:電流互感器一次側(cè)電流中含有非周期直流分量時,會發(fā)生暫態(tài)飽和,致使二次側(cè)電流波形失真,從而引起繼電保護裝置的誤動或拒動。通過對非周期直流分量電流引起的電流互感器暫態(tài)飽和勵磁電流進行計算,對電流互感器的暫態(tài)飽和特性進行了分析。利用Matlab 仿真軟件搭建了仿真實驗?zāi)Ｐ?通過改變一次側(cè)電流中非周期直流分量的方向,研究了非周期直流分量對電流互感器的飽和方向、入飽和時間的影響。最后,通過仿真比較說明了在含有不同方向非周期分量時電流互感器的暫態(tài)飽和特性。關(guān)鍵詞:電流互感器;非周期分量;暫態(tài)飽和;Mat

8、lab /PSB 仿真中圖分類號:TM 452文獻標識碼:A 文章編號:1006-6047(200608-0015-04收稿日期:2005-10-24;修回日期:2005-12-13電力自動化設(shè)備Electric Power Automation EquipmentVol.26No.8Aug.2006第26卷第8期2006年8月!15磁密條件下,勵磁阻抗很大,相應(yīng)的勵磁電流則很小,這時可認為電流互感器線性傳變一次電流,即二次電流不失真。由于電流互感器的鐵芯具有非線性特性,當電流互感器一次側(cè)通過大電流而使鐵芯飽和時,其勵磁電流大大增加;特別是當一次側(cè)電流中包含有很大成分的非周期分量時,電流互感器

9、的勵磁電流中也包含有很大成分的非周期分量,使其波形偏于時間軸的一側(cè)。一次電流的很大部分都用作勵磁電流,以維持鐵芯中的磁通,致使二次電流大大減小,其波形出現(xiàn)嚴重畸變。暫態(tài)飽和引起的二次電流波形畸變將對繼電保護的正確動作產(chǎn)生影響,可使繼電保護動作延時、保護范圍縮短,甚至引起保護誤動。1.2暫態(tài)計算9-10短路電流中含有的非周期分量是引起電流互感器傳變特性嚴重惡化的主要原因。這是因為電流互感器的勵磁特性是按工頻設(shè)計的,在傳變等效頻率很低的非周期分量時,鐵芯磁通(即勵磁電流需要大大增加。下面將分析非周期衰減直流分量對暫態(tài)飽和的影響。為使分析簡化,不計電流互感器二次繞組的漏抗和鐵芯損失,當二次負載為純電

10、阻時,在一次電流作用下有L R load di d t+i =i 1(1式中i 1為一次側(cè)電流;i 為勵磁電流;L 為勵磁電感;R load 為二次側(cè)負載阻抗。代入i 1=I m cos (t 解得:i =I m cos arctan (2×cos t -arctan (2-I m cos 2arctan (2e -t /2(2當傳變非周期電流(i 1=I m e -t /1時,代入式(1解得:i =1I m 2-1(e -t /2-e -t /1(3式中I m 為一次電流幅值;2=L /R load 為二次回路的時間常數(shù);1為非周期電流衰減時間常數(shù),即一次回路時間常數(shù)。由計算可知:

11、電流互感器傳變非周期分量時所需的勵磁電流幅值遠大于傳變周期分量電流時所需的勵磁電流幅值,這是引起鐵芯飽和的主要部 分。當非周期分量為正時,勵磁電流也為正;當非周期分量為負時,決定了所產(chǎn)生的勵磁電流為負。因此,短路電流所含非周期直流電流決定了電流互感器的飽和方向,從而影響其飽和時間。電流互感器在正常工作條件下,其二次電流一般不會大于5A ,其工作磁密約為幾百高斯,理論上不存在剩磁問題。但在通過的短路電流被切除后,鐵芯仍工作在高磁密條件下,接著鐵芯磁密會按二次回路的時間常數(shù)作指數(shù)函數(shù)衰減,最后達到在該磁滯回線下的剩磁值。在短路后的正常工作狀態(tài)下,交變電流的幅值較小,不能對剩磁起有效的消磁作用,所以

