串补装置控制保护原理及整定原则

串级控制系统的原理及设计中应注意的问题摘要：介绍了串级控制系统的基本原理，性能和设计中应注意的几个问题。

关键词：内环；外环；增益；时间常数；对象；共振现象；积分饱和现象。

1、概述1.1串级控制系统介绍单回路控制系统只用一个调节器,调节器只有一个输入信号,即只有一个闭环,在大多数情况下，这种简单系统能够满足工艺生产的要求。

但是也有一些另外的情况,譬如调节对象的动态特性决定了它很难控制,而工艺对调节质量的要求又很高;或者对调节对象的控制任务要求特殊,则单回路控制系统就无能为力了。

另外,随着生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对操作条件要求更加严格,参数间相互关系更加复杂,对控制系统的精度和功能提出许多新的要求,为此,需要在单回路的基础上,采取其他措施,组成复杂控制系统。

串级控制是改善调节过程的一种极为有效的方法,并且在实际中得到了广泛的应用。

我厂的生产过程自动控制系统中，串级控制系统是应用最为广泛的复杂控制系统。

1.2（简单控制系统）图1.1是精馏塔底部示意图,在再沸器中,用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽,然后在塔釜中与下降物料流进行传质传热。

为了保证生产过程顺利进行,需要把提馏段温度t保持恒定。

为此，在蒸汽管路上装一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。

从调节阀动作到温度t发生变化，需要相继通过很多热容积。

实践证明，加热蒸汽压力的波动对温度t的影响很大。

此外，还有来自液相加料方面的各种扰动，包括他的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质传热过程，以及再沸器中的传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度t。

当加热蒸汽压力较大时，如果采用图1.1所示的简单控制系统，调节质量一般都不能满足生产要求。

如果采用一个附加的蒸汽压力控制系统，把蒸汽压力的干扰克服在入塔前，这样也提高了温度调节的品质，但这样就需要增加一只调节阀并增加了蒸汽管路的压力损失，在经济上很不合理。

比较好的方法是采用串级控制，如图1.2所示。

配电网处于电网的最末端，以10kV线路为主。

图1为串补装置应用后的配电线路示意图和等效模型图。

V iX L X CV jj j图1. 应用串补的配电线路示意图和等效模型图图2为根据配网辐射状配电线路，串补应用前后的感性负荷用电情况下的向量图。

V RR L X L ILVR R Rj I L X LI LV RV SVΔ感性负载(P R,Q R>0)I L R LφRj I L X LI LV RI L R L V S-j I L X CφR感性负载(P R,Q R>0)VΔV RR L X L ILV S SR=P R+j Q R图2. 串补应用前后的电路和向量图线路首末端线电压之差ΔV（一般只考虑纵分量）为：L L L LL L L LR=cos sin)∆ϕ+ϕ+=V3I R I XP R jQ XV其中，I L为线路电流，R L为线路电阻，X L为线路感抗，P L为有功功率，Q L为无功功率。

在感性负载情况下，P L和Q L均为正，末端电压低于首端电压。

当加入串补装置后（加入了容抗Xc），它能产生一个与线路电抗电压相反的电压，减小了线路电抗的压降，其值为：C L C=3sin∆V I Xϕ相当于缩短了线路的电气距离，提高了线路的负荷能力。

从而首末端电压差变为：L L L L CL L L L CR=3(cos()sin)()∆+-+-=V I R I X XP R jQ X XVϕϕ串补提供的无功补偿容量为：2C L C=3(sin)⋅Q I Xϕ补偿的电压与线路电流成正比，容量与电流的平方成正比，因此串联电容器具有“自适应”调节的优势，不需要像并补装置一样频繁投切。

下图为改善电压效果的比较图：针对负荷重的长线路电压偏低的情况，P、Q均大于零，ΔV为正，电压呈递减；若引入X C且足够大，则Vi小于Vj ，此时i,j线路上产生一个电压跳升。

