[發明專利]一種柔性接地配電網故障復合消弧方法

在審

• 申請號: 202110408920.7
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113097989A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 王文;王煊博;高雄
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H02H9/08
• 分類號: H02H9/08;H02H7/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種柔性接地配電網故障復合消弧方法，其特征在于，通過有源消弧適用性判據進行有源電壓和電流消弧方式的合理選擇，從而將有源電壓消弧和有源電流消弧方法有機融合，通過合理切換兩種消弧控制方法實現優勢互補，最后解決了復雜故障工況配電網可靠消弧難題。

有源消弧裝置由一臺直流電壓源，單相逆變器，LC濾波器以及隔離變壓器，并通過Z型接地變壓器接入配電網中性點。

當發生單相接地故障時，配電網出現電弧接地過電壓，若選擇有源電流消弧法消弧，通過注入可控的補償電流，完全補償接地電流中的有功分量、無功分量和諧波分量可達到抑制接地故障電流的目的，但該方法需要對電容電流和諧波電流精確測量，這在實際工程中比較困難。

當發生單相接地故障時，配電網出現電弧接地過電壓，若選擇有源電壓消弧法消弧，通過向配電網注入電流并控制中性點電壓為故障相電動勢的相反數可達到滅弧的效果。但在低阻接地故障時，該方法無法實現可靠滅弧，并且需要對故障相準確辨識。

柔性接地系統故障復合消弧策略旨在解決單一電壓消弧或電流消弧方法難以可靠消弧的問題，復合消弧策略的關鍵問題是電壓消弧方法與電流消弧方法的切換。

首先，篩選出電壓消弧方法難以可靠消弧的工況，如不對稱配電網發生高阻接地故障帶來接地故障相判斷死區、線路出口近端發生低阻接地故障使電壓消弧方法失效、長線路和重載線路末端發生接地故障導致故障點電壓升高影響消弧性能等。

其次根據復雜接地故障工況配電網參數特征，包括零序電壓、三相電壓、零序電流等，界定故障配電網等效模型中各參數取值范圍通過柔性接地裝置工作于電壓消弧模式時的輸出電流獲取電壓消弧和電流消弧方法在啟動條件、電壓電流指令檢測與合成、消弧性能評價等方面的差異化特征指標，分別得到電壓電流消弧方式約束條件。

最后形成以電壓消弧方法為主、電流消弧方法為輔的柔性接地系統復合消弧策略，實現了復雜接地故障工況時的可靠消弧。

2.根據權利要求1所述的有源電流消弧方法，其特征在于，有源電流消弧控制方法以接地裝置輸出電流為控制目標，采用電感電流單閉環結構，通過增加電容電流閉環可以阻尼輸出濾波器與配電網對地電容之間的諧振，提高有源消弧系統穩定裕度。為了簡化分析，有源消弧裝置用可控電流源代替，有源消弧系統簡化電路圖分解為基波域和諧波域兩個等效電路圖，可得到注入電流基波分量和諧波分量分別為：

為了達到可靠熄弧，限制接地電流為0，即I_F為0，則注入電流的表達式為：

3.根據權利要求1所述的有源電壓消弧方法，其特征在于，有源電壓消弧方法以消弧裝置并網接口處電壓為控制對象，采用輸出電壓外環和電流內環構成的雙閉環結構，并增加輸出濾波電容電壓前饋以提高輸出電壓控制精度。

4.根據權利要求1所述的電壓消弧方法與電流消弧方法的切換，其特征在于，根據電壓消弧時的輸出電流相位可以得到電壓消弧方法在滅弧性能方面的判據，再結合復雜接地故障工況條件是否位于接地故障相判斷死區和是否滿足電壓消弧控制方法穩定性約束條件等因素，綜合選擇電壓消弧方法和電流消弧方法。

5.根據權利要求1所述的有源消弧適用性判據，其特征在于，重載線路末端出現接地故障、柔性接地裝置采用電壓消弧方法時的序阻抗等效電路如圖1所示，可見，重載線路末端低阻接地故障造成電壓消弧方法失效的主要原因是，負載電流作用再線路阻抗所產生的壓降直接作用再故障電阻上所致。通過進一步分析發現，由于線路阻抗主要呈感性，負載電流與電源電壓近似同相位，低阻故障時母線至故障點的線路阻抗遠大于故障過渡電阻，柔性接地裝置輸出電流I_S的相位將較不考慮線路阻抗和負荷電流時超前，以該特征為基礎可以得到電壓消弧方法適用性判據。