本發(fā)明涉及配電網(wǎng)單相接地故障處理應(yīng)用領(lǐng)域，具體地，涉及一種配電網(wǎng)柔性接地裝置單相接地故障選線與消弧方法。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的終端，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，且與用戶聯(lián)系緊密，容易導(dǎo)致各類故障的發(fā)生。單相接地故障是配電網(wǎng)中最常發(fā)生的故障，故障電流過大時(shí)會產(chǎn)生弧光，電弧燃燒將帶來火災(zāi)、設(shè)備損毀等巨大危害；為解決配電網(wǎng)的上述問題，國內(nèi)外配電網(wǎng)普遍采用改變中性點(diǎn)接地方式對接地故障電流進(jìn)行限制，經(jīng)歷了中性點(diǎn)不接地——經(jīng)消弧線圈接地——經(jīng)小電阻接地等發(fā)展歷程。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障后仍能帶故障運(yùn)行1～2小時(shí)，供電可靠性高，但各相絕緣需按相電壓的倍設(shè)計(jì)，對絕緣要求較高；中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)可有效地減小接地故障電流，但消弧線圈的接入會導(dǎo)致故障選線困難；經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)在發(fā)生接地故障時(shí)，短路電流很大，繼電保護(hù)裝置會在故障瞬間動作，切除故障線路，但同時(shí)也降低了該方式的供電可靠性。

為全面滿足配電網(wǎng)各種狀態(tài)的運(yùn)行要求，彌補(bǔ)不同接地方式的缺陷，綜合利用各種接地方式的優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)靈活選擇接地方式，提出了一種配電網(wǎng)柔性接地方式，通過控制方式的切換，使系統(tǒng)分別運(yùn)行于小電阻接地和諧振接地模式，達(dá)到準(zhǔn)確辨識故障饋線和消除接地故障電弧的目的，提高供電的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，彌補(bǔ)不同接地方式的缺陷，綜合利用各種接地方式的優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)靈活選擇接地方式，提出了一種配電網(wǎng)柔性接地裝置單相接地故障選線與消弧方法，具有準(zhǔn)確辨識故障饋線和消除接地故障電弧，提高供電可靠性的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種配電網(wǎng)柔性接地裝置單相接地故障選線與消弧方法，其特征在于，主要包括：

1)在配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，使柔性接地裝置工作于虛擬電阻模式，向中性點(diǎn)注入一幅值可控的阻性電流，等效于使配電網(wǎng)運(yùn)行于小電阻接地模式；

2)測量各條饋線的零序電流，比較各條饋線的零序電流的幅值大小，判斷零序電流幅值最大的饋線為接地故障饋線，并將故障饋線判斷結(jié)果反饋給繼電保護(hù)裝置；

3)使柔性接地裝置工作于虛擬電感模式，向中性點(diǎn)注入消弧補(bǔ)償電流，完全補(bǔ)償配電網(wǎng)電容電流，實(shí)現(xiàn)故障消弧的目的；

4)在一定延時(shí)后，采用特定的消弧后處理方法，確定柔性接地裝置運(yùn)行狀態(tài)，以確保瞬時(shí)故障快速消弧，永久故障快速隔離，配電系統(tǒng)持續(xù)供電。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中的虛擬電阻模式，具體包括：首先通過二階廣義積分器(secondordergeneralizedintegrator,sogi)獲得中性點(diǎn)電壓的工頻信號相位與幅值，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的中性點(diǎn)接地電阻值計(jì)算注入電流，最后采用輸出電流閉環(huán)控制方法使柔性接地裝置向配電網(wǎng)中性點(diǎn)注入該電流。所述步驟3)中的虛擬電感模式，具體包括：首先通過sogi獲得中性點(diǎn)電壓的工頻信號相位與幅值，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的中性點(diǎn)接地電感值計(jì)算注入電流幅值，再根據(jù)中性點(diǎn)電壓相位后移90度后得到注入電流值，最后采用輸出電流閉環(huán)控制方法使柔性接地裝置向配電網(wǎng)中性點(diǎn)注入該電流。所述步驟4)中的消弧后處理方法，具體包括：降低注入補(bǔ)償電流幅值，測量配電網(wǎng)零序電壓，判斷其是否隨補(bǔ)償電流的減少而成比例減少。若是，則使柔性接地裝置退出運(yùn)行；若不是，則向繼電保護(hù)裝置發(fā)送動作信號，隔離故障饋線；若保護(hù)裝置拒動，則繼續(xù)注入消弧補(bǔ)償電流，在補(bǔ)償電流注入時(shí)間達(dá)到2小時(shí)后，使柔性接地裝置退出運(yùn)行。

