基于网压预测的电容式电压互感器谐振抑制方法研究

程 玮

（厦门海洋职业技术学院 海洋机电学院，福建 厦门 361100）

电容式电压互感器是电网系统的组网结构构件之一，其功用主要是实现对高压电力传输的稳定性控制和变压器稳定性调节等。在电容式电压互感器运行过程中，容易受到电压波动以及涌流等因素的影响，导致其产生谐振［1］。因此，需要构建优化的电容式电压互感器谐振抑制控制模型。根据对电容式电压互感器谐振的参数分析，结合线路的稳定性控制，实现对互感器的稳定性控制［2］。研究电容式电压互感器谐振抑制方法，在提高电网系统的总体稳定性和局部部件的抗波动性等方面具有重要意义。

目前，相关学者与专家对谐振抑制问题进行了大量研究，并取得了一定的研究成果。文献［3］提出一种多并网逆变器系统谐振抑制方法，以谐振抑制机理为基础，构建多并网逆变器阻抗网络，并结合导纳重构原理设计全局谐振抑制方法。实验结果表明，该方法能够在较短的时间内实现谐振抑制，但是逆变器输出的稳定性不佳。文献［4］提出了一种基于自适应滤波的并联逆变器谐振抑制方法。首先，分析逆变器的阻抗特性，根据分析结果建立等效阻抗模型。然后，通过自适应滤波算法设计谐振抑制策略，即通过降低等效控制延时，对逆变器的阻抗进行重塑，从而实现对谐振的有效控制。实验结果表明，该方法具有一定的抗扰动性，但是部分谐振抑制输出结果仍然处于谐振区，输出增益较高，仍有待改善。除此之外，文献［5］提出了计及输电线路分布电容的并网换流器谐振特性及抑制方法。实验结果表明，该方法具有较强的鲁棒性，但是同样存在输出稳定性不佳的问题。

针对上述问题，本文以电容式电压互感器为研究对象，提出基于网压预测的电容式电压互感器谐振抑制方法。首先，构建静态电压稳定分岔点标定模型，根据对电压互感器谐振参数的逼近平衡最优解分析，实现对电容式电压互感器谐振抑制的参数优化解算。然后，根据网压预测结果，提升电容式电压互感器的稳定性，实现互感器谐振的自适应控制。

1 电容式电压互感器谐振参数分析和抑制对象模型

1.1 电容式电压互感器谐振参数分析

为了实现电容式电压互感器谐振抑制，结合谐振参数分析方法，构建静态电压稳定分岔点标定模型为

式中，b表示局部电压稳定指标；ξi表示磁感应强度。

基于分岔点标定模型结合本机振荡特性，采用中频放大控制方法，进行功率参数分析。根据功率参数分析结果，可以得到电容式电压互感器的励磁涌流参数分布为

式中，TC(x)表示动态约束规划参数；LZ表示低频功放控制系数。

励磁涌流参数包括励磁涌流差动保护参数和励磁电感参数。根据电容式电压互感器的涌流衰减性特征分布，结合时变参数下电压互感器的稳态参数分析，得到励磁涌流：

式中，h(l)表示涌流衰减系数；n表示时变参数分布特征量。

根据拟合变压器励磁参数分析结果，得到惯性动态参量为

式中，w(t)表示惯性分布函数；r表示空载合闸时零序涌流数。

当拟合变压特征分量为零时，运用调谐回路抑制涌流衰减，得到电压互感器的零序涌流磁密Br。在存在谐振的情况下，ZOCP 涌流类误动特征量为Bsy，需要对其进行预先控制，考虑到谐振状态下的电感漏电系数k1，依据波源至谐振点的分布聚类，得到谐振参数模型为

