CN114094564B - 计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及*** - Google Patents

计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及*** Download PDF

Info

Publication number
CN114094564B
CN114094564B CN202111473706.6A CN202111473706A CN114094564B CN 114094564 B CN114094564 B CN 114094564B CN 202111473706 A CN202111473706 A CN 202111473706A CN 114094564 B CN114094564 B CN 114094564B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fault
phase
distribution network
voltage
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111473706.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114094564A (zh
Inventor
林骞
杨晶晶
晋飞
许子涛
王敬海
金阿龙
黄学增
张阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
Weifang Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Weifang Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Weifang Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN202111473706.6A priority Critical patent/CN114094564B/zh
Publication of CN114094564A publication Critical patent/CN114094564A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114094564B publication Critical patent/CN114094564B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/08—Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/086—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution networks, i.e. with interconnected conductors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及***，包括：获取配电网运行电压电流数据，判断是否发生单相接地故障；若发生单相接地故障，利用故障后的三相母线电压的幅值、相位关系选出故障相，利用各出线零序电流的方向选出故障线路；利用有源消弧装置向配电网注入电流；基于有源消弧装置投入前后的中性点电压、有源消弧装置注入电流，故障出线三相电流以及零序电流，计算故障距离；基于所述故障距离，更新配电网中性点电压的控制目标，以将故障点电压抑制为零。本发明可以降低故障相母线与故障点之间的线路压降对消弧效果的影响，在不同负荷大小、过渡电阻以及故障距离的情况下都可以可靠消弧。

Description

计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及***
技术领域
本发明涉及配电网单相接地故障消弧技术领域，尤其涉及一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
配电网结构复杂，单相接地故障时有发生，对电气设备安全和人身安全构成了极大的威胁。
传统上，由于配电网发生单相接地故障后，配电网三相线电压依旧对称，一般会允许继续带电运行1-2小时。但对于电弧故障，在间歇性电弧接地期间，会造成巨大的弧光过电压，可能会导致非故障相绝缘击穿，将单相接地故障转变为相间短路故障，使得故障的危害增大。随着配电网规模的扩大以及电力电子设备的广泛应用，配电网故障电流中的谐波分量以及有功分量越来越大，消弧线圈产生的感性电流只能补偿故障电流中的无功基波分量的缺陷逐渐暴露出来。因此，为了实现对配电网瞬时故障的可靠消弧，需要提出可补偿故障电流中的谐波分量以及有功分量的消弧方法。