下图为装置组成的一次示意图。

装置包括：电容器投切操作开关、传感器、保护设备、控制器。

串补装置控制保护原理及整定原则摘要：串联补偿装置是将电容器组串联在交流输电线路中，用于补偿交流输电的线路的电器，按照补偿阻抗的固定不变和可以调节，串补装置可分为固定串补（FSC）和可控串补（TCSC）。

线路加入串补装置可以缩短电气传输的有效距离，补偿线路感性无功，增加线路传输的有功功率，可见串补装置可靠稳定的运行对电力系统传输的重要性。

本文从串补装置保护原理出发，研究其保护装置的整定原则。

关键词：串补装置；有功功率；感性无功；整定；原理1.引言串联补偿装置是串联在线路中的电容器组，分为五种运行状态，正常状态；热备用状态；特殊热备用状态；冷备用状态；检修状态。

串补装置保护依据测量系统提供的模拟量和开关量信息检测运行状况，正确动作相关保护，及时准确地隔离装置或切除故障，保证装置的安全与稳定运行，并配合线路保护来保护系统其他设备[1]。

2.保护配置原则威胁串联补偿电容器组安全运行的首要因素是串补线路故障电流在电容器组两端产生的过电压。

为了防止过电压造成串联电容器组的损坏，在串联电容器组两端并联金属氧化物限压器（MOV），将电容器组两端电压限制在其能够承受的范围之内；MOV限压后，故障电流将引起MOV能量积累，过大的MOV能量累积会造成MOV设备损坏，为了保护MOV设备，需要在MOV所吸收能量达到承受能力之前强制触发火花间隙（GAP），保护MOV设备和电容器组；在触发GAP 的同时，闭合旁路开关，使GAP熄弧并使其绝缘快速恢复。

MOV、GAP和旁路开关是保护电容器组的一次设备，其相互之间协调配合，因此串补装置的二次保护设备的配置和定值的整定应与一次设备之间的保护配合关系相适应。

为提高串补装置保护的可靠性，串补装置的保护采用双重化的设计思想，由完全独立的两套保护系统组成，以确保串补设备的安全可靠。

串补保护的配置原理以保护串补平台设备为基础，并充分考虑了各保护之间保护范围的重叠与覆盖，对于每一类型保护而言，保护配置考虑主保护与直接或间接后备保护相结合。

这个月运行二值有以下四个培训内容：1、砚山串补主要保护；2、作业风险评估办法及应用；3、用电设备概念；4、学习安全生产风险管理体系文件1、500kV砚山串补站是区控中心管辖的串补站，下面就来学习一下砚山串补站的主要保护种类及其原理。

