CN110320414A - 一种应用于单相svg的预充电相序检测和保护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于单相SVG的预充电相序检测和保护方法及装置，提供了一种应用于单相SVG的预充电起机阶段的相序检测方法，通过预充电阶段的电流与电压识别相序是否正常，判断是否达到预充电完成，准备启机的状态。仅依靠对输入端电网电压和链电流采样数据直接进行运算处理就能实现，不受锁相环PLL是否成功建立的影响，均可实现对输入反接的检测及保护判断。
Description
技术领域
本发明属于输入端反接保护的检测、识别及故障告警方法技术领域，具体涉及一种应用于单相SVG的预充电相序检测和保护方法及装置。
背景技术
单相大容量静止无功发生器(SVG)装置供电***一般由主变变压器及信号采集回路、高压断路器组件、隔离刀断路器组件、电抗器组件、预充电旁路接触器组件、本地断路器组件、级联多电平结构的功率单元及信号采集***等组成，因单相SVG装置多用于25kV这种高压供电回路，供电回路中的各组件现场安装与连接，不可避免的存在高压电缆的异常连接，特别是对于25kV电压、输入电流等信号采集线的连接很容易出现误接，错误的接线直接导致SVG启机过电流，严重情况下直接损坏级联的功率单元，加大了现场一次投运的风险和压力，对现场操作人员有较高的要求。
同样的情况SVG在厂内进行出厂调试试验和形式试验认证时，也可能存在25kV高压采集装置、SVG内部链电流采样信号***接线、甚至高压接线出现错误等的情况，现在的试验全靠操作人员通过上位机观察电压、电流波形的相位，判断输入端接线是否异常，不能在异常状态下主动提醒操作人员以引起警示和重视，所以需要提供一种可以通过软件算法自动检测装置输入端接线是否异常，并主动闭锁SVG装置等待工作人员确认的方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种应用于单相SVG的预充电启机阶段的相序检测及保护方法，可以通过预充电阶段的电流与电压识别相序是否正常，以降低因人为因素引起的启机故障，提高设备的智能化和可靠运行水平。
为达到上述目的，本发明所述一种应用于单相SVG的预充电相序检测和保护方法，包括以下步骤：
步骤1、SVG装置控制箱上电初始化后，置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝0，表示未进行相序检测；
步骤2、SVG的高压断路器QF闭合后，预充电旁路接触器KM断开，且相序检测标志位PhaseCheckFlag＝0时，开始进行检测计数值Precharge_cnt的累加；
步骤3、在检测计数值增加至64后，开始进行电网电压滤波值V_Grid_Flt和链电流滤波值I_Svg_Flt的乘积累加，得到Psum，计算公式为Psum＝Psum+V_Grid_Flt*I_Svg_Flt；
步骤4、在检测计数值增加至192后，求取对应的一个电网周期内的累加平均值Psum_ave1，Psum_ave1＝Psum*0.0078125；
步骤5、将两个电网周期内的累加平均值分别与设定值比较：
若两个电网周期内的累加平均值Psum_ave1和Psum_ave2都大于设定值，表明预充电相序检测正常，置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝2；
若有一个电网周期内的累加平均值Psum_ave1或Psum_ave2小于设定值，表明预充电相序检测异常，置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝1，发出SVG装置相序异常闭锁信息，并将SVG装置长期闭锁。
进一步的，步骤5结束后进行以下步骤：
步骤6、当相序检测标志位PhaseCheckFlag不为0时，退出相序检测；若PhaseCheckFlag标志位置位为2，则将预充电相序闭锁标志位SVGShutFlag.PhaseCheckShut置位为0；否则，将预充电相序闭锁标志位SVGShutFlag.PhaseCheckShut置位为1；
步骤7、若仅有预充电相序闭锁标志位置位为1，则允许长期闭锁。
进一步的，步骤2中，对输入SVG的电网电压和SVG链电流进行滤波，滤除输入信号中的高频谐波，步骤3中，采用滤波后的电网电压值V_Grid_Flt和链电流值I_Svg_Flt进行计算。
