【導讀】點，消弧線圈的工作原理、作用和特點。軟件工具設(shè)計和搭建所提實現(xiàn)方法的電路。其中，中性點經(jīng)電阻器接地按照。接地電流的大小又分為高阻接地和低阻接地。方式大大提高了電網(wǎng)的供電可靠性。但是隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，系統(tǒng)的運行。動補償，使得對接地電流的補償效果很差，無法滿足配電自動化的要求。自動跟蹤補償?shù)南【€圈及其調(diào)諧控制技術(shù)應運而生。動態(tài)調(diào)諧方法和注入信號法等等。深入研究其控制理論。諧控制方法---電容電流增量法。然后通過MATLAB仿真分析，驗證其可行性和誤。其中，為了通過誤差分析尋找外加電容的理想范圍，本文做了大量仿真分。最后針對本次設(shè)計做出總結(jié)。

　　

【正文】 可計算如下： )13(110 LCjRRUIdajd?? ??????? （ ） 式中 aU? —— 故障相電壓； dR —— 接地點過渡電阻； 0R —— 消弧線圈有功損耗電阻； Lj? —— 消弧線圈電抗； Cj?1? —— 各相對地電抗。 在相關(guān)計算中，一般忽略接地過渡電阻 dR 和消弧線圈有功損耗 0R ,則等效電路 又可進一步簡化為： 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 0??ULCLI?? CI?? 圖 簡化等效電路 圖 中，消弧線圈的電感電流LjUIL ?0?? ? ，其相位與CI? 相位相差 180176。故可減少故障點的電流。在此圖中，單相接地時的零序電壓在數(shù)值等于故障相的相電壓。 流經(jīng)故障點的接地電流 ?jdI 與上述電路的參數(shù)有關(guān)，可以分為三種情況。 （ 1）全補償。當 CL ?? 31? 時， LI =CI ,稱為全補償，此時脫諧度 ? =0，其物理意義是指在并聯(lián)諧振電路中，其調(diào)諧的程度達到了諧振的程度。即 LI CI =0 時，脫諧度LLCI II ??? =0。 （ 2）過補償。當 CL ?? 31? 時， LI CI ,稱為過補償； （ 3）欠補償。當 CL ?? 31? 時， LI CI ,稱為欠補償。 在過去的概念中，全補償時禁區(qū)，是絕不可及的狀態(tài)。但是，在現(xiàn)如今先進的自動跟蹤補償系統(tǒng)中去可以實現(xiàn)全補償。不過，消弧線圈的電感電流只能對基波電容電流進行補償，補償電網(wǎng)的調(diào)諧度也是要求是接地點的殘余電流盡量小，而對電阻性電流和高頻電流，消弧線圈的電感電流卻無能為力。為了消除阻性和高頻分量，可安裝寬帶補償裝置，該裝置可 實現(xiàn)對阻性和高頻電容電流的全補償，因此，實現(xiàn)接地點的電流為零。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 4 現(xiàn)有消弧線圈調(diào)諧控制方法的原理及分析 上一章詳細闡述了諧振接地系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)和故障狀態(tài)下的情況，只有深入分析兩種情況下各自的特點，才能尋找到合理而有效地消弧線圈調(diào)諧控制方法。 其實，消弧線圈自動調(diào)諧的核心問題，是怎么實現(xiàn)在線測準電網(wǎng)對地的電容電流。電網(wǎng)運行方式改變后，其對地的電容參數(shù)將隨之改變。因此，對地的電容電流會有相應變化。為了保證在任何運行方式下的殘流或脫諧度在規(guī)程允許范圍之內(nèi)，必須使消弧裝置的電感電流對電 網(wǎng)電容做跟蹤調(diào)整，即實現(xiàn)自動跟蹤補償。據(jù)此，目前國內(nèi)外有：中性點位移電壓法、阻抗三角形法、注入信號法、實時測量原理、調(diào)容原理等等。下面具體介紹各個理論及部分驗證結(jié)論。 位移電壓原理 位移電壓原理理論 [4] 位移電壓原理是利用串聯(lián)調(diào)諧試驗測得的中性點位移電壓來計算電網(wǎng)的電容電流。它簡單直觀、最易實現(xiàn)。但是，前提是消弧線圈必須串聯(lián)或并聯(lián)電阻后方可采用這種方法，否則，諧振時中性點位移很高，將大大超過規(guī)程允許值。 通過對諧振接地電網(wǎng)的等值分析，得到如圖 所示的諧振接地系統(tǒng)正常運行時的零序等值 電路。由該圖和第三章所述可知，中性點位移電壓 220 dUU bd?? ? 即 0U 隨著 ? 的變化而變化。當 ? =0 時，中性點位移電壓最大。因此，調(diào)節(jié)消弧線圈的匝數(shù)或改變氣隙可調(diào)式消弧線圈的氣隙大小等，均可測得不同值的中性位移電壓值。