低压电气设备末端过电压自动化抑制方法

孙玉美

（国网北京市电力公司检修公司，北京 100027）

当前配电网多采用中性点非的形式有效实现接地运行，不仅对于电压控制程度较高，而且零序阻抗大，单相高压负载处于均衡的状态，可以更好地确保电气设备的稳定运行。通常情况下，电气设备可以划定为高压设备和低压设备，高压设备的电压幅值较大，一般定向的波动影响较小，几乎可以忽略不计。但是低压设备如果不及时进行保护与抑制，极有可能造成设备内部损坏，引发三相电压的不平衡。所以，为减少低压电气设备的损坏了，相关人员设计了过电压自动化抑制结构，参考文献［1］和文献［2］，设定传统磁环过电压自动化抑制方法，传统有源逆变分相注入过电压自动化抑制方法，这一类传统的过电压自动化抑制形式虽然可以实现预期的电压控制目标，但是该类方法的稳定性与针对性并不强，对于异常区域的定位也并不精准，常常受到外部环境及特定因素的影响，最终导致自动化抑制结果不准确［3］。为此提出对低压电气设备末端过电压自动化抑制方法的设计与分析。综合实际的测定与需求及标准的变化，融合相关过电压自动化抑制技术，构建更为灵活、多变的抑制结构，从多个方向稳定电气设备的电压情况，营造更为稳定的设备运行环境，为后续相关技术的进一步创新和升级奠定基础。

1 构建低压设备过电压自动化抑制方法

1.1 三相不平衡过电压辨识

通常情况下，配电网的内置结构较为复杂，运行多变，再加上区域性用电调度存在一定的不合理性，导致随机故障频繁，且70%以上的均属于单向接地性故障，形成零序电压和过电压的问题，一定程度上影响配电网日常的应用和运行［4］。因此，面对上述情况，进行三相不平衡过电压状态的多维辨识处理。首先，明确具体的辨识范围，并在边缘位置进行标定，确保自动化抑制过程中环境的稳定性与可靠性［5］。

随即，进行辨识节点的设定，这部分需要先将辨识范围划分为对应的单元区域，内部设定对应数量过电压辨识点位，同时配备对应的辨识节点，形成关联搭接之后，营造基础性的多维辨识环境［6］。采用辐射形式的控制网线路，即为环网线路，进行故障过渡电阻与线路对地零序阻抗的等效并联，这样一定程度上可以确保故障线路零序阻抗值的减少，也可以简化辨识环节，提升三相不平衡过电压辨识效率［7］。

此时，分析阻抗辨识配电网处于不平衡运行状态时，综合柔性控制技术，测定出PWM 有源逆变器的注入频率，当产生电压信号时，计算此时的测量阻抗：

公式（1）中：H表示测量阻抗，U表示总电压，d表示额定电流，τ 表示测定电流，v 表示调控次数，ϑ 表示中性点电压。根据上述设定，完成对测量阻抗的计算与分析。将其设定为三相不平衡过电压的实际辨识标准，在不同的电压环境下，进行标准的调整，形成多阶的辨识结构，为后续辨识工作的执行奠定基础。

1.2 柔性自动化多目标抑制结构设计

与初始的过电压自动化抑制结构不同的是，综合柔性技术所设计的过电压自动抑制结构的抑制速度相对较快，对于异常区域的抑制针对性会更强一些［8］。首先，根据此时测量阻抗数值的变化，融合阻尼率，对各个区域进行多目标二次不平衡过电压辨识。采用柔性控制技术，设定中性点位移电压，当电压大于整定值时，辨识配电网处于不平衡状态，并存在接地故障。此时需要向配电网注入零序电流，促使中性点的位移电压处于零的状态。

在此基础之上，采用三角形接线，设定接地点，注入零序电流，促使对地电容逐渐接入地面形成一个循环性的自动化抑制结构，能够进一步确保过电压抑制环境的稳定。此时，设计柔性自动化多目标抑制结构的执行流程图如图1所示。

图1 柔性自动化多目标抑制结构执行流程图

根据图1，完成对柔性自动化多目标抑制结构执行流程的设计与应用。随即，以此为基础，合理调节低压电气设备的电压、电流以及功率等电气量，避免结构在抑制处理的过程中出现不可控的误差。

1.3 构建三相有源过电压自动化抑制模型

将上述设计的柔性自动化抑制结构设定在初始的过电压抑制模型之中，综合节点所采集的配电网运行、异常数据，进行三相有源过电压自动化抑制模型的构建。可以先在配电网中注入电流，进行三相对地导纳。注入电流的大小相位通常与实时零序电压存在一定的抑制关系：

公式（2）中：F1和F2表示中性点位移电压幅值的变化情况，FS表示注入电流，J表示输出电压。根据上述测算，调整自动化抑制的处理环节与覆盖区域，同时对配电网异常的位置进行三相有源不平衡电压补偿处理，具体如下图2所示。