为了实现对故障电弧的可靠抑制，近年来，学者们提出了许多新的消弧方法，根据控制目标的不同，主要可以分为以下两类：一种是通过外加消弧装置注入补偿电流的电流型消弧方法；另一种是通过控制故障电压为零来实现消弧的电压型消弧方法，如通过故障相直接接地减小故障电压的“消弧柜”以及通过逆变器等有源消弧装置控制中性点电压的有源电压型消弧等。
现有技术提出了一种利用外加消弧装置注入补偿电流的电流型消弧方法，注入电流与故障电流方向相反，由于电力电子器件的灵活控制特性，该方法可以对故障电流中的无功基波分量、有功分量以及谐波分量进行全补偿，实现精准消弧。但该方法在计算注入电流的参考值，尤其是计算谐波分量的过程中，需要使用***对地参数进行计算，而对地参数测量的不准确会对计算结果造成一定的误差，从而使得消弧效果减弱。
现有技术提出了一种利用“消弧柜”将故障相母线直接接地的方式，将故障相电压控制为零，从而使得故障电弧在经过自然过零点后无法重燃，从而熄灭故障电弧。该方法原理简单，易于实施，不需要复杂的计算，不仅能够抑制故障电流中的无功基波分量，还可以对有功分量和谐波分量进行有效抑制。但是该方法是建立在忽略故障相母线与故障点之间的线路压降的基础上的，该方法实际上是控制故障相母线电压为零，而不是控制故障点电压为零，在重负荷、低过渡电阻时线路末端发生单相接地故障时，仍会有较大的故障电流存在。
现有技术提出了一种通过逆变器等有源消弧装置控制中性点电压的方法，在故障后选出故障相，使用有源消弧装置控制配电网中性点电压为故障相电源电压的相反数，从而控制故障相电压为零，进而熄灭电弧。该方法的控制目标简单明确，并且不需要计算对地电容参数，但是该方法同样忽略了故障母线与故障点之间的线路压降，在重负荷、低过渡电阻时线路末端故障时同样会残余较大的故障电流存在。
可见，现有的配电网单相接地消弧方案中并没有计及线路压降的影响，能够控制故障点电压为零并且能够对故障电弧各分量进行精准抑制的可靠方案。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及***，控制中性点电压为故障相电压相反数与线路压降计算值的和，可以避免故障相母线与故障点之间的线路压降对消弧效果的影响；其控制目标受对地参数测量精度影响小；可在不同的负荷大小、过渡电阻以及故障距离情况下均能实现较好的消弧效果。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法，包括：
获取配电网运行电压电流数据，判断是否发生单相接地故障；
若发生单相接地故障，利用故障后的三相母线电压的幅值、相位关系选出故障相，利用各出线零序电流的方向选出故障线路；
利用有源消弧装置向配电网注入电流，设置配电网中性点电压初始控制目标为故障相电源电压的相反数；
基于有源消弧装置投入前后的中性点电压、有源消弧装置注入电流，故障出线三相电流以及零序电流，计算故障距离；基于所述故障距离，计及线路压降，更新配电网中性点电压的控制目标，以将故障点电压抑制为零。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧***，包括：
故障判断模块，用于获取配电网运行电压电流数据，判断是否发生单相接地故障；
故障选相和选线模块，用于在发生单相接地故障时，利用故障后的三相母线电压的幅值、相位关系选出故障相，利用各出线零序电流的方向选出故障线路；
有源消弧模块，用于利用有源消弧装置向配电网注入电流，设置配电网中性点电压初始控制目标为故障相电源电压的相反数；基于有源消弧装置投入前后的中性点电压、有源消弧装置注入电流，故障出线三相电流以及零序电流，计算故障距离；基于所述故障距离，计及线路压降，更新配电网中性点电压的控制目标，以将故障点电压抑制为零。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧***方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明根据计算出的故障距离将配电网中性点电压控制目标设置为故障相电源电压相反数与线路压降的和，将故障点电压抑制为零，可以降低故障相母线与故障点之间的线路压降对消弧效果的影响，在不同负荷大小、过渡电阻以及故障距离的情况下都可以可靠消弧。
(2)本发明除了可以对故障电弧中的无功基波分量进行抑制，还能抑制/补偿故障电流中的有功分量和谐波分量。
(3)本发明通过将以单相逆变器为核心的消弧装置先将中性点电压控制为初始参考值-EA,计算出故障点与母线间的故障距离，从而对线路压降进行计算；通过计算故障距离的方式来对线路压降的影响进行补偿，可以降低故障点与母线之间的线路压降对消弧效果的影响；其中，对地参数的测量结果仅间接出现在故障距离的计算过程中，即使会对故障距离计算造成一定的误差，也能够补偿大部分线路压降，使得消弧效果依旧能在现有方法上有所提升。