一、电容器保护的种类有以下几种：（1）过负荷保护当电容器电流大于1.1倍额定电流（2700A）时，启动电容器过负荷保护。

根据IEC标准要求，采用反时限原理。

电容器保护启动后，经过一个短延时（10s）发出过负荷报警信息，保护动作后，闭合旁路断路器并进入暂时闭锁状态，经过15分钟延时后重投。

如果在60分钟内重投超过3次，则过负荷保护动作后进入永久闭锁状态。

只有手动解除闭锁串补才能重新投入。

（2）不平衡保护电容器不平衡保护是通过测量电容器不平衡电流来监视电容器的状态。

由于电容器熔丝熔断或电容套管闪络引起的电容器电容值的改变均会导致被监视的各支路电流大小不相同，从而造成不平衡测量CT有差流流过。

保护采用电容器差动电流有效值进行判断。

采用高灵敏度电流互感器来反映不平衡电流，且保护定值连续可调。

电容器不平衡保护采用三段式整定方法：第一段：告警。

当保护检测到电容器不平衡电流与电容器电流的比值超过519μA\A时，经过2000ms延时，保护只发出告警信号。

第二段：低值旁路，永久闭锁。

当保护检测到电容器不平衡电流与电容器电流的比值超过741μA\A，则经过30分钟延时，发合旁路断路器命令，并永久闭锁。

第三段：高值旁路，永久闭锁。

当保护检测到电容器不平衡电流超过2.4A时，经100毫秒延时发合旁路断路器命令，并永久闭锁。

高值旁路定值的选择会避免电容元件雪崩损坏。

告警与低定值旁路体现了不平衡电流与电容器电流之间的比值关系，而高定值旁路只与不平衡电流有关。

当电容器电流小于270A时，告警和低值旁路功能被自动闭锁。

电容器不平衡保护动作后，手动解除闭锁，串补才能重新投入。

二、MOV保护的种类有以下几种：（1）MOV不平衡保护MOV不平衡保护主要用于对MOV的故障进行检测，当MOV存在故障时，两组MOV电流就会不平衡，MOV不平衡保护就是MOV故障保护。

500kV固定串补装置控制及保护系统技术果家礼、魏忠民【摘要】将电力电容器串联于交流输电路线中，能够有效降低输电线路的电抗值，缩短输电线路的电气距离，增加系统输送能力，提高系统静态稳定性，降低网损及系统工程造价。

而串补装置控制及保护系统是串补装置乃至电网的安全稳定运行的有力保障。

【关键词】：串联补偿；控制保护；闭锁1 引言所谓串补，即交流输电系统串联电容补偿，就是将电力电容器串联于交流输电路线中，从而有效降低输电线路的电抗值，补偿交流输电线路的电气距离，从而达到增加系统输送能力，提高系统静态稳定性，降低网损及系统工程造价的目的。

目前世界上运行的串补装置分为固定串补（FSC）和可控串补（TCSC）两种。

可控串补能够实现对补偿阻抗的快速连续调节，抑制低频振荡、降低次同步震荡（SSR），进一步提高系统暂态稳定水平，但技术复杂、投资较高；固定串补投资较低，运行可靠。

2009年3月26日，云南境内首座串补站500kV砚山串补站正式投入系统带电运行，本文就500kV固定串补装置控制及保护系统技术特点进行简要分析。

2 500kV砚山、建水串补装置简介：500kV砚山、建水串补站均采用中国电力科学研究院中电普瑞科技有限公司研发的成套串补装置。

500kV砚山串补站：在500kV砚山至崇左线路上加装两组容量为435Mvar 串补装置。

500kV建水串补站：在500kV墨江至红河双回线路上分别加装一组容量为590Mvar串补装置。

串补装置主要由串联电容器组，非线性电阻（MOV），放电间隙（GAP），阻尼装置，平台测量箱，旁路断路器（MDR）及控制保护系统组成。

除旁路断路器，隔离开关，控制保护系统外，其它设备均分别安装在三个绝缘平台上，其电气主接线如下图：（电气主接线图）其中控制保护系统与平台测量箱同步工作，共同实现对串补平台上各元件的监测及保护，同时，控制保护系统还与线路远跳及光纤接口装置配合工作，实现线路保护与串补保护的相互联动。

ICS备案号：Q/CSG 中国南方电网有限责任公司企业标准P Q/CSG—代替Q/ —串联电容补偿装置保护技术规范Technical Specification for the Protection of Fixed SeriesCapacitor20 - - 发布20 - - 实施中国南方电网有限责任公司发布Q/CSG—目次前言 (II)1范围 (1)2规范性引用文件 (1)3术语和定义 (1)5基本技术要求 (2)6保护配置 (3)7保护功能 (4)8配合要求 (5)9组屏及二次回路要求 (6)附录A (8)附录B (9)IQ/CSG—II前言本技术规范是按照《关于下达2013年技术标准修编计划的通知》（南方电网设备[2013]23号文）的安排，根据GB/T 1.1-2009相关规则编制。

本技术规范对网内串联电容器补偿保护装置的配置原则、技术要求及相关的二次回路进行规定，以进一步提高现场作业标准化水平，降低继电保护现场作业风险，减少继电保护“三误”事故本技术规范由南方电网公司系统运行部归口。