當中性點位移電壓最大時，單相接地故障點殘流最小，脫諧度最小。 U b dX CX LI 0U0 圖 諧振接地系統(tǒng)零序等值電路 這種測量原理僅適用于電網(wǎng)不對稱度較小的場合，對于不對稱度大的電網(wǎng)，當 ? 5%時，中性點位移電壓將大于 15%相電壓，超過規(guī)程的規(guī)定。此外，在不對稱電壓很低，且電網(wǎng)電容電流比較大的場合，如全電纜大電網(wǎng)情況下，所測諧振點不明顯，會給測量帶來較大誤差。 MATLAB 驗證分析 以理論分析為基礎(chǔ)，現(xiàn)對位移電壓原理進行 matlab的分析。如圖 matlab仿真電路圖。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 圖 位移電壓原理 仿真電路 仿真方法： ，如圖 所示； ： R1= /km； R0= /km； L1=；L0=； C1= F； C0= F。 但是在實際仿真中，主要目的是驗證理論的正確性，所以參數(shù)只要合理即可。 ，利用電壓表讀取并記錄不同電感值下所對應的中性點偏移電壓 0U 。 matlab 語言編程，繪制位移電壓曲線，驗證該理論。 通過仿真，得到如圖 所示的位移電壓曲線： 20 25 30 35 40 45 50 55 60 652030405060708090100IL中性點位移電壓U0 圖 位移電壓曲線 需要說明的是，雖然順利的得到了該位移電壓曲線。但是，在諧振點附近調(diào)中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 整消弧線圈大小時，其仿真實際值會出現(xiàn)一定得波動。這也反映出在該調(diào)諧理論的實際應用中，參數(shù)、條件會對其造成一定影響，形成誤差，降低調(diào)諧精度。 離線調(diào)諧原理 離線調(diào)諧原理理論 [4] 這種調(diào)諧控制原理通常僅用于調(diào)匝式消弧線圈且不串聯(lián)電阻器，進行離線測量的場合。諧振接地電網(wǎng)在正常運行情況下的等效電路圖如圖 所示。 U b dX CX LT 1T 2Un1Un2 圖 消弧線圈離線測量等效電路 有圖所示，當消弧線圈處于某一分接頭時，其電抗值是可知的。那么，未知而待求的就是 CX 。調(diào)整一次消弧線圈的分接頭位置，測出對應分接頭 T1 和 T2位置上的中性點電壓 1nU 和 2nU ，以及它們之間的相角差 ? ，或者測出消弧線圈中電流 01I 和 02I 以及它們之間的相角差，然后，就可依據(jù)已知的電抗和三個測量值計算出電網(wǎng)的實際 CX 和脫諧度 ? 。 忽略電網(wǎng)中損耗后，測得對應分接頭 T1 和 T2 的中性點位移電壓 1nU 和 2nU ，并有如下關(guān)系式： CLCbdLCLbdbdnIII UXXX UωCωLωLUU111111 1 ??????? （ ） CLCbdbdnIII UωCωLωLUU2222 1 ????? （ ） 由式（ ）和（ ）經(jīng)推導后，得 2112121nnLnnLCUUIUUII???? （ ） 式中， CI —— 電網(wǎng)對地電容電流， A； 1LI 、 2LI —— 對應于消弧線圈在分接頭 T1和 T2 時的電感電流， A； 1nU 、 2nU —— 對應于消弧線圈在分接頭 T1和 T2 位置時測得的中性點 偏移電壓， V； 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁 由式（ ）可見，測得兩次中性點位移電壓后，電網(wǎng)三相對地電容電流即可按此式算出，而電網(wǎng)的脫諧度為： LCLCLC X XXI II ????? 在已知了 CI 、 1LI 、 2LI 后，按照此式就可求出電網(wǎng)的脫諧度。 這種方法，要求在欠補償狀 態(tài)下求取位移電壓曲線的連續(xù)上升部分，在過補償狀態(tài)下求取位移電壓曲線的連續(xù)下降部分。如果位移電壓曲線比較平緩，則計算結(jié)果誤差較大。為增進準確度，可采用多點計算的平均值。另外，此調(diào)諧控制原理一般適用于電網(wǎng)阻尼率比較小，允許脫諧度大于 10%的場合。當要求脫諧度小，且串入阻尼電阻后，這種方法的計算結(jié)果誤差較大，此時不宜采用這種方法。 MATLAB 驗證分析 通過 matlab 對離線調(diào)諧控制原理進行分析。仿真電路如圖 所示。 圖 離線調(diào)諧原理仿真電路 仿真說明： 在進行仿真的時候，通過參數(shù)設(shè)置 ，實際上我們是可以直接計算出仿真電路電容電流的，即 )3( CEXEI CC ??? ??? 利用理論求得的 CI ，與按此方法仿真所得的 CI 進行比較，可大致分析驗證此種方法的精確性。 