(4)本发明通过基于PI与PR环节串联的双闭环控制策略，在利用PI环节设置控制***的相角裕度和带宽的基础上，通过串联的固定参数的PR环节提高控制***的基频增益，从而在保证控制***的稳定性和抗高频干扰能力的基础上，降低稳态误差，提高其稳态性能。
(5)本发明有源消弧装置中逆变器采用电容电流反馈内环和中性点电压反馈闭环双闭环控制策略，可以适应负载的变化并在一定程度上抑制逆变器输出端连接的LC滤波器造成的谐振尖峰。
(6)本发明的选相方法是通过对故障后的零序电压轨迹进行分析，直接利用故障后的电气量特征就可以选出故障相，方法较为简单且同样可以消除参数不对称和过渡电阻的影响，不需要向配电网中注入电流，选相所需时间短，且不需要额外的设备成本。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的计及线路压降的单相接地故障有源消弧方法流程图；
图2为本发明实施例的单相接地故障选相示意图；
图3为本发明实施例的单相接地零电位点轨迹示意图；
图4为本发明实施例的配电网有源消弧示意图；
图5为本发明实施例的平均电流计算示意图；
图6为本发明实施例的计及线路压降的有源消弧故障电流仿真波形图；
图7为本发明实施例的基于PI与PR控制器串联的逆变器双闭环控制框图；
图8为本发明实施例的外环闭环传递函数。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
参照图1所示流程图，本实施例提供了一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法，包括以下步骤：
步骤1：实时测量中性点电压、三相母线电压、各出线三相电流以及零序电流，由快速傅里叶变换计算采集电气量的幅值与相位，当中性点电压幅值超过三相电源电压幅值的15％时认为配电网中发生单相接地故障。
步骤2：判断出配电网中发生单相接地故障后，将故障发生后采集到的中性点电压三相母线电压/>各出线三相电流/>以及零序电流/>的幅值、相位数据进行保存，基于三相母线电压的幅值、相位关系选出故障相，基于各出线零序电流的方向选出故障线路。
其中，选择三相电压中滞后最大相的那一相为故障相，该选相原理为：
以图2所示的中性点不接地的配电网中发生A相接地故障故障为例，由基尔霍夫电流定律可以计算得到故障后中性点电压的表达式，具体为：
其中，为中性点电压，/>为A相电源电压，CX(X＝A,B,C)为三相对地电容，R0为相对地泄露电阻，Rf为过渡电阻，/>为配电网不对称度，为配电网原本的阻尼率，/>为Rf造成的附加阻尼率。
根据该表达式，以中性点为原点，为电压正方向参考轴，可以得到零电位点的轨迹如图3所示。图中，圆弧O1和O2分别是配电网三相对地参数对称时的零电位点随着过渡电阻增大时的变化轨迹以及***参数不对称造成的零电位点轨迹偏移，而圆弧O则是考虑***参数不对称时零电位点的变化轨迹。由图3可以看出，在A相接地的情况下，随着过渡电阻的增大，A相电压大小有可能会超过B相电压，不再是电压最小相，而C相电压则始终是三相电压中最大的，因此，可以选择三相电压中滞后最大相的那一相为故障相，此方法不受过渡电阻大小以及配电网参数不对称的影响。
考虑到本发明使用有源消弧装置代替传统的消弧线圈进行消弧工作，因此，在故障刚刚发生而有源消弧装置尚未投入应用时，配电网处于中性点不接地的状态。此时，配电网中非故障出线的零序电流方向为由母线流向线路，而故障出线零序电流则由线路流向母线，因此，可以将零序电流方向不同的出线选为故障出线。
步骤3：将有源消弧装置投入使用，设置配电网中性点电压初始参考值为故障相电源电压的相反数，具体为：
其中，为有源消弧装置输出电压控制目标值，/>为A相电源电压；
如图4所示，有源消弧装置主要由直流侧电源、单相逆变器、LC滤波器与降压变压器T组成，利用有源消弧装置将中性点电压控制为故障相电源电压的相反数之后，故障相母线电压为零。
步骤4：在有源消弧装置投入之后，经过一定的延时，测量此时的中性点电压有源消弧装置注入电流/>故障出线三相电流/>以及零序电流/>并根据其与步骤2中保存的数据对故障距离进行计算，故障距离的计算公式，具体为：
以图4所示的配电网发生单相接地故障为例，对步骤4中故障距离lZ的计算原理进行介绍：
在有源消弧装置投入之前，根据配电网单相接地时故障点的边界条件可以得到故障点正、负、零序电压与电流的关系，具体为：
其中，为故障点电压；/>分别为故障点的正、负、零序电压；/>分别为故障点的正、负、零序电流。
故障点的正、负、零序电压与故障相母线的正、负、零序电压之间的关系可以表示为：
其中，是故障A相母线的正、负、零序电压；Z(1,2,0)是故障出线单位长度的正、负、零序阻抗，一般来说，Z1＝Z2；/>为故障出线A相正、负、零序电流。
根据上述公式，可以得出故障发生后中性点电压与故障点电压之间的关系，具体为；