本技术规范主要起草单位：中国南方电网有限责任公司系统运行部、南京南瑞继保电气有限公司、超高压输电公司、南方电网科学研究院、中电普瑞科技有限公司、中南电力设计院、广东省电力设计研究院、西南电力设计院。

本技术规范主要起草人员：黄佳胤、朱韬析、丁晓兵、王德昌、周启文、田庆、李明、宋阳、李甲飞、吴向军、李倩、伦振坚。

Q/CSG—串联电容补偿装置保护技术规范1 范围本规范规定了南方电网固定串联电容补偿装置保护的标准化技术原则和设计准则，适用于南方电网220kV-500kV电压等级固定串联电容补偿装置保护，其他串联电容补偿装置保护可参照执行。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 2887-2011 电子计算机场地通用规范GB/T 6115.1-2008 电力系统用串联电容器第1部分：总则性能、试验和额定值安全要求安装导则（IEC 60143-1：1994 Series capacitors for power systems - Part1: General，IDT）GB/T 6115.2-2002 电力系统用串联电容器第2部分：串联电容器组用保护设备（IEC 60143-2：2012）GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程GB/T 14598.3-2006 电气继电器第5部分：量度继电器和保护装置的绝缘配合要求和试验GB/T 14733.12-1993 电信术语光纤通信GB/T 15145-2001 微机线路保护装置通用技术条件GB/T 16929.2-2013 高电压试验技术第2部分：测量系统GB 50171-1992 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范DL/T 478-2001 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件GB/T 28565-2012 高压交流串联电容器用旁路开关DL/T 995-2006 继电保护和电网安全自动装置检验规程SJ 2668-1986 光纤光缆衰减测量方法Q/CSG 110010-2011 南方电网继电保护通用技术规范3 术语和定义下列术语与定义适用于本标准。

