消弧线圈档位在线校验与系统参数一体化测量方法及系统

本发明属于电力系统自动化与继电保护，更具体地，涉及一种能够在不停电的条件下，对消弧线圈自身档位进行在线校验，同时精确测量系统对地参数，并据此实现最佳补偿档位自动调整的一体化方法及系统。

背景技术：

1、在中性点非有效接地的中压配电网中，消弧线圈是抑制单相接地故障电弧、提高供电可靠性的关键设备。其理想运行状态是处于接近谐振的过补偿点，这要求消弧线圈的感抗必须精确匹配系统的对地容抗。因此，实时、准确地获取系统的对地电容电流，是进行消弧线圈精准调谐的前提。

2、现有技术中，在线测量系统对地电容电流的方法主要可分为被动测量法与主动注入法。被动测量法利用系统固有的电压电流信号进行估算，但精度易受系统不平衡度影响，且在接近谐振点时灵敏度不足。主动注入法通过向系统注入特定频率的信号并测量响应来计算参数，精度相对较高。然而，这些方法普遍基于一个隐含假设：消弧线圈自身的阻抗特性（电感值）是准确已知且恒定的，完全符合其控制器的档位标称值。

3、而在实际工程中，由于制造公差、长期运行中的档位触点氧化、铁芯材料特性变化以及环境因素影响，消弧线圈的实际电感值与其标称值之间可能存在不可忽视的偏差。这种设备自身的特性偏移，会作为一个系统误差直接传递至所有基于标称值进行的电容电流计算与调谐决策中，导致系统处于非最优补偿状态，影响故障电弧的可靠熄灭。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种消弧线圈档位在线校验与系统参数一体化测量方法及系统，用于在线同步解决传统电力系统自动化中“设备校准”与“系统测量”的两大问题，通过一体化方法从根本上提升消弧线圈接地系统的运行可靠性与调谐精度，最终形成一个完整的“校准-测量-控制”智能闭环。

2、为了实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供一种消弧线圈档位在线校验与系统参数一体化测量方法，包括：

3、s100：将可控交流源的输出端并联连接至与消弧线圈串联的阻尼电阻两端；

4、s200：第一次注入信号与测量数据采集；主控单元控制可控交流源输出第一激励信号s1，待信号输出稳定后，同步采集第一次注入点电压相量、第一次消弧线圈电流相量、第一次系统中性点电压相量及系统母线线电压相量；

5、s300：消弧线圈实际电感值的计算与在线校验；基于测量数据所计算的消弧线圈实际电感值，将其与当前档位的标称值进行比对，以判断偏差是否超限；

6、s400：第二次注入信号与测量数据采集；主控单元控制可控交流源输出与第一激励信号s1频率相同且在幅值或相位上存在预设差异的第二激励信号s2，待信号输出稳定后，同步采集第二次消弧线圈电流相量及第二次系统中性点电压相量；

7、s500：系统对地参数的精确解算；建立方程并通过两次注入数据的差值运算消除系统固有不对称电压影响，将复数方程分解后，直接解算出系统的对地总电容和总绝缘电导；

8、s600：系统电容电流计算；通过精确测量的系统对地总电容，计算得到系统的全补偿电容电流；

9、s700：消弧线圈最佳档位的智能决策；遍历消弧线圈所有的可用档位，计算各档位下的脱谐度和预估接地残流，依据运行规程选取脱谐度满足过补偿要求且接地残流最小的档位，作为最佳档位；

10、s800：自动调档执行与结束。

11、进一步地，步骤s100包括：

12、s101：将可控交流信号源的输出端，以并联方式接入该阻尼电阻的两端，使得该信号源与阻尼电阻形成并联支路。

13、进一步地，步骤s200包括：

14、s201：控制所述可控交流信号源向阻尼电阻的两端注入第一激励信号s1；

15、s202：同步采集以下电流-电压相量测量数据：第一次注入点电压相量、第一次流过消弧线圈的电流相量、第一次系统中性点电压相量以及系统母线线电压相量，并将系统母线线电压相量作为相位基准。