类似地，当有源消弧装置投入之后，将中性点电压控制为故障相电源电压的相反数，经过20ms的延时，此时测量的各个电气量已经基本稳定。与上述有源消弧装置投入之前中性点电压与故障点电压之间的关系推导过程类似地，可以得到此时该关系式具体为：
将有源消弧装置投入前后中性点电压与故障点电压之间的关系式进行联立，可以对故障距离lZ进行计算，具体为：
其中，是逆变器向中性点的注入电流测量值，Y∑是配电网的对地导纳参数。
需要注意的是，由于配电网出线中可能存在分支负荷或配电网对地导纳参数测量不准确等因素，会对故障距离计算结果产生一定程度的影响，使得用本方法获得的故障距离计算结果与实际距离略有误差，但考虑到本结果的实际作用是用于降低故障点与母线之间的线路压降对消弧效果的影响，而非用于故障巡线查找实际故障点，因此，即使故障距离的计算结果略微存在一定的误差，也可以大大降低线故障点与母线之间的线路压降的影响，增强消弧效果，所以，故障距离计算结果略微存在一定程度的误差是可以接受的。
步骤5：根据步骤4中计算出的故障距离将配电网中性点电压控制目标设置为计及线路压降的新的参考值，即故障相电源电压相反数与线路压降的和，将故障点电压抑制为零，计及线路压降的中性点电压参考值，具体为：
其中，和/>分别是经计算获得的故障出线母线和故障点之间线路的故障相电流平均值与零序电流平均值，Z1和Z0分别是故障出线单位长度的正序阻抗和零序阻抗。
其中，故障出线母线和故障点之间线路的故障相电流平均值与零序电流平均值/>的获取原理为：
故障相电流和零序电流/>受到相间电容电流以及对地电容电流的影响会沿着出线不断发生变化，当故障点距离母线较远时，故障相电流和零序电流会出现较为明显的变化，此时故障出线的相电流与零序电流首端测量值与母线和故障点之间的平均值之间会存在较大的出入。以图5所示的配电网发生A相接地故障为例，对故障相电流平均值/>和零序电流平均值/>的计算方法进行介绍。
图5中，C(1,2,0)为配电网故障出线单位长度的正、负、零序电容，Cm为故障出线的相间电容，其取值具体为：
在故障出线中A相单位长度线路流过的相间电容电流为：
考虑到单相接地故障后故障相电压一般较低，故障相对地电容电流较小，对故障相电流沿出线变化的影响也比较小，所以可以用故障出线首端A相电流的测量值与故障点和母线之间在A相流过的相间电容电流平均值计算得到故障相电流的平均值，具体为：
其中，为故障出线A相电流在线路首端的测量值。
用故障点与母线中点流过的零序电流来近似代替故障点与母线之间零序电流的平均值，其与故障出线零序电流测量值的具体表达式为：
其中，为故障出线首端零序电流的测量值，可以根据其进行计算得到零序电流平均值/>具体为：
根据步骤4中中性点电压与故障点电压/>的关系式可知，如果将配电网中性点电压控制为新的电压参考值/>则其前半部分可以补偿故障点与母线之间的线路压降对消弧效果的影响，将故障点电压控制为零，从而在不同负荷大小、过渡电阻以及故障位置的情况下都能够达到较为良好的消弧效果。
利用MATLAB/Simulink构建中压配电网有源消弧仿真模型，对提出的消弧方法进行仿真验证：
1)建立模型
仿真模型如图4所示。模型中配电网基准电压等级为10.5kV，配电***采用110/10kV变压器，变压器容量为40MW；4条出线L1、L2、L3、L4长度分别为8km,10km,10km,12km；各出线负荷均采用三角形连接，负荷大小均为P＝4.299MW，QL＝0.165Mvar，QC＝0；各出线采用电缆标准参数：正序电阻为0.27Ω/km，正序电感为0.255mH/km，正序电容为0.339uF/km，零序电阻为2.7Ω/km，零序电感为1.019mH/km，零序电容为0.28uF/km。
2)分别设置出线L4距母线1km、5km、10km处发生A相接地故障，过渡电阻大小分别设置为10Ω，100Ω，1000Ω；分别使用过补偿的消弧线圈进行消弧、控制中性点电压为故障相电源电压相反数的有源消弧方法、计及线路压降的有源消弧方法对故障点电弧进行处理，将本发明提出的计及线路压降的有源消弧方法的消弧效果与现有的两种消弧方法进行对比。在各个位置发生故障、不同过渡电阻情况下不消弧时的故障电流最大值与应用三种方法在故障点残余电流最大值如表1-表3所示：
表1 1km处故障时三种消弧方法的残余电流
表2 5km处故障时三种消弧方法的残余电流
表3 10km处故障时三种消弧方法的残余电流
由表1-3中的仿真结果可知，在不消弧的情况下，在10Ω、100Ω、1000Ω过渡电阻情况下故障点残余电流分别在80-90A，50-60A，5-10A附近；在利用消弧线圈进行消弧时，故障点残余电流大部分都在5A以上，在10Ω过渡电阻情况下，故障残流在10A以上，会使得故障电弧持续燃烧，而随着谐波分量和有功分量的增大，利用消弧线圈进行消弧方法产生的残流还会更大，消弧效果并不理想；控制中性点电压为故障相电源电压的相反数的方法，在过渡电阻较大的情况下可以将故障电流限制在5A以下，随着过渡电阻的减小以及故障距离的增大，故障残流会随之增大，在故障点距离母线较远的情况下，甚至有可能会使故障残余电流比使用消弧线圈进行消弧时更大，在10km处发生10Ω过渡电阻故障时，故障点残流甚至会超过40A；而本发明提出的计及线路压降的有源消弧方法则可以在配电网各个位置发生不同过渡电阻的单相接地故障时，都可以可靠地将故障电流限制在5A以下，不受故障位置的影响，并且过渡电阻越大，残余的故障电流越小，消弧效果比较理想。