串级控制系统的⾃整定串级系统的⾃整定摘要在这篇论⽂中，提出了串级系统的新的⼀种⾃整定⽅法。

通过采⽤⼀个简单的延迟，内部和外部回路的模型参数可以被同时确定。

从⽽，沿⽤已久的PID整定原则可以应⽤于整定内外部回路。

与⽬前有的⽅法相⽐，这个新⽅法更简单但却更有效。

它可以直接纳⼊商业上可⽤⼯业⾃整定系统中。

⼀些例⼦说明了这种⽅法的有效性和鲁棒性。

1.简介PID控制器由于⾃⾝具有的相对容易理解和实现的特点⽽被⼴泛应⽤于过程控制⼯业中。

在实践中，它经常被融⼊⼀个复杂的控制结构中，以达到⼀个更好的控制效果。

在这些复杂的控制结构中，通常利⽤串级控制组合来减⼩⼲扰引起的最⼤偏差和积分误差。

容易实现的优点和潜在的⼤控制性能的提⾼导致串级控制⼴泛应⽤达数⼗年。

它已经成为⼀个由⼯业过程控制器提供的标准应⽤。

串级控制系统由两个控制回路构成：⼀个可以快速动态消除输⼊⼲扰的内部回路，和⼀个可以调节输出效果的外部回路。

通常，他们是通过⼀个连续的⽅式来整定的。

⾸先，外部回路控制器设置为⼿动，对内部回路进⾏整定。

随后，启⽤内部回路的整定结果，接着整定外部回路。

如果控制效果不理想，应该调换整定的顺序。

所以，整定串级控制系统是⼀项相当笨重耗时的任务，特别是具有⼤时间常数和时间延迟的系统。

PID⾃整定解除了⼿动整定控制器的烦恼，并且已经成功的应⽤于很多⼯业领域中。

但是，到⽬前为⽌，却很少有关于串级系统⾃整定技术的发展的⽂学报道。

其中，Li et al 利⽤模糊逻辑进⾏串级控制器的⾃整定。

Hang et al. 应⽤⼀个重复的延迟⾃动整定⽅法来整定串级控制系统，延迟反馈测试被验证了两次，⼀次在内部回路，另⼀次在外部回路。

虽然特殊的控制器整定已经被⾃动化，但整定过程的⾃然顺序并没有改变。

Tan 提出了⼀个在⼀个实验中实⾏整体整定过程的⽅法，但是这个实验需要过程的过去的信息。

⽽且，外部回路设计时所⽤的极限频率是基于未考虑内部回路控制参数改变的初始极限频率。

串级控制参数整定方法
串级控制参数整定方法通常包括以下步骤：
1.确定主控制回路和副控制回路的基本控制结构和类型；
2.确定主回路和副回路的控制目标，确定主、副控制回路的动态特性；
3.利用经验法则或初步控制参数估计公式得到初始参数值；
4.对初始参数进行试验，包括开环试验和闭环试验，得到主、副回路
的响应曲线；
5.分析试验结果，识别主、副回路存在的问题以及可能的改进措施；
6.根据试验结果调整主、副回路的控制参数，使主回路和副回路的动
态特性得到优化；
7.进行闭环试验，检验主、副回路的控制效果，如果需要，重复步骤6，直至参数达到预期效果。

