電子式電流互感器及數(shù)字化電站新技術(shù)研究.pdf

1、隨著計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信等科學技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)設(shè)備的自動化程度不斷提高。本世紀初，歐美國家相繼提出了“智能電網(wǎng)”的概念和發(fā)展計劃，我國的國家電網(wǎng)公司也于2009年啟動了智能電網(wǎng)的建設(shè)工作。智能電網(wǎng)的研究和實踐日益得到政府高度重視和全社會的關(guān)注，它將是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點，電子式互感器作為數(shù)字化變電站重要的基礎(chǔ)性設(shè)備，其工作方式與常規(guī)變電站的互感器有著本質(zhì)的不同，它對穩(wěn)態(tài)電流和暫態(tài)

2、電流的刻畫能力以及它與站內(nèi)其他二次設(shè)備的通信接口，是電子式互感器在數(shù)字化變電站中應(yīng)用成敗的關(guān)鍵性問題。對電子式互感器開展深入研究，對大規(guī)模推廣應(yīng)用電子式互感器，以及數(shù)字化變電站乃至智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，有著不言而喻的重要意義。
　　本文以目前獲得廣泛關(guān)注的有源型電子式電流互感器（簡稱ECT）為課題對象開展了相關(guān)研究。文章在國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，深入研究了ECT的暫態(tài)測量特性和信號處理技術(shù)，探索了ECT合并單元（簡稱MU）的信息

3、模型以及數(shù)字化風電場風力發(fā)電機的信息模型構(gòu)建方法。
　　目前關(guān)于ECT的研究主要是針對穩(wěn)態(tài)測量情況下，探討提高測量精度的各種方法和措施。但實踐發(fā)現(xiàn)，ECT信號處理電路中的積分器電路對互感器的暫態(tài)特性有著決定性的影響。本文建立了ECT傳感頭的數(shù)學模型，通過數(shù)字仿真手段對比分析了不同積分器和參數(shù)配置對互感器暫態(tài)性能的影響，并提出了一種確定傳感頭積分器參數(shù)的方法。根據(jù)研究結(jié)果，文章設(shè)計了一套具有合適積分器的ECT傳感頭，實驗表明該傳感頭

4、有著良好的穩(wěn)態(tài)性能和暫態(tài)性能，完全可以也十分有必要應(yīng)用于比實際繼電保護裝置對互感器暫態(tài)特性要求更苛刻的動模實驗研究中。
　　針對改善ECT暫態(tài)性能，提高抗干擾能力以及為了更好地解決采樣同步問題，文章發(fā)明了一種基于壓頻變換的模數(shù)混合積分器方法，并深入探討了實現(xiàn)該方法的若干關(guān)鍵性技術(shù)。該方法通過巧妙的計數(shù)技術(shù)，將理想積分和模數(shù)變換在壓頻變換過程中完成，使傳感頭既具有良好的暫態(tài)特性，也免去了一般ECT所需的采樣同步信號光纖，簡化了電路結(jié)

5、構(gòu)，提高了ECT可靠性，也極大地增強了ECT的抗干擾能力。動態(tài)模擬實驗是開展繼電保護特性研究和電氣設(shè)備暫態(tài)模型研究的重要手段。采用傳統(tǒng)的電磁式電流互感器（簡稱MCT）測量電流可能會破壞模擬系統(tǒng)參數(shù)，影響實驗結(jié)果，使得研究結(jié)論無法適用于真實情況。而且MCT由于磁飽和問題，導(dǎo)致輸出波形畸變，使研究工作所依據(jù)的波形根本不是研究對象產(chǎn)生的一次電流波形，這嚴重干擾了對研究對象本身的研究，甚至可能會使研究工作誤入歧途。本文以ECT為基本測量工具建立

6、了整套的動模實驗的測量系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上開展了發(fā)電機內(nèi)部故障研究和變壓器和應(yīng)涌流研究。文章對比了ECT和MCT對動模實驗結(jié)果的影響，結(jié)果表明，采用ECT作為測量手段，可充分發(fā)揮其微功耗、無飽和的獨特優(yōu)點，對研究工作的開展有著MCT無法替代的重要作用。
　　風電作為一種實用化程度較高的可再生能源，近年來獲得了迅猛的發(fā)展。數(shù)字化變電站作為風電場與電力網(wǎng)唯一接口，其安全穩(wěn)定運行對于提高風電場發(fā)電效率有著決定性作用。MU是電子式互感器應(yīng)用

7、于數(shù)字化變電站的關(guān)鍵性接口裝置，它承擔著向二次設(shè)備及時提供電流電壓采樣值的重任。目前投入試運行的MU大多數(shù)基于IEC61850-9-1標準研制，或者實現(xiàn)了IEC61850-9-2標準的部分功能，都只能單向發(fā)送采樣值。本文從數(shù)字化變電站應(yīng)用的角度對MU進行了深入的需求分析，重點開展了基于IEC61850-9-2標準的MU信息建模和信息交換服務(wù)建模，使MU可以完成全雙工通信，具備接受在線調(diào)整和控制的能力。這可縮短變電站的調(diào)試時間，也為運行人

8、員在變電站連續(xù)運行中對MU的監(jiān)視與控制提供了手段，有利于加強風電場安全穩(wěn)定運行。
　　目前風電場監(jiān)控通信系統(tǒng)及通信協(xié)議多由風機廠家自行規(guī)定，這給風電場的建設(shè)和運行管理造成了極大的不便。本文借鑒計算機軟件工程“自頂向下”的設(shè)計思想，利用研究合并單元建模的方法，首次建立了完整的基于IEC61400-25標準的風力發(fā)電機模型，這對于開展數(shù)字化風電場研究與建設(shè)具有較強的參考作用。
　　最后，論文總結(jié)了主要研究成果，并指出了要進一步研