进一步的，步骤4结束后，并累加和Psum置为0重新开始累加；在接下来的128个计数值内，重新开始进行电压和电流的乘积累加计算Psum＝Psum+V_Grid_Flt*I_Svg_Flt；在128个计数值时，求取第二个电网周期内的累加平均值，Psum_ave2＝Psum*0.0078125，并将累加和Psum归零，检测计数值置位Precharge_cnt＝330；在步骤5中，比较第一电网周期和第二个电网周期内的累加平均值Psum_ave1和Psum_ave2是否都大于设定值Psum_ave_set，若都大于设定值，表明预充电相序检测正常，置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝2；否则表明预充电相序检测异常，置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝1，发出SVG装置相序异常闭锁信息，并将SVG装置长期闭锁。
进一步的，步骤5中，预充电相序异常闭锁为长期挂网闭锁，不报闭锁超时故障，不直接导致高压断路器的跳闸，等待工作人员复检，进一步确认预充电相序异常闭锁功能是否可靠。
进一步的，高压断路器合闸后，在预充电开始的三个电网周期中完成相序是否异常的判断，并选择在高压断路器合闸后的半个电网周期之后才开始进行相序检测的数据处理。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
1)仅依靠对输入端电网电压和链电流采样数据直接进行运算处理就能实现，不受锁相环PLL是否成功建立的影响，均可实现对输入反接的检测及保护判断；
2)本方法即使在电网电压采样信号回路错接、虚接、不接或者锁相计算异常等，导致锁相环PLL不能正常建立的情况下，也能独立地进行正常的相序判断；
3)通过预充电阶段的电压、电流滤波数据，在一段时间内的进行乘积累加和的平均值计算，通过得到的累加平均值与设定值进行比较，识别相序是否正常，判断是否达到预充电完成，准备启机的状态。
4)在预充电阶段发现接线是否异常，并给出告警闭锁信息，提示操作人员进行复查，这样可以降低因接线异常、参数设置等人为因素引起的启机故障，提高设备的智能化程度和可靠运行水平，降低现场维护人员的操作难度。
5)合闸高压断路器后，在预充电开始的三个电网周期中完成相序是否异常的判断，并选择在高压断路器合闸后的半个电网周期之后才开始进行相序检测的数据处理，可以降低自适应滤波算法对电压、电流数据滤波的影响，提高检测准确性。
附图说明
图1为SVG装置的高压电气原理图。
图2为应用于单相SVG的预充电相序检测及保护装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
高压大容量SVG装置因应用于高压场合，所需的高压断路器组件、输入电抗组件、预充电旁路接触器组件等输入接线引流装置通常都不在SVG功率单元柜体内放置，而是根据现场的施工安装情况分别置于户外或者单独的集装箱内放置，SVG装置中高压受流部分的组件分散放置，导致现场高压接线可能接错，特别是现场对于测量用信号线的连接更易出现问题，而实际控制中需要对输入端的接线方式有严格的要求，避免因输入端接线异常引起的启机过流故障，甚至级联功率模块单元的损害，因此必须有一种可以检测输入端防反接保护的方法，可以在预充电阶段发现接线是否异常，并给出告警信息，提示操作人员进行复查，这样可以降低因人为因素引起的启机故障，提高设备的智能化和可靠运行水平。
参照图1，整个SVG***包括位于一体化集装箱内的级联的功率模块组件单元、软启预充电组件和核心控制装置SVG控制箱，还包括高压受流部分的高压断路器、隔离刀接地刀组件、电抗器组件、25kV侧信号采集组件等，级联的功率模块组件单元包括SVG链电流采样传感器TA2，高压受流部分的组件一般独立安装，或采用户外直接基建安装、或采用置于另一独立的集装箱内，现场施工时再将整个***各组件连接后调试，现场施工接线增加了高压连接和低压信号线接错的风险。
