一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法。采用級(jí)聯(lián)H橋型多電平變流器，通過(guò)電抗器直接連接在配電網(wǎng)的中性點(diǎn)處；在配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障初始時(shí)刻，綜合運(yùn)算生成所需注入的補(bǔ)償電流&，然后迅速投入多電平變流器，采用電流跟蹤控制算法和PWM調(diào)制策略控制多電平變流器產(chǎn)生補(bǔ)償電流&并注入配電網(wǎng)中性點(diǎn)，以補(bǔ)償故障點(diǎn)接地全電流，并強(qiáng)制故障相電壓恒為0，瞬時(shí)性接地故障將自行消除，解決現(xiàn)有故障消弧技術(shù)消弧效果差的技術(shù)難題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)接地故障消弧【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)覆蓋面廣、深入用戶(hù)終端、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行方式多變、隨機(jī)故障頻繁，其中約 70%的配電網(wǎng)故障是瞬時(shí)性接地故障。隨著配電網(wǎng)的不斷延伸和擴(kuò)展，故障點(diǎn)接地電流增 大，瞬時(shí)性接地故障消弧能力差，接地電弧將難以自行熄滅，容易形成不穩(wěn)定的斷續(xù)燃燒現(xiàn) 象，由此產(chǎn)生的間歇性電弧接地過(guò)電壓幅值較高，可達(dá)相電壓的2. 5^3. 5倍甚至更高，作用 時(shí)間長(zhǎng)，危害作用大，在一定條件下會(huì)引起多重故障，引發(fā)大面積停電，危及電網(wǎng)安全，影響 社會(huì)穩(wěn)定。
[0003] 為限制接地故障電流，我國(guó)配電網(wǎng)一般采用中性點(diǎn)非有效接地方式，此時(shí)接地電 流較小。一般認(rèn)為，當(dāng)接地電流小于5A時(shí)，大部分電弧能自然熄滅，接地電流越接近于0，對(duì) 電弧熄滅越有利。
[0004]目前常見(jiàn)的各類(lèi)消弧技術(shù)，包括自動(dòng)調(diào)匝式消弧線(xiàn)圈、氣隙可調(diào)式消弧線(xiàn)圈、直流 偏磁式消弧線(xiàn)圈、三相五柱式消弧線(xiàn)圈、調(diào)容式消弧線(xiàn)圈、高短路阻抗式變壓器式消弧線(xiàn) 圈、消弧柜以及消弧線(xiàn)圈與接地故障轉(zhuǎn)移裝置配合使用的消弧方法等，均屬于無(wú)源消弧技 術(shù)。無(wú)源消弧技術(shù)只能補(bǔ)償故障點(diǎn)無(wú)功殘流，不能補(bǔ)償有功電流和諧波電流，消弧效果有 限。
[0005] 隨后，在無(wú)源消弧的基礎(chǔ)上，逐漸出現(xiàn)了有源消弧技術(shù)，如瑞典的殘流補(bǔ)償裝置、 主從式二次側(cè)調(diào)感零殘流消弧線(xiàn)圈、柔性接地故障消弧技術(shù)、可適應(yīng)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的 有源消弧技術(shù)等。瑞典的殘流補(bǔ)償裝置是通過(guò)注入電流控制故障后配電網(wǎng)零序?qū)Ъ{等于故 障前零序?qū)Ъ{，它利用了故障前的零序?qū)Ъ{，不能實(shí)時(shí)反映配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變。主從式二次 側(cè)調(diào)感零殘流消弧線(xiàn)圈在發(fā)生系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，首先啟動(dòng)故障選線(xiàn)程序選出故障 線(xiàn)路，然后利用故障線(xiàn)路的零序電流、正常狀態(tài)下的系統(tǒng)對(duì)地電容、故障線(xiàn)路電容大小等進(jìn) 行故障全電流估算，對(duì)接地電流中諧波分量和有功分量進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)零殘流，而目前針對(duì) 諧振接地系統(tǒng)而言，其選線(xiàn)技術(shù)不太完善，還存在錯(cuò)選、漏選等情況，若接地線(xiàn)路選錯(cuò)，則后 續(xù)的工作都是朝著錯(cuò)誤的方向繼續(xù)前進(jìn)。柔性接地故障消弧技術(shù)是一種基于STATC0M的零 序電壓柔性控制及故障電壓消弧方法，該方法采用固定檔位的消弧線(xiàn)圈與兩/三電平的有 源逆變器配合使用，向配電網(wǎng)注入零序電流，實(shí)現(xiàn)消弧，但配電網(wǎng)接地故障電流復(fù)雜，可能 導(dǎo)致兩/三電平有源逆變器的開(kāi)關(guān)管頻率高，損耗大?？