CN105974173B - 一种单相逆变型接地装置的电流检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相逆变型接地装置的电流检测方法，该装置主体为单相逆变器，连接于配电网中性点与大地之间。在电力***正常运行情况下，通过逆变电路分时向配电网中性点注入幅值相等、相角不等的两个工频电流，实时测量两次注入电流时的中性点电压值，并计算配电网对地参数（配电网等效阻抗及等效电势），进而得到配电网故障消弧及三相不平衡补偿电流的幅值与相位。向中性点注入该电流，可抑制接地故障电弧，并维持三相电压平衡。该方法可在***正常运行时实施，有效避免接地故障发生时暂态过程对检测精度的影响，同时，该方法只需向中性点注入两次电流即可实现电流检测，具有高实时性和实现简便的优点。

Description

一种单相逆变型接地装置的电流检测方法

技术领域

本发明涉及一种单相逆变型接地装置的电流检测方法，特别适用于配电网单相接地故障及三相不平衡过电压抑制等相关领域。

背景技术

配电网处于电力***的终端，结构复杂多变，且与用户联系紧密，容易导致各类故障的发生。单相接地故障是配电网中最常发生的故障，故障电流过大时会产生弧光，电弧燃烧将带来火灾、设备损毁等巨大危害；三相不平衡电压是配电网中长期存在的难以彻底解决的难题，三相不平衡过电压的存在会影响配电网单相负荷的正常运行、危及电网绝缘，并给故障检测带来困难，甚至导致保护装置误动作，造成电力事故。

为解决配电网的上述问题，国内外配电网普遍采用改变中性点接地方式对接地故障电流及不平衡过电压进行限制，经历了中性点不接地——经消弧线圈接地——经小电阻接地等发展历程。中性点不接地***在发生单相接地故障后仍能带故障运行1~2小时，供电可靠性高，但各相绝缘需按相电压的 倍设计，对绝缘要求较高；中性点经消弧线圈接地***可有效地减小接地故障电流，但只能对工频的故障电流进行补偿，且消弧线圈的接入会导致故障选线困难；经小电阻接地***在发生接地故障时，短路电流很大，继电保护装置会在故障瞬间动作，切除故障线路，但同时也降低了该方式的供电可靠性。

为全面满足配电网各种状态的运行要求，弥补不同接地方式的缺陷，综合利用各种接地方式的优点，并根据电网的运行状态灵活选择接地方式，提出了一种新型的配电网接地方式。即采用单相逆变装置接于中性点与大地之间，取代传统的中性点非有效接地方式，通过逆变器向配电网中性点注入可控的电流，调控该电流的幅值和相位，从而达到控制***的零序电压，实现抑制故障和不平衡过电压的目的。

发明内容

针对配电网常发生的单相接地故障和三相不平衡过电压，本发明提出了一种单相逆变型接地装置的电流检测方法，通过在电力***正常运行时两次向中性点注入电流，计算得到***的对地参数，由该参数即可得不同故障情况下的注入电流幅值与相位。本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)在配电网正常运行的情况下，接于中性点与大地之间的新型接地装置两次向中性点注入电流，分别为I _i1、I _i2，测得并记录相应的中性点电压U _N1、U _N2；

2)利用I _i1、I _i2、U _N1、U _N2计算得配电线路等效对地阻抗Z _eq及配电网三相电源等效电势E _eq；

3)当配电网发生单相接地故障时，根据步骤2)所得Z _eq及E _eq计算得相应的注入电流幅值与相位，并将其注入配电网中性点，抑制故障电弧的产生；

4)当配电网产生三相不平衡过电压时，根据步骤2)所得Z _eq及E _eq计算得相应的注入电流幅值与相位，并将其注入配电网中性点，维持三相平衡。

本发明的有益效果是：

1)在配电网正常运行时两次注入电流计算线路对地参数，无需在故障发生后再注入电流计算，可消除故障时暂态参量对测量结果的影响，显著提高电流检测精度；

2)该方法仅需向中性点注入两次电流即可实现故障消弧电流和三相不平衡补偿电流的检测，具有高实时性和实现简便的优点。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是一种单相逆变型接地装置拓扑图。