16、进一步地，步骤s300包括：

17、s301：根据电感元件的电压-电流的相量关系，有：

18、

19、消弧线圈的实际电感值可直接计算为：

20、

21、其中，为表示相位旋转90度的虚数单位（数字常数），为系统角频率，为消弧线圈的电感值，im为取虚部运算符，表示提取方括号内复数结果的虚部；

22、s302：将该实际电感值与消弧线圈控制器根据当前档位调用的标称电感值进行比对。

23、进一步地，步骤s500包括：

24、s501：根据基尔霍夫电流定律，在系统中性点处建立消弧线圈电流、系统对地导纳电流与系统固有不对称分量之间的相量关系：

25、

26、其中，gσ为系统对地总绝缘电导，cσ为系统对地总电容，为每一次测量的系统中性点电压相量，为表示相位旋转90度的虚数单位（数字常数）；

27、s502：将第一次注入和第二次注入的方程相减，得到仅与注入相差量相关的方程：

28、

29、其中，为第一次流过消弧线圈的电流相量，为第二次流过消弧线圈的电流相量，为第一次系统中性点电压相量，为第二次系统中性点电压相量；

30、s503：令，，并将该方程分解为实部和虚部两个实数方程，构成关于gσ和cσ的二元一次方程组，即：

31、

32、其中，为消弧线圈电流的变化量，为系统中性点电压的变化量，为消弧线圈电流变化量的实部，为消弧线圈电流变化量的虚部，为中性点电压变化量的实部，为中性点电压变化量的虚部；

33、直接求解该二元一次方程组，获得系统对地总绝缘电导gσ和系统对地总电容cσ。

34、进一步地，步骤s600包括：

35、s601：计算系统的全补偿电容电流：

36、

37、其中，为系统相电压。

38、进一步地，步骤s700包括：

39、s701：遍历消弧线圈所有可用档位k对应的标称电感值lnom(k)，分别计算各档位下的脱谐度ν(k)和预估的接地残流ires(k)：

40、

41、；

42、s702：根据电力系统的运行规程，从所有的可用档位中筛选出满足ν(k)在该区间范围内且使得ires(k)最小的档位，作为最佳档位kopt。

43、进一步地，可控交流源为受控源，用于输出幅值和相位可控、频率为预设工频的交流信号。

44、进一步地，一种消弧线圈档位在线校验与系统参数一体化测量系统，包括：

45、消弧线圈装置，包括可调电抗器及与之串联的阻尼电阻；

46、可控交流注入装置，其输出端并联连接至所述阻尼电阻的两端，用于生成并注入所述激励信号；

47、测量单元，用于同步采集所述注入点电压、注入点电流、流过消弧线圈的电流、系统中性点电压及系统母线电压；

48、计算与控制单元，与所述可控交流注入装置及所述测量单元连接，被配置为执行所述方法的步骤s200至s800，包括控制注入序列、处理测量数据、消弧线圈电感校验、系统参数解算、最佳档位决策并生成调档指令；

49、其中，所述测量单元包括电流互感器和电压互感器，分别用于采集电流信号和电压信号；流过消弧线圈的电流通过串接于消弧线圈支路的电流互感器直接测量；

50、所述计算与控制单元还包括通信模块，用于将校验结果、测量参数、档位决策信息上传至远程监控系统或接收远程控制指令；

51、所述系统被配置为按预设周期自动执行所述在线校验、测量与调档流程，或在接收到外部触发信号后启动。

52、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

53、1.本发明的方法，通过仅需利用两次注入的消弧线圈电流差值与中性点电压差值直接代入导纳方程，无需任何迭代或复杂计算，基于基尔霍夫电流定律的完整电路分析，整个测量过程中完全不依赖任何设备标称值，所有参数均由实时测量数据直接计算得到，且所有公式推导均有明确的物理意义，从根本上避免了因设备标称值与实际值偏差导致的测量误差，并确保了测量结果的可靠性。该方法计算简单且无需任何设备标称参数，显著降低了系统依赖性与运算复杂度。

54、2.本发明的方法，通过直接测量消弧线圈两端电压和流过消弧线圈的电流，利用电感元件的电压电流关系精确求解实际电感值，实现了消弧线圈自身特性的高精度在线校准。同时，基于两次注入方程相减，系统固有不对称电压的影响被自动消除，无需额外测量或假设系统对称。该方法实现了系统设备校验精确无误与系统固有不对称偏移电压影响的自动消除。

55、3.本发明的方法，通过将“设备校准-系统测量-最优控制”集成于一体，实现了从状态感知到优化控制的全自动智能运维闭环，显著提升了配电网的自动化与智能化水平。同时，通过设置信号注入点位于阻尼电阻低压侧，从而无需接触高压一次设备，操作安全，便于现场工程实施与推广应用。