图2 三相有源不平衡电压补偿处理结构图

根据图2，完成对三相有源不平衡电压补偿处理结构的设计与调整。此时，利用构建的柔性自动化抑制结构，捕捉低压电气设备各个阶段过电压的具体数值，在合理的补偿标准范围之内，采用三相处理技术，在低压电气设备中设定并联电阻，改变配电网中性点的接地方式，进一步强化有源过电压自动化抑制能力。

但是当对三相不平衡过电压进行辨识时，一旦配电网进行电力的调度，低压电气设备便容易出现电压上的波动，出现单相高压负载。此时，可以通过补偿三相不平衡电流的方式来抑制三相不平衡过电压，再利用模型对低压电气设备末端的运行状态维持稳定，避免电压波动对其造成关联性的损坏，至此，完成三相有源过电压自动化抑制模型的构建。

1.4 无零矢量处理实现自动化抑制

所谓无零矢量处理，主要是针对电气设备在零序运行的状态下，采用自动化抑制共模的方式，强化抑制速度和效率，最终实现低压电气设备末端电压的自动化抑制处理。采用新的矢量法或者矢量作用法等设定初始的抑制共模电压。利用NZPWM法主控制直流电压，并测算实时的利用率，如果在合理的范围之内，可以采集异常信号，通过非零矢量合成零矢量，以等效变换的方式对不同过电压情况进行弥补。与此同时，在平衡的零矢量状态下，测算出平均电压：

2 方法测试

此次主要是对低压电气设备末端过电压自动化抑制方法的实际应用效果进行分析与验证研究，考虑到最终测试结果的真实性与可靠性，选定G配电网作为测定处理的基础性环境，参考文献设定传统磁环过电压自动化抑制测试组、传统有源逆变分相注入过电压自动化抑制测试组以及此次所设计的柔性处理电压自动化抑制测试组。根据实际的测定需求及标准，对最终获取的测试结果比照研究，并进行基础测试环境的搭建。

2.1 测试准备

综合相关的过电压自动化抑制测定需求及标准，依据对应的控制性技术，进行基础测试环境的搭建。首先，选定10 kV的G配电网进行测算研究，标定出三个区域作为测试的目标，配电网的可控模式设定为开放模式，建立动态化的多维控制程序，设定在模型之中，在程序中增加三相控制结构，对应DSP28335主控制器，关联恒河DLM4000型号的示波器进行数据信息的定向化采集。低压电气设备的输出频率为55 Hz，逆变器与示波器进行搭接，完成初始环境的设定。综合低压电气设备的日常应用需求，对相关的执行指标参数做出调整，如下表1所示：

表1 低压设备过电压自动化抑制指标参数调整表

根据表1，完成对低压设备过电压自动化抑制指标参数的调整与设定。随即，进行基础过电压自动化抑制环境的建设。此时，测定出三个区域输出点和逆变器负母线之间的实时电压，确保电网处于稳定的运行状态之后，对过电压自动化抑制方法进行具体的验证与分析。

2.2 测试过程及结构分析

在上述搭建的测试环境中，综合柔性控制技术和三相自动化处理技术，对G配电网过电压自动化抑制方法进行验证与分析研究。首先，通过柔性控制技术构建一个定向的电压控制程序，将其设定为设计的过电压自动化抑制模型之中，形成动态化的可控抑制结构。

随即，在抑制模型增设输出电抗器，用于电压的逆向调节与分流，依据需求捕捉PWM 的输出波形，测算出尖峰电压值，降低长电缆末端的过电压，确保测试过程中配电网运行的稳定性与可靠性。构建稳定的过电压环境，针对选定的三个区域，测定出此时配电网的交流电压均方根值升高，并且超过额定值的10%，持续的时间均超过1分钟，通过自动化抑制模型依据流程对其作出处理，最终测算出自动化抑制耗时：

公式（4）中：G表示自动化抑制耗时，n表示电压变换偏差，§表示过电压峰值，i 表示抑制次数，v表示静电力常量，g 表示预设自动化控制频次，ζ 表示电流幅值。根据上述测定，完成对测试结果的对比分析，具体如下图3所示：

图3 测试结果对比分析图示

根据图3，完成对测试结果的对比分析：与传统磁环过电压自动化抑制测试组、传统有源逆变分相注入过电压自动化抑制测试组进行对比，此次所设计的柔性处理电压自动化抑制测试组最终对于过电压自动化抑制的耗时相对较短，控制在了0.4s以下，说明该种自动化抑制模式相对更为灵活，应用简单，抑制速度和效率较高，具有实际的应用价值。

3 结论

综上所述，对低压电气设备末端过电压自动化抑制方法的设计与验证分析，与传统的过电压自动化抑制方式相对比，此次综合柔性控制技术和三相自动化处理技术所构建的过电压自动化抑制结构相对更为稳定、灵活，具有更强的针对性。在复杂的电压环境下，可以快速解决零序过电压的抑制难题。与此同时，柔性控制技术的融合应用，还可以对过电压区段进行精准定位与处理，实现多频控制，及时消除中性点位移电压的不平衡情况，为配电网过电压自动化抑制工作的执行提供借鉴。