CN107064733B - 配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法 - Google Patents

配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法，主要包括：在配电网发生单相接地故障时，采用虚拟电阻控制方式，控制柔性接地装置向中性点注入一幅值可控的阻性电流，使***运行于小电阻接地模式，通过测量并比较各条馈线的零序电流，判断故障馈线并反馈给继电保护装置；然后采用虚拟电感控制方式，控制柔性接地装置向中性点注入消弧补偿电流，使***运行于谐振接地模式，达到单相接地故障消弧的目的。该方法通过控制方式切换，可以同时避免谐振接地***难以准确判断故障馈线，小电阻接地***故障跳闸率偏高，以及传统柔性接地装置控制方法在高阻接地时故障相难以检测等问题，可减小保护误动率，提高故障消弧成功率，从而提高配电网供电可靠性。

Description

配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法
技术领域
本发明涉及配电网单相接地故障处理应用领域，具体地，涉及一种配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法。
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；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，提出了一种配电网柔性接地方式，通过控制方式的切换，使***分别运行于小电阻接地和谐振接地模式，达到准确辨识故障馈线和消除接地故障电弧的目的，提高供电的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于，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，提出了一种配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法，具有准确辨识故障馈线和消除接地故障电弧，提高供电可靠性的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法，其特征在于，主要包括：
1)在配电网发生单相接地故障时，使柔性接地装置工作于虚拟电阻模式，向中性点注入一幅值可控的阻性电流，等效于使配电网运行于小电阻接地模式；
2)测量各条馈线的零序电流，比较各条馈线的零序电流的幅值大小，判断零序电流幅值最大的馈线为接地故障馈线，并将故障馈线判断结果反馈给继电保护装置；
3)使柔性接地装置工作于虚拟电感模式，向中性点注入消弧补偿电流，完全补偿配电网电容电流，实现故障消弧的目的；
4)在一定延时后，采用特定的消弧后处理方法，确定柔性接地装置运行状态，以确保瞬时故障快速消弧，永久故障快速隔离，配电***持续供电。
进一步地，所述步骤1)中的虚拟电阻模式，具体包括：首先通过二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator,SOGI)获得中性点电压的工频信号相位与幅值，然后根据预先设定的中性点接地电阻值计算注入电流，最后采用输出电流闭环控制方法使柔性接地装置向配电网中性点注入该电流。所述步骤3)中的虚拟电感模式，具体包括：首先通过SOGI获得中性点电压的工频信号相位与幅值，然后根据预先设定的中性点接地电感值计算注入电流幅值，再根据中性点电压相位后移90度后得到注入电流值，最后采用输出电流闭环控制方法使柔性接地装置向配电网中性点注入该电流。所述步骤4)中的消弧后处理方法，具体包括：降低注入补偿电流幅值，测量配电网零序电压，判断其是否随补偿电流的减少而成比例减少。若是，则使柔性接地装置退出运行；若不是，则向继电保护装置发送动作信号，隔离故障馈线；若保护装置拒动，则继续注入消弧补偿电流，在补偿电流注入时间达到2小时后，使柔性接地装置退出运行。
本发明提出的配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法，由于主要包括：在配电网发生单相接地故障时，采用虚拟电阻控制方式，控制柔性接地装置向中性点注入一幅值可控的阻性电流，使***运行于小电阻接地模式，通过测量并比较各条馈线的零序电流，判断故障馈线并反馈给继电保护装置；然后采用虚拟电感控制方式，控制柔性接地装置向中性点注入消弧补偿电流，使***运行于谐振接地模式，达到单相接地故障消弧的目的。该方法通过控制方式切换，可以同时避免谐振接地***难以准确判断故障馈线，小电阻接地***故障跳闸率偏高，以及传统柔性接地装置控制方法在高阻接地时故障相难以检测等问题，可减小保护误动率，提高故障消弧成功率，从而提高配电网供电可靠性。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为配电网柔性接地***拓扑图。
图2为配电网柔性接地***等效电路图。
图3为二阶广义积分器(SOGI)结构图。
图4为配电网柔性接地***控制结构示意图。
图5为配电网接地故障消弧与选线流程图。
具体实施方式
本发明提出了一种配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法，图1所示为配电网柔性接地***示意图。EX(X＝A,B,C)分别表示A，B，C三相电源电压；RS为配电网每相对地的泄漏电阻，CS为每相对地电容；假设C相发生单相接地故障，RF为接地故障电阻；配电网中性点通过柔性接地装置接地，如图1中虚线框所示，包含一个直流电源，单相逆变器，LC滤波器以及隔离变压器Ti；逆变器由直流电源vd供电，通过PWM逆变产生幅值与相位可控的注入电流Ii注入中性点。
柔性接地装置工作于虚拟电阻控制模式时，通过二阶广义积分器(Second OrderGeneralized Integrator,SOGI)获得中性点电压UN的工频信号的相位与幅值，根据预设的中性点接地电阻值计算作虚拟电阻控制时的注入电流。考虑到柔性接地装置的容量，结合传统中性点经小电阻接地***中对中性点接入电阻取值的要求，预设中性点接地电阻值为Rn，则注入的阻性电流表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000051
柔性接地装置工作于虚拟电感控制模式时，将柔性接地装置等效为一可控的电流源，用可控电流源Ii代替，中性点对地电压为UN，故障相对地电压为UF，配电网柔性接地***等效电路图如图2所示。由基尔霍夫电压和电流定律可以得到注入电流的表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000052
只考虑对地电容参数的影响时，注入电流的表达式可以简化为:
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000053
为了将故障电流限制为零，即
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000054
得到注入电流的表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000055
配电网通过消弧线圈接地时，通过并联谐振原理补偿配电网电容电流，抑制接地故障电弧。本发明基于该原理，配电网中性点通过与柔性接地装置相连，通过虚拟电感控制，使***运行于谐振接地模式；在发生接地故障时，注入一个幅值、相位可控的补偿电流，补偿故障时接地电容电流，达到消除故障电弧的目的。因此，通过虚拟电感的控制方法，***运行于谐振接地模式时，等效虚拟电感表示为Lv，可以得到注入消弧补偿电流的表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000056
二阶广义积分器(SOGI)结构图如图3所示。给定一个输入信号uNs，通过二阶广义积分器可以获得两个幅值相同，相位相差90度的输出信号uN1和uN2；其中uN1与输入信号uNs基波分量相同，uN2的幅值与
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000062
相同，但相位滞后
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000063
90度。即：
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000064
配电网柔性接地***控制结构示意图如图4所示，当发生单相接地故障时，柔性接地装置首先工作于虚拟电阻控制模式，即开关与端口1连接，通过二阶广义积分器(SOGI)获得中性点电压uNs的基波信号的相位与幅值即图3所示uN1，然后根据预先设定的中性点接地电阻值计算注入的阻性电流值
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000065
即：
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000066
，最后采用输出电流闭环控制方法使柔性接地装置向配电网中性点注入该电流，判断故障馈线并反馈给继电保护装置；然后将柔性接地装置切换为虚拟电感控制模式即开关与端口2连接，通过SOGI获得中性点电压的工频信号相位与幅值，再将中性点电压相位后移90度即图3所示uN2，然后根据预先设定的中性点接地电感值计算注入的补偿电流值
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000067
即：
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000068
，最后采用输出电流闭环控制方法使柔性接地装置向配电网中性点注入该消弧补偿电流，达到消除故障电弧的目的。
图5所示为配电网接地故障消弧与选线流程图。当发生单相接地故障时，首先连续测量配电网相电压和零序电压，分别为
Figure DEST_PATH_GDA0001293286190000069
UNn (n＝1,2,3,……)，比较相电压和零序电压的大小；当零序电压大于相电压的15％时，判定发生了接地故障；在接地故障发生的初始时刻，柔性接地装置工作于虚拟电阻控制模式，首先通过如图3所示的二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator,SOGI)获得中性点电压的工频信号相位与幅值，然后根据预先设定的中性点接地电阻值Rn计算注入电流，最后采用输出电流闭环控制方法使柔性接地装置向配电网中性点注入该电流，从而短时增大了线路中的零序电流，通过电流传感器分别检测并比较各条馈线的零序电流，幅值最大的馈线即为接地故障馈线，并将故障馈线判断结果反馈给继电保护装置；然后柔性接地装置切换为虚拟电感控制模式，通过SOGI获得中性点电压的工频信号相位与幅值，然后根据预先设定的中性点接地电感值计算注入电流幅值，再根据中性点电压相位后移90度后得到注入电流值，最后采用输出电流闭环控制方法使柔性接地装置向配电网中性点注入该电流，抑制接地故障电弧；经过一定延时后，采用特定的消弧后处理方法，具体包括：降低注入补偿电流幅值，测量配电网零序电压，判断其是否随补偿电流的减少而成比例减少。若是，则使柔性接地装置退出运行；若不是，则向继电保护装置发送动作信号，隔离故障馈线；若保护装置拒动，则继续注入消弧补偿电流，在补偿电流注入时间达到2小时后，使柔性接地装置退出运行。