12、電流互感器的鐵芯往往存在剩磁,暫態(tài)磁通和剩磁磁通在數(shù)值上是代數(shù)相加的。暫態(tài)磁通不是由零增大到飽和值,而是從剩磁開始增大到飽和,若飽和方向不同,相同剩磁的鐵芯將會有不同的飽和時間。如圖1所示,a 點代表鐵芯剩磁,b 點表示正向飽和點,c 點表示鐵芯的負向飽和點,從圖中可見,當鐵芯含有正的剩磁通(a 點時,從a 點到達正向飽和點(b 點比到達負向飽和點(c 點要快。2仿真分析本次仿真主要比較短路電流中非周期分量不同時,產(chǎn)生的勵磁電流和電流互感器二次電流波形的異同,從中分析非周期分量對暫態(tài)飽和的影響。2.1仿真系統(tǒng)仿真實驗使用Matlab /PSB 模塊構(gòu)建仿真模型,為了簡化、合理建模,模型采用了單

13、相線路結(jié)構(gòu),利用不同合閘時間t 產(chǎn)生含有不同非周期分量的電流作一次側(cè)實驗電流,其模型如圖2所示。仿真參數(shù)設(shè)置如下:單相電源電壓為110kV ,頻率為50Hz ,初始相位為0°,電流互感器的變比為2000A /5A ,二次側(cè)負載阻抗為1的純電阻,示波器S 1輸出一次側(cè)電流I 1/200A 和二次側(cè)電壓U 2(數(shù)值上等于二次側(cè)電流,示波器S 2輸出勵磁電流I /200A (電流互感器考慮了線圈的繞組和漏抗。2.2仿真結(jié)果a.電流互感器不含剩磁時,一次電流i 1(圖中用虛線表示、二次電流i 2(與二次電壓U 2相同以及勵磁電流i 的仿真波形見圖3。電力自動化設(shè)備第26卷16 b.當電流互感

14、器含有40% 正方向剩磁時,i 1、i 2、i 的仿真波形見圖4。從圖3可以看出,非周期分量是引起電流互感器暫態(tài)飽和的主要因素。當一次電流中含有非周期分量時,二次電流將產(chǎn)生畸變,二次電壓幅值明顯下降。當非周期分量為正時,電流互感器入飽和時二次電壓波形變化顯著,波形出現(xiàn)奇異點;而出飽和時變化相對緩慢。非周期分量的方向也決定勵磁電流的方向,從而決定了電流互感器飽和方向。圖3(b 電流互感器進入飽和的時間與圖3(c 進入飽和的時間相差不大,可知,電流互感器不含剩磁時,非周期分量的方向并不影響電流互感器入飽和時間,只是飽和方向不同。通過圖4與圖3仿真波形的比較,可以看到,在短路電流不含非周期直流分量時

15、,一定量的剩磁對電流互感器的傳變特性沒有影響,二次側(cè)的電流波形可認為是線性傳變一次電流,勵磁電流很小。當一次電流含有正的非周期分量時,圖3(b 電流互感器進入飽和的時間比圖4(b 進入飽和遲2個基波周期(圖3(b 進入飽和的時間約是0.12s ;圖4(b 進入飽和的時間約為0.08s ;同樣可以看到,圖3(c 電流互感器進入飽和的時間比圖4(c 進入飽和早約3個基波周期(圖3(c 進入飽和的時間約是0.12s ;圖4(c 進入飽和的時間約為0.18s 。分析可知,電流互感器含有剩磁時,非周期分量的正負將影響電流互感器的入飽和時間,非周期直流分量決定的飽和方向與電流互感器所含剩磁方向一起決定電流