整定参数的具体方法根据控制系统的不同而异，常见的整定方法包括
经验法则法、频域法、时域法、优化方法等。

串级控制系统参数整定串级控制系统又称为级联控制系统，是由两个或多个控制回路组成的系统，其中一个回路的输出作为另一个回路的输入。

串级控制系统广泛应用于工业生产和自动化领域，能够提高系统的稳定性、鲁棒性和动态性能。

参数整定是串级控制系统的一个重要部分，它对系统性能有着直接的影响。

本文将介绍串级控制系统参数整定的方法和步骤。

一、串级控制系统的概念和组成1、串级控制系统的概念串级控制是一种组合控制方式，它由两个或多个控制回路组成，一个回路的输出是另一个回路的输入。

2、串级控制系统的组成二、串级控制系统参数整定的步骤1、收集系统信息和建立数学模型首先，需要收集系统的信息，包括系统的输入输出关系、传输函数、稳态误差等。

然后，根据收集到的信息建立系统的数学模型，通常使用传输函数来描述系统的动态特性。

2、确定性能指标和要求根据实际需求，确定系统的性能指标和要求，如控制系统的稳定性、快速性和精确性等。

这些指标和要求将影响参数整定的选择和调整。

3、参数初步估计和调整根据系统的数学模型和性能要求，初步估计系统参数的范围，并进行调整。

参数的初步估计可以通过观察系统的动态响应、分析系统的特性以及根据经验来确定。

4、参数的优化和整定根据系统的数学模型和性能要求，确定参数的优化方法和整定步骤。

根据优化方法和步骤进行参数的调整和调整。

常见的参数整定方法包括经验整定法、Ziegler-Nichols方法、模型匹配法等。

5、参数调整和修正根据实际情况和系统的动态响应，对参数进行调整和修正。

观察系统的响应曲线，根据曲线的特征对参数进行调整，以达到最优的控制性能。

6、系统性能评估和调整对调整后的系统进行性能评估，并根据评估结果对系统进行调整。

评估系统的稳定性、快速性、精确性等指标，并根据评估结果对参数进行微调，使系统达到最佳的控制效果。

三、串级控制系统参数整定的方法1、经验整定法经验整定法是基于经验和实际经验的参数调整方法。

根据经验公式和经验规律，对参数进行初步估计和调整。

串级控制参数整定方法串级控制是一种常用的自动控制策略，可用于处理具有复杂动态特性的系统。

其基本原理是将控制系统分为两个或多个级别，每个级别都有一个独立的控制器，并根据不同的目标和需求进行控制。

本文将介绍串级控制参数整定方法。

首先，串级控制的参数整定要从两个级别的控制器开始。

一般来说，上级控制器负责整体过程的控制，下级控制器负责细致的控制。

上级控制器的目标是调节下级控制器的参数，以实现期望的系统动态特性。

针对上级控制器的参数整定，常用的方法有：基于模型的方法、基于频率响应的方法和基于树状图的方法。

基于模型的方法是一种基于数学模型的参数整定方法。

首先，建立系统的数学模型，包括输入、输出和控制器。

然后，根据系统的动态特性，通过对数学模型进行分析推导，得到控制器的参数。

这种方法需要对系统有一定的了解，适用于相对简单的系统。

基于频率响应的方法是一种基于系统的频率响应特性的参数整定方法。

通过对系统的频率响应进行测试和分析，得到系统的幅频特性和相频特性。

根据系统的频率响应特性，可以计算出适当的控制器增益和相位裕度。

这种方法适用于频率响应特性较为明显的系统。

基于树状图的方法是一种结合上述两种方法的参数整定方法。

首先，根据系统的数学模型建立树状图，将系统的各个部分以及控制器的参数表示出来。

然后，根据系统的动态特性和频率响应特性，逐步调整树状图中的各个参数，以达到期望的控制效果。

这种方法结合了系统模型和频率响应的信息，使参数整定更加准确。

对于下级控制器的参数整定，常用的方法有：经验调整法、试-调法和自适应控制。

经验调整法是一种根据经验和专业知识进行参数整定的方法。

根据系统的特性和知识，选择适当的控制器增益、积分时间和微分时间。

这种方法需要丰富的经验和专业知识，适用于特定的应用场景。

试-调法是一种通过试验和调整的方法进行参数整定。

首先，将控制器的参数设置为一些初始值，然后进行实际试验或仿真实验。

根据试验结果，分析系统的动态特性和控制效果，逐步调整控制器的参数，直到达到期望的控制效果。

配电网串供线路继电保护整定原则研究摘要：解析现行配电网线路过电流保护整定规程规定，分析典型电网两段式简化整定原则存在的问题，以及部分电网三段式整定原则的局限性，提出优化的三段式整定方案，兼顾选择性和速动性，保障供电可靠性和主设备安全。

关键词：配电网;过流保护;整定计算;现行配电网线路过电流保护的整定计算原则按选择性优先的原则逐级配合进行，造成变电站侧保护动作时限过长，严重威胁主设备安全。

需要对10k V/35kV系统多级串供线路的继电保护整定原则进行优化，适当减少配合级数，兼顾故障选择性和主设备耐受能力。

1 整定规程的有关规定解析10k V/35k V系统故障不涉及到系统稳定问题，按照供电可靠性和主设备安全的原则，优先考虑选择性，兼顾速动性。

10k V系统通常配备三段式过流保护，即电流速断保护、延时电流速断保护、过电流保护。

DL/T584—2007《3k V～110k V电网继电保护装置运行整定规程》有如下规定。

1.1 电流速断保护电流速断保护应按躲过本线路末端最大三相短路电流整定，校核被保护线路出口短路的灵敏系数，时间定值整定为0s。

按躲线末最大三相短路电流整定:式中，Id(3)max为本线路末端最大三相短路电流，KK≥1.3。

1.2 电流速断保护延时电流速断保护的电流定值应对本线路末端故障有规定的灵敏系数，还应与相邻线路保护的测量元件定值配合，时间定值按配合关系整定，级差取△t=0.3～0.5s。

则:式中，I'DZ为下一级速断保护定值。

按保本线路末端故障时有规定的灵敏度整定:式中，Imin为本线路末端故障时最小故障电流;KLM为灵敏度，KLM≥1.3。

1.3 过电流保护过电流保护定值应与相邻线路的延时段保护或过电流保护配合整定，同时，电流定值还应躲过最大负荷电流。

躲过最大负荷电流为:式中，KF为返回系数，取0.85～0.95;Kzqd为电动机自起动系数，取1.5～2.5;IFH.max为本线路的最大负荷电流。