25kV侧电压信号通过变比为25000/100的高压隔离降压变压器GTV将25kV高压变为100V信号送入PT采样板，网侧电流通过电流互感器TA1转变为1A信号送入CT采样板，PT和CT采样板经过模拟转换后将输入信号转变为5V信号送入AD模拟信号板；链电流直接通过链电流传感器TA2(霍尔传感器)进行采样，将链电流传感器TA2的采样输出信号送到AD模拟信号板，AD模拟信号板对输入信号进行采样、滤波后，将不同的电压、电流信号送到主控板FPGA，主控板FPGA将实时值经过滤波处理后通过双口RAM单元将各控制信号送入主控板DSP芯片，供DSP芯片完成控制算法实现、逻辑处理、通讯数据交换等功能；
预充电阶段的相序异常检测，有些方法可能需要在锁相环PLL建立后，通过对电流正半周的数据累加，对电流负半周的数据累加，通过比较电流正半周累加和与负半周累加和的偏差增量，来判断是否发生相序异常。而本发明仅依靠对输入端电网电压和链电流在一段时间内的数据进行乘积累加和的平均值计算，通过得到的累加平均值与设定值进行比较，就能判断相序是否异常，不需要关心锁相环PLL是否成功建立这个条件，应用不受其它条件的限制，且在电网电压采样信号回路错接、虚接、不接的情况下也能使用。
一种应用于单相SVG的预充电相序检测和保护方法，包括以下步骤：
步骤1、SVG装置控制箱上电初始化后置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝0，表示未进行相序检测；
步骤2、在SVG的上级高压断路器QF闭合即DIStatus.HVBreakerFeedback＝1以后，预充电旁路接触器KM断开即DIStatus.SoftStartBreakerFeedback＝0，且相序检测标志位PhaseCheckFlag＝0时，开始进行检测判断，并开始进行检测计数值Precharge_cnt的累加，并对输入的25kV电网电压和SVG链电流进行50HZ的自适应滤波器滤波，滤除输入信号中的高频谐波成分，滤波后的电压、电流工频基波分量分别为V_Grid_Flt和I_Svg_Flt；
步骤3、因自适应滤波引起的滤波延迟约为半个电网周期，考虑6400HZ的中断计算频率，即一个电网周期的控制计算点数为128，在检测计数值Precharge_cnt＝64时，开始进行电网电压滤波值V_Grid_Flt和链电流滤波值I_Svg_Flt的乘积累加Psum，Psum的初值为零，Psum＝Psum+V_Grid_Flt*I_Svg_Flt；
步骤4、在检测计数值Precharge_cnt＝192时求取第一个电网周期内的累加平均值Psum_ave1，Psum_ave1＝Psum*0.0078125，并将累加和Psum置为0重新开始累加；
步骤5、在检测计数值Precharge_cnt大于192且小于320时，重新开始进行电压和电流的乘积累加计算Psum＝Psum+V_Grid_Flt*I_Svg_Flt；
步骤6、在检测计数值Precharge_cnt＝320时求取第二个电网周期内的累加平均值，Psum_ave2＝Psum*0.0078125，并将累加和Psum归零，检测计数值置位Precharge_cnt＝330；
步骤7、当输入端高压接线正确、信号采集接线也正确时，两个电网周期内的累加和平均值Psum_ave1和Psum_ave2都大于设定值Psum_ave_set，对于定标***而言可令设定值Psum_ave_set等于2.3，此时置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝2，表明预充电相序检测正常，此时不输出预充电阶段的相序异常告警闭锁信息。
步骤8、当出现异常接线时，两个电网周期内的累加平均值Psum_ave1和Psum_ave2均为负值且都会小于设定值，此时置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝1，表明预充电相序检测异常；则给出SVG装置相序异常告警闭锁信息，并将SVG装置长期闭锁；但不报故障、不分断上级高压断路器，等待工作人员的进一步确认。
步骤9、相序检测标志位PhaseCheckFlag不为0后，则退出相应的检测判断程序，防止后续的误判断，同时若PhaseCheckFlag标志位置位为2，则将预充电相序闭锁标志位SVGShutFlag.PhaseCheckShut置位为0，否则则将预充电相序闭锁标志位SVGShutFlag.PhaseCheckShut置位为1；