16、互感器的入飽和時間。從仿真結(jié)果可以看到,由于40%正方向剩磁的影響,含有正的非周期分量的一次電流使電流互感器進入飽和的時間(圖4(b 比含有負的非周期分量的一次電流使電流互感器進入飽和的時間(圖4(c 要早大約5個基波周期(約為0.1s 。需要指出的是:為了比較分析,文中計算和仿真都是在非周期分量的幅值為周期分量幅值的100%情況下進行的,這一情況是短路發(fā)生在電壓過零點時才會出現(xiàn)。實際的運行經(jīng)驗表明,短路很少發(fā)生在電壓靠近零值時,約有95%的短路是在電壓峰值圖4含剩磁時的仿真結(jié)果Fig.4Simulation results with residual flux李艷鵬,等:非周期分量對電流互感

17、器暫態(tài)飽和的影響第8期17之前的40°以內(nèi)發(fā)生的,電壓高于100kV 的輸電線的短路大都發(fā)生在離電壓峰值40°的范圍內(nèi)。這時的非周期分量的幅值為周期分量幅值的50%。這就說明,受其幅值的限制,實際的非周期分量對電流互感器飽和的影響沒有文中敘述的嚴重,但它對電流互感器暫態(tài)飽和影響的特性是相同的。3結(jié)論a.非周期直流分量是引起電流互感器暫態(tài)飽和的主要因素。電流互感器飽和時,二次電流發(fā)生畸變,波形出現(xiàn)奇異點。b.電流互感器入飽和二次電壓模值變化明顯,出飽和時變化緩慢,飽和時二次電壓模值變小。c.非周期直流分量的方向決定勵磁電流的方向,從而決定了電流互感器的飽和方向。非周期直流分量

18、為正時,勵磁電流為正,電流互感器發(fā)生正向飽和;非周期直流分量為負時,勵磁電流為負,電流互感器發(fā)生負向飽和。d.電流互感器含有剩磁時,非周期直流分量的方向?qū)绊懫淙腼柡蜁r間。非周期直流分量決定的飽和方向若與電流互感器所含剩磁方向相同,則減小入飽和時間;反之,將增大入飽和時間。參考文獻:1符楊,藍之達,陳珩.電流互感器暫態(tài)時域仿真J .電力系統(tǒng)自動化,1995,19(3:25-31.FU Yang ,LAN Zhi -da ,CHEN Heng.Simulation of transient in current transformer J .Automation of Electric Pow

19、er Systems ,1995,19(3:25-31.2陳三運.一起CT 飽和引起的繼電保護拒動分析J .電網(wǎng)技術(shù),2002,26(4:85-87.CHEN San -yun.Analysis of a misoperation of protection device caused by saturation of current transformer J .Power System Technology ,2002,26(4:85-87.3袁季修,盛和樂.電流互感器的暫態(tài)飽和及應(yīng)用計算J .繼電器,2002,30(2:1-5.YUAN Ji-xiu ,SHENG He-le.The t

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23、ology ,2005,29(14:59-63.8束洪春,林敏.電流互感器暫態(tài)數(shù)學(xué)建模及其仿真的比較研究J .電網(wǎng)技術(shù),2003,27(4:11-14,26.SHU Hong-chun ,LIN Min.Comparative study on modeling and transient simulation of current transformer J .Power System Technology ,2003,27(4:11-14,26.9王春生,卓樂友,艾素蘭.母線保護M .北京:水利電力出版社,1985.10許正亞.變壓器及中低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)字式保護M .北京:中國水利水電出版社,2004.(責任編輯:柏英武作者簡介:李艷鵬(1982-,男,山西高平人,碩士研究生,主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護、變電站綜合自動化(E -mail :kt0001 ;侯啟方(1982-,男,河南開封人,碩士研究生,主要研究方向為變電站綜合自動化、絕緣在線監(jiān)測。Influence of non-periodic components on transient saturationof current transformerLI Yan-peng ,HOU Qi-fang ,LIU Cheng-zhi(Southwest Jiaotong University