如图6所示是在10km处发生带不同过渡电阻的A相接地故障时，用本发明提出的计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法进行消弧的故障电流仿真波形图，以该图为例对本发明提出的有源消弧方法的消弧效果进行详细分析。其中，点划线是10Ω过渡电阻接地时的故障电流，虚线是100Ω过渡电阻接地时的故障电流，实线是1000Ω过渡电阻时的故障电流；其中，故障发生时刻设置为0.04s，并在检测到故障之后进行故障选相和选线，在0.06s时将中性点电压控制为故障相电源电压的相反数，并经过20ms的延时对故障距离进行计算，在0.08s时将中性点电压参考值调整为计及线路压降的新的参考值。由图6中的故障电流仿真波形可以看出，在该参考值应用之后，经过30ms左右故障残余电流可以衰减到5A以下，最终故障点残余电流稳定在2A以下，总计消弧时间在80ms以内，达到的消弧效果比较理想。
作为可选的实施方式，对于有源消弧装置的逆变器，采用基于PI与PR控制器串联的逆变器双闭环控制策略进行控制。
如图7所示是本实施例提供的双闭环控制策略的控制框图，主要包括电容电流反馈内环和中性点电压反馈闭环，可以适应负载的变化并在一定程度上抑制逆变器输出端连接的LC滤波器造成的谐振尖峰。在该图中，将中性点电压的反馈值与参考电压进行比较，经过PI与PR控制器串联构成的外环调节器Gv之后生成内环电流的参考值；采用电容电流的反馈值与之比较，经过内环PI控制器GI进行调节，产生逆变器的调制波；从而经过逆变器与LC滤波器，在配电网的等效负载上生成输出电压。其中，Ginv是逆变器的等效传递函数，它一般是一个常数，等于逆变器直流侧电压与载波电压的比值；L0和C0分别是滤波电感和滤波电容，其谐振频率远低于开关频率；Req和Ceq是配电网在变压器低压侧的等效电阻和等效电容。
在本实施例提供的控制策略中，内环控制器Gi采用PI调节，外环控制器Gv采用PI与PR控制器串联的方式进行调节。其中外环PI控制器和PR控制器的传递函数分别为：
其中，Kp_PI和Ki分别为外环PI控制器的比例系数和积分系数；Kp_PR和Kr分别是外环PR控制器的比例系数和谐振系数，w0是配电网基频，；利用PI控制器为外环开环传递函数提供合适的带宽和相角裕度，并用PR控制器提高开环传递函数的基频增益，通过固定设置Kp_PR的值为1，Kr的值为100，将PR控制器对外环开环传递函数的影响限制在低频段，防止其比例系数过大导致***带宽过大造成***高频段增益过高，使得***抗高频干扰的能力降低，并防止其在中频段产生的相位滞后降低***的相位裕度，以保证***的稳定性。
以上述的仿真模型中的数据为例，对基于PI与PR控制器串联的双闭环控制的参数进行设置。将配电网等效至变压器低压侧，并选择LC滤波器的参数为L0＝2uH，C0＝100uF，直流侧电压为400V，Ginv＝400，并设置开关频率为100kHz。通过设置内环PI控制器的比例系数设置为0.0051，积分系数设置为314.66，将内环的截止频率设置为开关频率的1/10，相角裕度设置为45°，将外环PI控制器的比例系数设置为1.198，积分系数设置为33789，将外环带宽设置为内环带宽的1/3左右，相角裕度为60°左右，通过与固定参数Kp_PR为1，Kr为100的PR控制器串联，可以将外环的基频增益增大40dB，大大降低控制***的稳态误差。调节前后外环闭环传递函数的伯德图如图8所示，可以看出，经过PI与PR控制器串联的方式，可以使得控制***在基频处的幅值和相位控制误差都接近于0，控制效果良好。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧***，包括：
故障判断模块，用于获取配电网运行电压电流数据，判断是否发生单相接地故障；
故障选相和选线模块，用于在发生单相接地故障时，利用故障后的三相母线电压的幅值、相位关系选出故障相，利用各出线零序电流的方向选出故障线路；
有源消弧模块，用于利用有源消弧装置向配电网注入电流，设置配电网中性点电压初始控制目标为故障相电源电压的相反数；基于有源消弧装置投入前后的中性点电压、有源消弧装置注入电流，故障出线三相电流以及零序电流，计算故障距离；基于所述故障距离，计及线路压降，更新配电网中性点电压的控制目标，以将故障点电压抑制为零。