步骤10、若在所有的闭锁信息中，仅有预充电相序闭锁标志位置位为1，则允许长期闭锁，并不因为预充电长期闭锁引起超时故障，降低因误判引起的SVG上级高压断路器跳闸操作。
本方法仅在上级高压断路器闭合后开始判断，用3个电网周期内的数据进行计算；在上级高压断路器闭合后，预充电旁路接触器断开时，对25kV电网电压和SVG链电流进行50HZ的自适应滤波器滤波；将滤波后的电网电压滤波值和链电流滤波值进行相乘并按采样点数进行求和计算，选取两个电网周期的数据分别进行求取平均值计算；若选定的2个电网周期数据，每个周期的平均值均大于给定值则判定，输入端相序正常，否则报SVG装置预充电相序异常告警，并将SVG装置长期闭锁；
本发明提供了一种应用于单相大容量静止无功发生器(SVG)的预充电起机阶段的相序检测与判断方法，可以通过预充电阶段的电流与电压识别相序是否正常，判断是否达到预充电完成，准备启机的状态。本方法也可用于类似供电***中，特别是装置接线、连线多且复杂的宫殿设备，降低不必要的风险，甚至输入端异常接线引起的功率单元损坏。本发明可以通过软件算法自动检测装置输入端接线是否异常，并主动闭锁SVG装置等待工作人员确认。通过软件检测与自动闭锁告警，在辅助工组人员确认是否异常接线，降低因接线错误导致的模块风险，进一步提高装置的可靠性和应对风险的能力。
一种应用于单相SVG的预充电相序检测及保护装置，包括电源模块、PT电压采样模块、CT电流采样模块、AD模拟信号处理模块、主控板FPGA、主控板DSP模块、DI信号板、DO信号板和通讯板，其中电源模块的输出端和其他所有模块相连，PT电压采样模块的输出端和AD模拟信号处理模块的输入端相连，CT电流采样模块的输出端和AD模拟信号处理模块的输入端相连，AD模拟信号处理模块的输出端和主控板FPGA模块的输入端相连，主控板FPGA模块的输出端和主控板DSP模块的输入端相连。
其中，电源模块，用于为各个模块提供相应的工作电压；
PT电压采样模块，与AD模拟信号处理模块相连，用于将高压电压互感器转换后的100V信号，变换为5V信号，供AD模拟信号板采集处理；
CT电流采样模块，与AD模拟信号处理模块相连，用于将电流互感器转换后的1A信号，变换为5V信号，供AD模拟信号板采集处理；
AD模拟信号处理模块，与主控板FPGA模块相连，用于将霍尔电流传感器TA1的输入电流信号变换为5V信号，所有采样通道经过转换后的5V模拟信号会经过采样芯片处理，采样芯片处理后的数字量信号送入模拟信号板的FPGA，并由模拟信号板的FPGA进行通讯数据的规整，按照相应的通讯数据流传送给主控板FPGA模块；
主控板FPGA模块，与主控板DSP模块连接，用于将采样转换得到的数字量信号进行滤波、幅值计算、谐波分析等数据运算，也实现相应的过欠压、过欠流保护，并将滤波后的电压、电流信号按照相应的通讯数据流传送给主控板DSP模块；
主控板DSP模块，与主控板FPGA模块连接，用于程序核心控制算法、保护、逻辑、上位机通讯以及预充电阶段的相序异常检测等功能的实现，并将计算后的相关结果数据返回给主控板FPGA模块，并由主控板FPGA模块解析数据将预充电阶段相序检测是否异常的信息传给通讯板，通讯板用于显示相序检测异常闭锁或者相序检测正常指示。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种应用于单相SVG的预充电相序检测和保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、SVG装置控制箱上电初始化后，置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝0，表示未进行相序检测；
步骤2、SVG的高压断路器QF闭合后，预充电旁路接触器KM断开，且相序检测标志位PhaseCheckFlag＝0时，开始进行检测计数值Precharge_cnt的累加；
步骤3、在检测计数值增加至64后，开始进行电网电压滤波值V_Grid_Flt和链电流滤波值I_Svg_Flt的乘积累加，得到Psum，计算公式为Psum＝Psum+V_Grid_Flt*I_Svg_Flt；
步骤4、在检测计数值增加至192后，求取对应的一个电网周期内的累加平均值Psum_ave1，Psum_ave1＝Psum*0.0078125；
步骤5、将两个电网周期内的累加平均值分别与设定值比较：