在仿真中，調(diào)整消弧線圈的電感值，測量不同狀態(tài)下的中性點位移電壓，并記錄處理。需要說明的是，所需電感電流 1LI 、 2LI ，并非電流表所測 得的正常運行狀態(tài)下消弧線圈流過的電流，而是按照 LL XEI ?? 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 所得的故障狀態(tài)下，消弧線圈可提供的電感補償電流。將仿真數(shù)據(jù)處理如下： v1=。 v2=48。 i1=(4*2*pi*50)。i2=(5*2*pi*50)。 ic=(i2v1*i1/v2)/(1v1/v2) ic0=*3*2*pi*50**100 wucha=abs((icic0)/ic0) 所得結(jié)果為： ic =； ic0 = ； wucha = 其中， ic 是理論計算所得對地電容電流； ic0 是仿真電網(wǎng)的實際電容電流；wucha 是仿真誤差。 從所得數(shù)據(jù)可以看出，在此仿真中，按照理論得到的結(jié)果雖應該不存在理論性的錯誤，但是去存在著較大的誤差。這主要是電網(wǎng)阻尼率參數(shù)設(shè)置的不夠小的原因。另外，仿真時所取仿真點較少也可能造成一定影響。不過還是充分說明，在實際應用中，此離線調(diào)諧原理受電網(wǎng)參數(shù)限制較大。若電網(wǎng)參數(shù)不符合，如阻尼率較大時，此種原理誤差較大，不宜采用 。 阻抗三角形調(diào)諧原理 阻抗三角形調(diào)諧原理理論 [4] 如上所述，離線調(diào)諧原理不適用于要求脫諧度較小，且串入阻尼電阻，或者說阻尼率較大的場合，這時，阻抗三角形法是可以算是一個有效的方法。 對于預調(diào)式消弧線圈，由于中性點加了阻尼電阻，就可以利用串聯(lián)諧振回路中的電阻、電抗之間的阻抗三角形關(guān)系來計算對地電容。由于電網(wǎng)阻尼相對于阻尼電阻來說很小，利用忽略電網(wǎng)阻尼后的串聯(lián)諧振等效回路及阻抗三角形，測量時改變一次消弧線圈的電感值，取得相應的流過中性點消弧線圈電流和中性點不平衡電壓，利用阻抗三角形阻抗夾 角的變化求解三角形關(guān)系式得到相應的 CX 。由于在計算中忽略了消弧線圈的損耗電阻和電網(wǎng)阻尼，理論誤差一般在 5％左右。對于中性點不接阻尼電阻的“隨調(diào)式”消弧線圈，阻抗三角形的阻抗夾角很小，計算誤差大，所以，此方法一般只適用于中性點加裝阻尼電阻的“預調(diào)式”消弧線圈。如圖 。 如圖所示，在電網(wǎng)不對稱電壓 bdU 的作用下，回路中有電流。在使用調(diào)匝式消弧線圈在線調(diào)節(jié)兩個檔位后，或使用氣隙可調(diào)式消弧線 圈任意改變一個氣隙后，均可得到相應的電流 01I 和 02I ，以及他們之間的相角差。根據(jù)阻抗三角形關(guān)系，可得： ??????????RIUZIUXZbdbd???c o sc o ss in02101121 從而有， 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 U b dX CX LT 1T 2R oR??011 IUZ bd?011 IUZ bd? 12X?LCXX? (a)等效電路 （ b）阻抗三角形關(guān)系 圖 阻抗三角形原理圖 1)( s in22c os 2101 02 ???? LL XXI RI ?? ； 1LC XtgRX ?? ?； CC XEI ?? ； 11 )( LLC XXX ??? ； 由此即求得了電網(wǎng)的電容電流值 CI 和當前脫諧度 ? 。 目前，用于自動跟蹤補償?shù)臍庀犊烧{(diào)和在線調(diào)匝式消弧線圈串聯(lián)電阻方式，多采用這一調(diào)諧原理。但是，由于單相接地故障發(fā)生后，阻尼電阻 R 上將流過較大的電流使電阻發(fā)熱，因此，在實際應用中，應對其采取可靠的快速切除措施。也就是說，在發(fā)生單相接地故障時，要將其快速切除。 MATLAB 驗證分析 搭建仿真電路，如圖 所示， 按照理論所述方法進行仿真。首先，在 LX = 1LX 時，測得此時的電感電流為 01I ；在 LX = 2LX 時，測得電感電流為 02I ，并記錄兩者的相角差。而在進行仿真計算時， 21 LL XXX ??? 就是已知量了。 圖 阻抗三角形原理仿真電路 由仿真得到數(shù)據(jù)后進行如下處理， i1=。i2=。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 r=1。x12=1*2*pi*50。 d=sin()。 e=2*i2*r*d/(i1*x12)1。 f=acos(e)/2。 g=tan(f) gn=()*2*50*pi w