需要说明的是，上述各模块的具体实现方式已经在实施例一中进行了详细的说明，此处不再详述。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法，其特征在于，包括：
获取配电网运行电压电流数据，判断是否发生单相接地故障；
若发生单相接地故障，利用故障后的三相母线电压的幅值、相位关系选出故障相，利用各出线零序电流的方向选出故障线路；
利用有源消弧装置向配电网注入电流，设置配电网中性点电压初始控制目标为故障相电源电压的相反数；
基于有源消弧装置投入前后的中性点电压、有源消弧装置注入电流，故障出线三相电流以及零序电流，计算故障距离；基于所述故障距离，计及线路压降，更新配电网中性点电压的控制目标，以将故障点电压抑制为零；
基于有源消弧装置投入前后的中性点电压、有源消弧装置注入电流，故障出线三相电流以及零序电流，计算故障距离，具体包括：
其中，lZ为故障距离，是逆变器向中性点的注入电流测量值，Y∑是配电网的对地导纳参数；/>和/>分别为有源消弧装置投入前与投入后故障出线首端的三相电流测量值，/>与/>分别为有源消弧装置投入前、后故障出线首端的零序电流测量值，/>与/>分别为有源消弧装置投入前、后的中性点电压测量值，/>为A相电源电压，Z(1,2,0)是故障出线单位长度的正、负、零序阻抗。
2.如权利要求1所述的一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法，其特征在于，获取配电网运行电压电流数据，判断是否发生单相接地故障，具体包括：
获取中性点电压、三相母线电压、各出线三相电流以及零序电流数据；当中性点电压幅值超过三相电源电压幅值设定数值后，认为配电网中发生单相接地故障。
3.如权利要求1所述的一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法，其特征在于，利用故障后的三相母线电压的幅值、相位关系选出故障相，具体包括：选择三相电压中滞后最大相的那一相作为故障相。
4.如权利要求1所述的一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法，其特征在于，利用各出线零序电流的方向选出故障线路，具体包括：
配电网中非故障出线的零序电流方向为由母线流向线路，而故障出线零序电流则由线路流向母线。
5.如权利要求1所述的一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法，其特征在于，所述有源消弧装置包括：依次连接的直流侧电源、逆变器、LC滤波器和降压变压器T；利用有源消弧装置将中性点电压控制为故障相电源电压的相反数之后，故障相母线电压为零。
6.如权利要求5所述的一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法，其特征在于，所述逆变器采用双闭环控制策略，具体包括：
将中性点电压的反馈值与参考电压进行比较，经过PI与PR控制器串联构成的外环调节器之后生成内环电流的参考值；
采用电容电流的反馈值与所述内环电流的参考值进行比较，经过内环PI控制器进行调节，产生逆变器的调制波。
7.如权利要求1所述的一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法，其特征在于，基于所述故障距离，计及线路压降，更新配电网中性点电压的控制目标为：故障相电源电压相反数与线路压降的和。
8.一种计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧***，其特征在于，包括：
故障判断模块，用于获取配电网运行电压电流数据，判断是否发生单相接地故障；
故障选相和选线模块，用于在发生单相接地故障时，利用故障后的三相母线电压的幅值、相位关系选出故障相，利用各出线零序电流的方向选出故障线路；
有源消弧模块，用于利用有源消弧装置向配电网注入电流，设置配电网中性点电压初始控制目标为故障相电源电压的相反数；基于有源消弧装置投入前后的中性点电压、有源消弧装置注入电流，故障出线三相电流以及零序电流，计算故障距离；基于所述故障距离，计及线路压降，更新配电网中性点电压的控制目标，以将故障点电压抑制为零；
基于有源消弧装置投入前后的中性点电压、有源消弧装置注入电流，故障出线三相电流以及零序电流，计算故障距离，具体包括：
其中，lZ为故障距离，是逆变器向中性点的注入电流测量值，Y∑是配电网的对地导纳参数；/>和/>分别为有源消弧装置投入前与投入后故障出线首端的三相电流测量值，/>与/>分别为有源消弧装置投入前、后故障出线首端的零序电流测量值，/>与/>分别为有源消弧装置投入前、后的中性点电压测量值，/>为A相电源电压，Z(1,2,0)是故障出线单位长度的正、负、零序阻抗。
9.一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧***方法。