图2是单相逆变型接地***等效电路图。

图3为三相不平衡两次注入电流值及配电网参数计算值。

图4为三相不平衡过电压抑制动态波形图。

图5为单相接地故障两次注入电流值及配电网参数计算值。

图6为单相接地故障电压抑制动态波形图。

具体实施方式

图1为一种单相逆变型接地装置的拓扑图，、、是配电***的三相电源，、、、、、分别表示三相对地电阻及电容，R _d表示发生单相接地故障时的接地电阻，U _N为***中性点电压。该单相逆变型接地***经一有源逆变器接地，逆变器由直流电源U _DC供电，通过PWM逆变产生幅值与相位可控的注入电流I _i注入中性点，T表示注入变压器。

图2为新型接地装置及配电网等效电路图。由于有源逆变电路完全可控，因此可将其等效为一可控的电流源，并将配电网三相电源等效为电势，（其中，，）；三相对地阻抗等效为阻抗，。

以A、B相线电压为基准，通过注入电流源两次向配电网中性点注入电流I _i1、I _i2，其中，且。依次注入I _i1、I _i2并分别记录相应的中性点电压U _N1、U _N2后，由叠加定理知中性点电压可表示为：

(1)

两式相减可得配电网等效对地阻抗，等效电势。

同时，根据图2可知注入电流与中性点电压及配电网等效电势、阻抗之间的关系为：

(2)

下面分别就三相不平衡情况和单相接地故障分析注入电流的值：

（1）配电网发生三相不平衡：

所述新型接地装置通过向配电网注入电流钳制中性点电压至零，实现三相不平衡的抑制，此时控制目标，带入式(2)可知注入电流为：

(3)

将式(3)所示电流注入中性点即可抑制中性点电压至零，实现了三相不平衡的抑制。

图3所示为配电网存在三相不平衡时两次注入电流对应的中性点电压值，以及相应的配电网参数、注入电流参考值。图4所示为三相不平衡过电压抑制动态波形图。

（2）配电网发生单相接地故障：

设故障后配电***等效电源为，等效阻抗为。逆变装置通过向中性点注入电流强制故障相电压为零，以实现故障消弧的目的，此时控制目标为(设故障发生在C相)，且，，带入式(2)可知注入电流为：

(4)

将式(4)所示电流注入中性点即可实现中性点电压为故障相电压的相反数，同时故障相电压被抑制至零，实现了单相接地故障消弧。

图5所示为***正常运行时两次注入电流对应的中性点电压值，以及相应的配电网参数、注入电流参考值。图6所示为单相接地故障电压抑制动态波形图。

Claims (1)

1.一种单相逆变型接地装置的电流检测方法，包括如下步骤：

1)在配电网正常运行的情况下，接于中性点与大地之间的单相逆变型接地装置向中性点分时注入幅值相等、相位不等的两个工频电流，分别记为I_i1、I_i2，测得并记录相应的中性点电压U_N1、U_N2；

2)利用I_i1、I_i2、U_N1、U_N2计算得配电线路等效对地阻抗Z_eq及配电网三相电源等效电势E_eq；

3)当配电网发生单相接地故障时，根据步骤2)所得Z_eq及E_eq计算得相应的注入电流幅值与相位，并将其注入配电网中性点，抑制故障电弧的产生；

4)当配电网产生三相不平衡过电压时，根据步骤2)所得Z_eq及E_eq计算得相应的注入电流幅值与相位，并将其注入配电网中性点，维持三相平衡；

所述注入电流幅值与相位的计算方法为：若发生单相接地故障，注入电流为设故障发生在C相，

E_c为故障相电压；若发生三相不平衡，则注入电流为