[發明專利]一種基于鎖相環的配電網單相接地故障消弧方法

有效

• 申請號: 202010074997.0
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111276958B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 郭謀發;蔡文強;陳志欣;高偉;楊耿杰
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02H9/08
• 分類號: H02H9/08;H02M1/36
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

本發明涉及一種基于鎖相環的配電網單相接地故障消弧方法，包括以下步驟：配電網發生單相接地故障后，將采集到的零序電壓信號分解為兩路正交的信號，并在dq坐標系中對其進行幅值和相位解耦；控制q軸分量為零，得到零序電壓幅值；將瞬時角頻率轉化為相位角，得到零序電壓相角；利用得到的零序電壓的幅值和相位，計算參考消弧注入電流，并以此計算注入補償電流，控制變流器向配電網中性點注入該注入補償電流。本發明能夠精確快速地跟蹤到目標電壓的相位和幅值信息，準確地輸出補償電流，有效地促進電弧的熄滅，提升消弧系統的穩態性能。

技術領域

本發明涉及配電網安全設計技術領域，特別是一種基于鎖相環的配電網單相接地故障消弧方法。

背景技術

由于配電網沿線的氣候、地質、環境等運行情況復雜，容易發生單相接地故障，且電纜的廣泛使用導致線路對地電容電流的增大，使得單相接地故障電流隨之上升。而電力電子設備的大量投入在推動配電網柔性化發展的同時，也導致單相接地故障電流中含有一定的有功和諧波成分，由于傳統消弧線圈僅能補償接地故障電流中的無功分量，接地故障殘流較大，電弧易于重燃，這給配電網供電可靠性帶來了極大挑戰。

目前已有的配電網單相接地故障主從式柔性消弧系統，其中消弧線圈補償接地故障電流中的大部分無功分量，而從消弧裝置通過控制變流器注入所需的電流，補償故障接地電流中的部分無功分量和有功分量，實現故障電流的全補償，抑制故障相電壓的恢復，促進電弧熄滅。而在計算補償電流的過程中，通常存在目標電壓突變、諧波影響等問題導致參考電流異常，因此需要尋求一種精確可行的采集電壓信息方法，保證消弧系統的可靠消弧。此外，為減小變流器投入過程中由于跟蹤誤差而產生的電流沖擊，確保消弧系統的安全性，需要采用一種可靠的啟動方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提出一種基于鎖相環的配電網單相接地故障消弧方法，能夠精確快速地跟蹤到目標電壓的相位和幅值信息，準確地輸出補償電流，有效地促進電弧的熄滅，提升消弧系統的穩態性能，且采用變流器軟啟動的方法，避免其投入時對配電網的沖擊，確保消弧系統運行的可靠性。

本發明采用以下方案實現：一種基于鎖相環的配電網單相接地故障消弧方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：配電網發生單相接地故障后，將采集到的零序電壓信號分解為兩路正交的信號，并在dq坐標系中對其進行幅值和相位解耦；

步驟S2：控制q軸分量為零，得到零序電壓幅值；將瞬時角頻率轉化為相位角，得到零序電壓相角；

步驟S3：利用得到的零序電壓的幅值和相位，計算參考消弧注入電流，并以此計算注入補償電流，并使用比例積分(Proportional Integral，PI)控制器控制變流器向配電網中性點注入該注入補償電流。

進一步地，在變流器開始向配電網中性點注入補償電流前，使變流器的輸出電壓跟蹤中性點的電壓，并將注入補償電流的輸出起始時刻選取為參考消弧注入電流的過零點，以減小沖擊電流。

進一步地，步驟S1具體為：

步驟S11：配電網發生單相接地故障后，利用二階廣義積分器(Second OrderGeneralized Integrator，SOGI)作為相位檢測器(Phase Detector，PD)將采集到的零序電壓信號分解為兩路正交的信號u_α、u_β：

u_α＝U cos(ωt+θ′)；

u_β＝U sin(ωt+θ′)；

式中，U為分解后正交信號的幅值，θ′為零序電壓u₀與αβ坐標系中的α軸的夾角；

步驟S12：將兩路正交的信號u_α、u_β進行派克變換得到：