CN202111473706.6A 2021-11-30 2021-11-30 计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及*** Active CN114094564B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111473706.6A CN114094564B (zh) 2021-11-30 2021-11-30 计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111473706.6A CN114094564B (zh) 2021-11-30 2021-11-30 计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114094564A CN114094564A (zh) 2022-02-25
CN114094564B true CN114094564B (zh) 2024-06-11

Family

ID=80306801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111473706.6A Active CN114094564B (zh) 2021-11-30 2021-11-30 计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114094564B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101017974A (zh) * 2007-03-06 2007-08-15 耿玉泉 中性点非直接接地电网单相接地故障定位的方法及装置
EP2682768A1 (en) * 2012-07-03 2014-01-08 ABB Technology AG Method and apparatus for determining the distance to phase-to-earth fault
WO2014117617A1 (zh) * 2013-01-29 2014-08-07 国家电网公司 基于测距式输电线路单相接地故障距离保护方法
CN112234596A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 福州大学 配电网单相接地故障柔性自适应消弧方法
CN112909902A (zh) * 2021-02-01 2021-06-04 长沙理工大学 配电网柔性跳闸的控制方法、故障馈线辨识方法及***

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103545796A (zh) * 2013-09-16 2014-01-29 国家电网公司 中性点非有效接地配电网单相接地故障处理装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101017974A (zh) * 2007-03-06 2007-08-15 耿玉泉 中性点非直接接地电网单相接地故障定位的方法及装置
EP2682768A1 (en) * 2012-07-03 2014-01-08 ABB Technology AG Method and apparatus for determining the distance to phase-to-earth fault
WO2014117617A1 (zh) * 2013-01-29 2014-08-07 国家电网公司 基于测距式输电线路单相接地故障距离保护方法
CN112234596A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 福州大学 配电网单相接地故障柔性自适应消弧方法
CN112909902A (zh) * 2021-02-01 2021-06-04 长沙理工大学 配电网柔性跳闸的控制方法、故障馈线辨识方法及***

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Pei Luo.A New Arc suppression method for single-phase ground fault of distribution network.《IEEE》.2020,1-11. *
QIAN LIN.A comprehensive arc-suppression scheme considering line voltage drop.《IEEE》.2022,1-13. *
李晖.计及故障距离的配电网单相接地有源消弧法.《电力***及其自动化学报》.2021,(第第2021年09期期),69-70. *