若两个电网周期内的累加平均值Psum_ave1和Psum_ave2都大于设定值，表明预充电相序检测正常，置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝2；
若有一个电网周期内的累加平均值Psum_ave1或Psum_ave2小于设定值，表明预充电相序检测异常，置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝1，发出SVG装置相序异常闭锁信息，并将SVG装置长期闭锁。
2.根据权利要求1所述的一种应用于单相SVG的预充电相序检测和保护方法，其特征在于，步骤5结束后进行以下步骤：
步骤6、当相序检测标志位PhaseCheckFlag不为0时，退出相序检测；若PhaseCheckFlag标志位置位为2，则将预充电相序闭锁标志位SVGShutFlag.PhaseCheckShut置位为0；否则，将预充电相序闭锁标志位SVGShutFlag.PhaseCheckShut置位为1；
步骤7、若仅有预充电相序闭锁标志位置位为1，则允许长期闭锁。
3.根据权利要求1所述的一种应用于单相SVG的预充电相序检测和保护方法，其特征在于，步骤2中，对输入SVG的电网电压和SVG链电流进行滤波，滤除输入信号中的谐波，步骤3中，采用滤波后的电网电压值V_Grid_Flt和链电流值I_Svg_Flt进行计算。
4.根据权利要求1所述的一种应用于单相SVG的预充电相序检测和保护方法，其特征在于，步骤4结束后，并累加和Psum置为0重新开始累加；在接下来的128个计数值内，重新开始进行电压和电流的乘积累加计算Psum＝Psum+V_Grid_Flt*I_Svg_Flt；在128个计数值时，求取第二个电网周期内的累加平均值，Psum_ave2＝Psum*0.0078125，并将累加和Psum归零，检测计数值置位Precharge_cnt＝330；在步骤5中，比较第一电网周期和第二个电网周期内的累加平均值Psum_ave1和Psum_ave2是否都大于设定值Psum_ave_set，若都大于设定值，表明预充电相序检测正常，置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝2；否则表明预充电相序检测异常，置位预充电相序检测标志位PhaseCheckFlag＝1，发出SVG装置相序异常闭锁信息，并将SVG装置长期闭锁。
5.根据权利要求1所述的一种应用于单相SVG的预充电相序检测和保护方法，其特征在于，步骤5中，预充电相序异常闭锁为长期挂网闭锁，不报闭锁超时故障，不直接导致高压断路器的跳闸，等待工作人员复检，进一步确认预充电相序异常闭锁功能是否可靠。
6.根据权利要求1所述的一种应用于单相SVG的预充电相序检测和保护方法，其特征在于，高压断路器合闸后，在预充电开始的三个电网周期中完成相序是否异常的判断，并选择在高压断路器合闸后的半个电网周期之后才开始进行相序检测的数据处理。
7.一种应用于单相SVG的预充电相序检测及保护装置，其特征在于，包括PT电压采样模块、CT电流采样模块、AD模拟信号处理模块、主控板FPGA、主控板DSP模块和通讯模块，其中，PT电压采样模块的输出端和AD模拟信号处理模块的输入端相连，CT电流采样模块的输出端和AD模拟信号处理模块的输入端相连，AD模拟信号处理模块的输出端和主控板FPGA模块的输入端相连，主控板FPGA模块和主控板DSP模块双向通信相连，主控板FPGA模块的输出端和通讯模块的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的一种应用于单相SVG的预充电相序检测及保护装置，其特征在于，AD模拟信号处理模块包括采样芯片和模拟信号板的FPGA，采样芯片用于进行模数转换并将处理后的数字量信号送入模拟信号板的FPGA，拟信号板的FPGA按照通讯数据流传送给主控板FPGA模块。
9.根据权利要求7所述的一种应用于单相SVG的预充电相序检测及保护装置，其特征在于，主控板FPGA模块还用于根据接收到的数字信号输出的电网电压有效值和峰值以及链电流有效值和峰值，主控板中设置有过压过流保护装置。
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