式中，M表示波源分布转矩；K表示附加电磁损耗。

根据上述分析，采用多元参数约束方法进行电容式电压互感器参数融合和指标体系分析［6］。

1.2 电容式电压互感器谐振抑制对象模型

根据互感器谐振参数分析结果，构建谐振抑制对象模型，首先设定一个优化目标函数［7］，基于该目标函数得到谐振状态转矩为

根据涌流状态分布，得到互感器的谐振时变参数为

式中，Y(r)表示涌流状态分布函数。

为了使电容式电压互感器谐振最小，采用转矩约束方法，得到变压器空载合闸后的磁链向量em［8］，优化目标函数为

采用数据加窗的方法，构建谐振抑制的输出稳态功率因数为

式中，Pcu表示电压互感器的零序损耗；Ph表示电压互感器的机械谐振损耗；Pb表示谐振之和。

假设P=，得到谐振抑制对象模型为

通过上述设计，实现了电容式电压互感器谐振控制对象模型分析。

2 电容式电压互感器谐振抑制优化

2.1 谐振抑制参数优化解算

确定电容式电压互感器的静态电压稳定极限，根据对谐振参数的逼近平衡最优解分析，实现对谐振抑制的参数解算［9］。基于动态耦合参数分析，得到谐振的剩磁条件e()n，空载合闸后磁链的磁矩可以表示为

式中，db/ls为谐振抑制的惯性约束参数。

先估算磁矩在磁偶极子下的反射系数kϕ，根据励磁涌流参数估计［10］，得到谐振抑制的动态规划函数为

引入联合转矩特征量，表示为

根据谐振电流矢量参数，得到电容式电压互感器的电磁耦合模值为

考虑到电磁耦合漏感系数k2，根据衰减全过程的平均时间参数分析，得到谐振抑制转矩为E。根据谐振抑制的多目标参数解析，构建谐振的优化控制目标参数解算模型，得到电容式电压互感器的优化状态参数为

根据上述分析，得到谐振抑制的优化解算结果，进行电容式电压互感器谐振抑制输出处理。

2.2 电容式电压互感器谐振抑制输出

构建网压预测模型，得到电容式电压互感器的网压预测参数，谐振振荡稳定性频率为f2-f1，通过本机振荡抑制，得到输出相位参数Z-φ，谐振初始时刻的剩磁为

通过励磁涌流衰减特征分析，得到电容式电压互感器的电流为

式中，Vs表示网压预测参数；VCE表示励磁涌流衰减特征分布向量。

此时，输出网侧电压预测结果为

式中，Rx(i)表示谐振抑制的多目标参数函数。

在额定电流时，根据电磁耦合参数融合，结合网压预测结果，得到直流磁链衰减：

此时，谐振抑制输出为km，状态特征分布频率特性为am(i)，得到的谐振抑制输出为

通过上述抑制算法，实现了电容式电压互感器的谐振抑制，提高了谐振控制能力。

3 仿真实验

在电容式电压互感器的谐振抑制仿真实验中，设电容式电压互感器的饱和段磁化曲线斜率为0.324，三相变压器负载为240 kW，衰减时间常数为100 s，A 相合闸角为235 °，额定电流为120 A，通过Matlab 编写电容式电压互感器的谐振抑制算法，在DSP 硬件平台中实现谐振抑制的快速计算和指标分析。将本文方法与文献［3］和文献［4］方法进行对比，得到谐振抑制过程中的输出稳定性检测结果，如图1所示。

图1 电容式电压互感器的谐振抑制稳定性结果

由图1 可知，采用本文设计的抑制方法，互感器的输出稳定性较好，能够实现对电容式电压互感器的谐振抑制。在此基础上，得到谐振抑制输出，如图2所示。分析图2得知，本文方法能有效实现电容式电压互感器的谐振抑制，输出全部为安全区。

图2 谐振抑制输出

对比不同方法进行电容式电压互感器的谐振抑制的输出增益，得到对比结果，如图3 所示。分析图3 得知，采用本文方法进行电容式电压互感器的谐振抑制，输出增益较高。

4 结语

为了解决传统方法存在的谐振抑制效果不佳的问题，本文提出基于网压预测的电容式电压互感器谐振抑制方法。构建静态电压稳定分岔点标定模型与谐振动态约束规划模型，通过模型运算输出谐振抑制结果，从而实现谐振抑制。研究表明，采用本文方法进行电容式电压互感器谐振抑制的输出增益较大，谐振区域能够得到完全抑制。