Claims (3)

1.配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法，包括如下步骤：
1)在配电网发生单相接地故障时，使柔性接地装置工作于虚拟电阻模式，向中性点注入一幅值可控的阻性电流，等效于使配电网运行于小电阻接地模式；
2)测量各条馈线的零序电流，比较各条馈线的零序电流的幅值大小，判断零序电流幅值最大的馈线为接地故障馈线，并将故障馈线判断结果反馈给继电保护装置；
3)使柔性接地装置工作于虚拟电感模式，向中性点注入消弧补偿电流，完全补偿配电网电容电流，实现故障消弧的目的；
4)在一定延时后，采用特定的消弧后处理方法，确定柔性接地装置运行状态，以确保瞬时故障快速消弧，永久故障快速隔离，配电***持续供电；
所述特定的消弧后处理方法，包括降低注入补偿电流幅值，测量配电网零序电压，判断其是否随补偿电流的减少而成比例减少；若是，则使柔性接地装置退出运行；若不是，则向继电保护装置发送动作信号，隔离故障馈线；若保护装置拒动，则继续注入消弧补偿电流，在补偿电流注入时间达到2小时后，使柔性接地装置退出运行。
2.根 据权利要求1所述的配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法，所述步骤1)中的虚拟电阻模式，其特征在于，首先通过二阶广义积分器（Second OrderGeneralized Integrator,SOGI）获得中性点电压的工频信号相位与幅值，然后根据预先设定的中性点接地电阻值计算注入电流，最后采用输出电流闭环控制方法使柔性接地装置向配电网中性点注入该电流。
3.根据权利要求1所述的配电网柔性接地装置单相接地故障选线与消弧方法，所述步骤3)中的虚拟电感模式，其特征在于，首先通过二阶广义积分器（Second OrderGeneralized Integrator,SOGI）获得中性点电压的工频信号相位与幅值，然后根据预先设定的中性点接地电感值计算注入电流幅值，再根据中性点电压相位后移90度后得到注入电流值，最后采用输出电流闭环控制方法使柔性接地装置向配电网中性点注入该电流。
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