李玉志.配电***单相接地全故障电流估算方法.《山东电力技术》.2015,(第第2015年12期期),5-9. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114094564A (zh) 2022-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112271714B (zh) 一种配电网接地故障消弧切换方法及***
CN112260249B (zh) 一种配电网单相接地故障柔性消弧方法
Yu et al. A novel full compensation method for the ground fault current of resonant grounded systems
CN110927515B (zh) 基于接地变压器分接抽头接地的配电网单相接地故障选线方法及***
Wen et al. Equal transfer processes-based distance protection of EHV transmission lines
Li et al. Analysis and design of flexible arc suppression device based on proportional series lagging control
Hao Single-phase grounding fault line selection method based on zero-sequence current increment
CN113949319A (zh) 一种发电机定子单相接地故障消弧方法及***
CN113113905A (zh) 一种基于对地参数双端测量及闭环控制的配电网消弧方法
CN114094564B (zh) 计及线路压降的配电网单相接地故障有源消弧方法及***
CN112230101A (zh) 基于有源注入法的配电网单相接地故障的故障相辨识方法
Wang et al. Suppression strategy on neutral point overvoltage in resonant grounding system considering single line-to-ground fault
Wang et al. Flexible grounding control strategy based on proportional series inertial control for distribution networks
Lifang et al. Distribution network voltage arc suppression method based on flexible regulation of neutral point potential of the new grounding transformer
CN115622015A (zh) 基于故障后配电网对地参数测量的有源消弧方法
CN114629091A (zh) 一种考虑线路阻抗的配电网单相接地故障混合消弧方法
CN114884028A (zh) 抑制铁磁谐振的最佳消谐电流计算及实现方法
CN112165081B (zh) 一种配电网改进电压消弧方法
Jianna et al. Measurement technology of grounding capacitance of distribution network based on the graded adjustment of grounding transformer winding
Zhen et al. The ferroresonance of 10kV distribution PT during live working operation
Liu et al. Voltage-type arc suppression method of single-phase-to-ground faults in distribution network considering line impedance
CN113452014A (zh) 一种配电网不平衡零序电压精准快速抑制与电压消弧全补偿优化控制方法
CN112881858A (zh) 一种参数不对称配电网单相接地故障选相方法
Yang et al. A novel zero-residual-current arc suppression method using single-phase voltage source inverter
CN115224674B (zh) 含逆变型分布式电源配电网差动保护方法、装置及介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant