一種配電網有源消弧裝置及其電流控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種配電網有源消弧裝置及其電流控制方法，該裝置通過向配電網中性點注入工頻電流來達到接地故障消弧的目的。注入電流的幅值和相位通過兩次向中性點注入特定的電流，并結合相應的計算方法來得到。注入電流控制器由比例諧振控制器構成，將注入電流偏差信號通過比例諧振控制器得到調制信號，再經三角載波調制后驅動逆變器開關管產生逆變電流，經濾波電路后輸出至配電網中性點。該裝置響應速度快、靈敏度高、造價低，可以實現瞬時接地故障快速、可靠滅弧。
【專利說明】
-種配電網有源消弧裝置及其電流控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統繼電保護技術領域，特別設及一種配電網有源消弧裝置及其 電流巧制方法。
【背景技術】
[0002] 電力系統是一個非線性、大規(guī)模的復雜系統，配電網深入用戶終端，運行環(huán)境多 變，易發(fā)生隨機故障，其中約70%的故障是瞬時性接地故障。由于配電網對地存在電容和 泄漏電阻，因此接地故障電流為電容電流和阻性泄漏電流。為限制接地故障電流，我國配 電網一般采用中性點不接地、經消弧線圈接地、經電阻接地等中性點非有效接地運行方式。 隨著城鄉(xiāng)電網發(fā)展，電容電流增大，瞬時性接地故障消弧能力變差，故障點的電弧難W自行 焰滅，易產生故障過電壓，引起多重事故，甚至造成大面積停電，危及電網安全，影響社會穩(wěn) 定。
[0003] 影響接地故障消弧的因素有：故障電流、間歇電弧過電壓（包括故障相電壓的恢 復初速度、恢復時間與幅值）。故障電流越小，介質損傷越小，越有利于故障消??；故障相電 壓的恢復初速度越慢、恢復時間越長、幅值越小，越難重新擊穿絕緣介質，阻止電弧重燃，越 有利于故障消弧。
[0004] 當前配電網故障消弧一般采用隨調式消弧線圈裝置來實現，該裝置通過調節(jié)消弧 線圈觸頭W動態(tài)改變接入容量來進行電容電流補償，在調節(jié)精度和響應速度等方面難W滿 足快速可靠焰弧的要求。因此，如何快速準確的實現消弧目的，保障配電網安全穩(wěn)定的運 行，成為亟待解決的難題。

【發(fā)明內容】
陽〇化]為解決上述配電網消弧方法中存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種配電網有源消 弧裝置，該裝置解決了配電網接地故障電流快速可靠抑制的難題。在配電網接地故障發(fā)生 時，迅速向中性點注入電流，強迫故障點電壓為零，實現瞬時故障可靠消弧。其拓撲結構圖 如圖1所示。
[0006] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括如下幾個步驟：
[0007] 1)巧慢配電網S相電壓和中性點電壓，判斷接地故障發(fā)生與否；
[0008] 2)當判斷接地故障發(fā)生時，由配電網有源消弧裝置向配電網中性點注入兩次電 流，W確定進行故障電流補償的參考電流；
[0009] 3)將配電網有源消弧裝置實際輸出電流與參考電流的差值經比例諧振控制器產 生調制波，通過=角波調制方法來控制逆變器開關管的通斷W向配電網注入電流，強制故 障點電壓和接地故障電流為零。
[0010] 考慮到在諧振頻率處，比例諧振控制器的增益是無窮大的，而在非諧振頻率時增 益下降明顯，在現實情況中元器件的參數不能準確測量W及數字控制器的精度制約，諧振 頻率處的增益不可能達到無窮大。所W在設計比例諧振控制器時要考慮實際諧振頻率與理
[0011] 想諧振的偏差，綜合上述分析取傳遞函數為：
(]) 陽01引式中kp和k t分別為比例系數和諧振系數，比例諧振控制器傳遞函數示意圖如圖2 所示。輸出電流偏差值經過比例諧振控制器后得到調制波Uf,如式所示
[0013] 口）
[0014] 其中r為注入中性點的參考電流，I為中性點實際電流，在得到調制波后，將其與 =角載波比較后生成逆變器開關管驅動脈沖，W控制有源消弧裝置向配電網中性點注入電 流。
[0015] 為了得到注入電流參考值，本發(fā)明提出了兩次注入電流的參考電流生成方法，通 過兩次注入幅值不同，相位相同的電流來確定參考電流。
[0016] 針對圖1所示的配電網，假定單相接地故障發(fā)生在C相，由基爾霍夫定律可知
[001引設配電網S相電壓和對地參數均對稱，則有 陽 019]
(4)
[0017] (3)
[0020] 假設故障點電壓Uc= 0,此時的注入電流值即為參考電流，該電流可表示為
灼
[0022]
[002；3] 御'
[0024] 則式（4)可表示為 陽 02 引 Ii=uJi+EcY2 (7)
[0026] 分兩次將相位相同，幅值不同的工頻電流I。、Ii2注入中性點，分別測量相應的中 性點電壓IV、吼2。Iii由裝置安裝時的電容電流結合式巧）來確定；I 12取為I Il的70%，將 Iii和I。代入式（7)，計算得到
[0027]
(S)
[0028] 結會井化）-井化）未n井rw而俱.
[0029]
巧）
[0030] 其中A Ii= I ii-Ii2，AUn= Uni-Un2。
[0031] 本發(fā)明的技術效果是：
[0032] (1)該裝置響應速度快、靈敏度高、造價低，可W實現瞬時接地故障快速、可靠滅 弧；
[003引 似參考電流生成方法僅需向中性點注入兩次電流，無需測量配電網對地參數，具 有簡便、迅速、操作性強的特點；
[0034] (3)所采用的比例諧振控制器可W彌補輸出電流實際頻率與控制器諧振頻率之間 的偏差引起的穩(wěn)態(tài)精度偏低問題，保證了輸出電流的控制精度。
[0035] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
【附圖說明】
[0036] 圖1為配電網有源消弧裝置拓撲結構圖；
[0037] 圖2為比例諧振控制示意圖；
[0038] 圖3為配電網有源消弧裝置程序運行流程圖。
[0039] 圖4為第一次注入電流時中性點電壓與注入電流波形圖； W40] 圖5為第二次注入電流時中性點電壓與注入電流波形圖；；
[0041] 圖6為參考電流與中性點采樣電流波形圖；
[0042] 圖7為故障相電壓仿真動態(tài)波形圖；
[0043] 圖8為故障電流仿真動態(tài)波形圖。
【具體實施方式】 W44] 配電網有源消弧裝置軟件流程圖如圖3所示。首先連續(xù)測量配電網；相電壓和零 序電壓，當零序電壓大于15%相電壓，判斷接地故障發(fā)生，比較=相電壓大小，判斷電壓最 低相為故障相，并測量故障相電壓；通過有源消弧裝置向配電網中性點注入電流111,測量 中性點電壓的幅值和相位，延時Is后向配電網中性點注入電流Ii2,再次測量中性點電壓， 并通過關系式（3)得到最優(yōu)參考電流；將參考電流和采用電流的差值經比例諧振控制器得 到調制信號，再與S角載波比較后得到IGBT驅動脈沖，控制IGBT的通斷產生逆變電流；逆 變電流經濾波電路濾波后通過注入變壓器注入配電網中性點，抑制故障點電壓到零，達到 消弧的目的。
[0045] 為了驗證本發(fā)明所描述的配電網有源消弧裝置及其電流控制方法的有效性，在 PSIM9. 0仿真軟件中搭建了兩次注入電流仿真模型，其仿真結果如圖6至圖8所示。從動態(tài) 波形可W看出，控制系統對故障點電壓的響應速度很快，通過觀測發(fā)現，該系統對于故障點 電壓及故障電流的調整時間為Ims左右，遠遠小于隨調式消弧線圈長達3~5個周波的響 應時間。從圖7與圖8可W看出，投入有源消弧裝置后，故障點電壓Uc大小由214V抑制到 3. 7V，故障電流If大小由21. 3A降低到0. 68A，消弧效果明顯，驗證了本發(fā)明所提原理及方 法的有效性。
【主權項】
1. 一種配電網有源消弧裝置，包括不可控整流器、逆變器、控制電路、濾波電路、注入變 壓器。其特征在于：所述不可控整流器接于接地變壓器副邊，為逆變器提供穩(wěn)定的直流電 壓；所述逆變器由控制電路提供驅動脈沖，產生特定的工頻電流，經濾波電路濾波后通過注 入變壓器注入配電網中性點，從而抑制故障點電壓，實現消弧的目的。2. 根據權利要求1所述的注入電流的參考值，通過兩次注入電流的方法獲得，其主要 步驟為：通過權利要求1所述的配電網有源消弧裝置分兩次將工頻電流In、1 12注入中性 點，分別測量相應的中性點電壓UN1、UN2，結合故障相電壓E，通過關系式 Γ= (I Δ 1卸/ Δ UN得到參考輸出電流。3. 根據權利要求2所述的兩次注入電流，其特征在于：兩次注入的電流均為工頻，且相 角相同，幅值不同。第一次注入的電流值根據系統對地參數確定，第二次注入電流的幅值為 第一次注入電流的70%。
【文檔編號】H02H9/08GK105977947SQ201510885088
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年12月4日
【發(fā)明人】王文, 蔡演存, 曾祥君, 劉鵬, 周豐, 賀蕾思思
【申請人】長沙理工大學