蛇m應(yīng)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的有源消 弧技術(shù)在檢測(cè)到單相接地故障發(fā)生時(shí)，分別向配電網(wǎng)注入任意兩次電流，并測(cè)量母線(xiàn)處零 序電壓，利用兩次注入電流和零序電壓計(jì)算接地電阻，當(dāng)接地電阻的計(jì)算值小于整定的接 地電阻的邊界時(shí)，采用電流消弧算法，否則，，采用電壓消弧算法；該技術(shù)要先計(jì)算接地電阻 的大小，再選擇采用電流消弧算法或電壓消弧算法，控制較為復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法，解 決現(xiàn)有故障消弧技術(shù)消弧效果差的技術(shù)難題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電 網(wǎng)故障消弧方法，包括以下步驟： 步驟S01 :采用多電平變流器，通過(guò)電抗器直接連接在配電網(wǎng)的中性點(diǎn)處； 步驟S02 :通過(guò)分析向配電網(wǎng)中性點(diǎn)注入的補(bǔ)償電流在整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)中的分布情況， 可知無(wú)論配電網(wǎng)發(fā)生金屬性接地故障或是電阻接地故障，注入補(bǔ)償電流中的有功分量和無(wú) 功分量值都是相同的，與故障接地電阻無(wú)關(guān)； 步驟S03 :當(dāng)檢測(cè)配電網(wǎng)處于正常運(yùn)行的情況時(shí)，每隔一定的時(shí)間間 隔，采用基于注入信號(hào)的接地電流檢測(cè)原理計(jì)算得到配電網(wǎng)等效對(duì)地電容 ^和配電網(wǎng)對(duì)地泄露電阻.?，并進(jìn)行保存； 步驟S04:當(dāng)檢測(cè)到配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，判斷故障相，測(cè)量中性點(diǎn)的零序電 壓，采用快速傅里葉算法求出零序電壓中的各次諧波電壓，得到接地故障電流的諧波分量， 并根據(jù)故障前系統(tǒng)保存的所述配電網(wǎng)等效對(duì)地電容和配電網(wǎng)對(duì)地泄露電阻&，綜合運(yùn) 算生成所需注入的補(bǔ)償電流4; 步驟S05 :以綜合運(yùn)算生成的補(bǔ)償電流^為指令電流，投入多電平變流器，采用電流跟 蹤控制算法和PWM調(diào)制策略控制多電平變流器產(chǎn)生補(bǔ)償電流^并注入配電網(wǎng)中性點(diǎn)，以補(bǔ) 償故障點(diǎn)接地全電流，并強(qiáng)制故障相電壓恒為0，瞬時(shí)性接地故障將自行消除； 步驟S06 :-定延時(shí)后，判斷故障是否消失，若故障消失，判斷為瞬時(shí)性故障，配電網(wǎng)恢 復(fù)正常運(yùn)行；否則，判斷為永久性故障，啟動(dòng)選線(xiàn)裝置進(jìn)行接地故障選線(xiàn)保護(hù)。
[0008] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述多電平變流器為級(jí)聯(lián)H橋型多電平變流器。
[0009] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述步驟S02中，補(bǔ)償電流中的基波分量表達(dá)式為

【權(quán)利要求】
1. 一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法，其特征在于：包括以下步 驟： 步驟SOI :采用多電平變流器，通過(guò)電抗器直接連接在配電網(wǎng)的中性點(diǎn)處； 步驟S02 :通過(guò)分析向配電網(wǎng)中性點(diǎn)注入的補(bǔ)償電流在整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)中的分布情況， 可知無(wú)論配電網(wǎng)發(fā)生金屬性接地故障或是電阻接地故障，注入補(bǔ)償電流中的有功分量和無(wú) 功分量值都是相同的，與故障接地電阻無(wú)關(guān)； 步驟S03 :當(dāng)檢測(cè)配電網(wǎng)處于正常運(yùn)行的情況時(shí)，每隔一定的時(shí)間間 隔，采用基于注入信號(hào)的接地電流檢測(cè)原理計(jì)算得到配電網(wǎng)等效對(duì)地電容 和配電網(wǎng)對(duì)地泄露電阻^，并進(jìn)行保存； 步驟S04:當(dāng)檢測(cè)到配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，判斷故障相，測(cè)量中性點(diǎn)的零序電 壓，采用快速傅里葉算法求出零序電壓中的各次諧波電壓，得到接地故障電流的諧波分量， 并根據(jù)故障前系統(tǒng)保存的所述配電網(wǎng)等效對(duì)地電容^^和配電網(wǎng)對(duì)地泄露電阻&，綜合運(yùn) 算生成所需注入的補(bǔ)償電流A； 步驟S05 :以綜合運(yùn)算生成的補(bǔ)償電流^為指令電流，投入多電平變流器，采用電流跟 蹤控制算法和PWM調(diào)制策略控制多電平變流器產(chǎn)生補(bǔ)償電流^并注入配電網(wǎng)中性點(diǎn)，以補(bǔ) 償故障點(diǎn)接地全電流，并強(qiáng)制故障相電壓恒為0，瞬時(shí)性接地故障將自行消除； 步驟S06 :-定延時(shí)后，判斷故障是否消失，若故障消失，判斷為瞬時(shí)性故障，配電網(wǎng)恢 復(fù)正常運(yùn)行；否則，判斷為永久性故障，啟動(dòng)選線(xiàn)裝置進(jìn)行接地故障選線(xiàn)保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法，其 特征在于：所述多電平變流器為級(jí)聯(lián)H橋型多電平變流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法，其 特征在于：所述步驟S02中，補(bǔ)償電流中的基波分量表達(dá)式為
其中￡為 故障相電源電動(dòng)勢(shì)，
分別為配電網(wǎng)A、B、C三相等效對(duì)地電容，H rc分別為配電網(wǎng)A、B、C三相對(duì)地泄露電 阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法，其 特征在于：所述步驟S03中基于注入信號(hào)的接地電流檢測(cè)原理為：每隔一定的時(shí)間間隔，利 用多電平變流器向中性點(diǎn)處注入零序電流匕，同時(shí)測(cè)量中性點(diǎn)電壓;改變注入的零序 電流為乙，再次測(cè)量中性點(diǎn)零序電壓得到[>_，通過(guò)4、4和4u、計(jì)算得到配電 網(wǎng)等效對(duì)地電容和配電網(wǎng)對(duì)地泄露電阻rz ,其表達(dá)式如下，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法，其 特征在于：所述步驟S04中，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，采用快速傅里葉算法求出零序 電壓中的各次諧波電壓如下：
其中，h為中性點(diǎn)電壓的第n次諧波電壓的相量，接地故障電流中的諧波分量全部 來(lái)自電網(wǎng)的諧波電流，諧波電流ik表達(dá)式為：
再根據(jù)保存的配電網(wǎng)等效對(duì)地電容和配電網(wǎng)對(duì)地泄露電阻值，綜合運(yùn)算生成所需注入 補(bǔ)償電流4表達(dá)式為：
，|為故障相電源電動(dòng)勢(shì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法，其 特征在于：所述步驟S05中，采用電流跟蹤控制算法和PWM調(diào)制策略控制多電平變流器產(chǎn)生 并注入補(bǔ)償電流A的基本工作原理為：當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，對(duì)應(yīng)電網(wǎng)中性點(diǎn)會(huì) 出現(xiàn)一個(gè)中性點(diǎn)零序電壓，該電壓4與多電平變流器兩端的可控電壓$共同作用于 連培的由抗惡h?則存亦加下的數(shù)學(xué)關(guān)系：
，匕為所述電抗器的電感， 電流跟蹤控制算法采用PI控制算法，其可以控制與不同相位、不同幅值的, PWM 調(diào)制采用載波相移調(diào)制策略產(chǎn)生控制各個(gè)功率器件的PWM信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生任意需要的 零序補(bǔ)償電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中性點(diǎn)經(jīng)多電平變流器接地的配電網(wǎng)故障消弧方法，其 特征在于：所述步驟S06中，判斷故障是否消失的方法為，逐漸減少注入電流至0，檢測(cè)零序 電壓隨注入電流的變化而變化的情況，如果零序電壓的變化與注入電流的變化成正比，表 明故障點(diǎn)已消弧，判斷為瞬時(shí)性故障；否則，判斷為永久性故障。
【文檔編號(hào)】H02H9/08GK104218563SQ201410500176
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】郭謀發(fā), 陳靜潔, 張偉駿, 高偉, 洪翠, 楊耿杰, 繆希仁 申請(qǐng)人:福州大學(xué)