本發(fā)明提出的配電網(wǎng)柔性接地裝置單相接地故障選線與消弧方法，由于主要包括：在配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，采用虛擬電阻控制方式，控制柔性接地裝置向中性點(diǎn)注入一幅值可控的阻性電流，使系統(tǒng)運(yùn)行于小電阻接地模式，通過測量并比較各條饋線的零序電流，判斷故障饋線并反饋給繼電保護(hù)裝置；然后采用虛擬電感控制方式，控制柔性接地裝置向中性點(diǎn)注入消弧補(bǔ)償電流，使系統(tǒng)運(yùn)行于諧振接地模式，達(dá)到單相接地故障消弧的目的。該方法通過控制方式切換，可以同時(shí)避免諧振接地系統(tǒng)難以準(zhǔn)確判斷故障饋線，小電阻接地系統(tǒng)故障跳閘率偏高，以及傳統(tǒng)柔性接地裝置控制方法在高阻接地時(shí)故障相難以檢測等問題，可減小保護(hù)誤動率，提高故障消弧成功率，從而提高配電網(wǎng)供電可靠性。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

附圖說明

圖1為配電網(wǎng)柔性接地系統(tǒng)拓?fù)鋱D。

圖2為配電網(wǎng)柔性接地系統(tǒng)等效電路圖。

圖3為二階廣義積分器(sogi)結(jié)構(gòu)圖。

圖4為配電網(wǎng)柔性接地系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為配電網(wǎng)接地故障消弧與選線流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出了一種配電網(wǎng)柔性接地裝置單相接地故障選線與消弧方法，圖1所示為配電網(wǎng)柔性接地系統(tǒng)示意圖。ex(x＝a,b,c)分別表示a，b，c三相電源電壓；rs為配電網(wǎng)每相對地的泄漏電阻，cs為每相對地電容；假設(shè)c相發(fā)生單相接地故障，rf為接地故障電阻；配電網(wǎng)中性點(diǎn)通過柔性接地裝置接地，如圖1中虛線框所示，包含一個(gè)直流電源，單相逆變器，lc濾波器以及隔離變壓器ti；逆變器由直流電源vd供電，通過pwm逆變產(chǎn)生幅值與相位可控的注入電流ii注入中性點(diǎn)。

柔性接地裝置工作于虛擬電阻控制模式時(shí)，通過二階廣義積分器(secondordergeneralizedintegrator,sogi)獲得中性點(diǎn)電壓un的工頻信號的相位與幅值，根據(jù)預(yù)設(shè)的中性點(diǎn)接地電阻值計(jì)算作虛擬電阻控制時(shí)的注入電流。考慮到柔性接地裝置的容量，結(jié)合傳統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中對中性點(diǎn)接入電阻取值的要求，預(yù)設(shè)中性點(diǎn)接地電阻值為rn，則注入的阻性電流表達(dá)式為：

柔性接地裝置工作于虛擬電感控制模式時(shí)，將柔性接地裝置等效為一可控的電流源，用可控電流源ii代替，中性點(diǎn)對地電壓為un，故障相對地電壓為uf，配電網(wǎng)柔性接地系統(tǒng)等效電路圖如圖2所示。由基爾霍夫電壓和電流定律可以得到注入電流的表達(dá)式為：

只考慮對地電容參數(shù)的影響時(shí)，注入電流的表達(dá)式可以簡化為:

為了將故障電流限制為零，即得到注入電流的表達(dá)式為：

配電網(wǎng)通過消弧線圈接地時(shí)，通過并聯(lián)諧振原理補(bǔ)償配電網(wǎng)電容電流，抑制接地故障電弧。本發(fā)明基于該原理，配電網(wǎng)中性點(diǎn)通過與柔性接地裝置相連，通過虛擬電感控制，使系統(tǒng)運(yùn)行于諧振接地模式；在發(fā)生接地故障時(shí)，注入一個(gè)幅值、相位可控的補(bǔ)償電流，補(bǔ)償故障時(shí)接地電容電流，達(dá)到消除故障電弧的目的。因此，通過虛擬電感的控制方法，系統(tǒng)運(yùn)行于諧振接地模式時(shí)，等效虛擬電感表示為lv，可以得到注入消弧補(bǔ)償電流的表達(dá)式為：

二階廣義積分器(sogi)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。給定一個(gè)輸入信號uns，通過二階廣義積分器可以獲得兩個(gè)幅值相同，相位相差90度的輸出信號un1和un2；其中un1與輸入信號uns基波分量相同，un2的幅值與相同，但相位滯后90度。即：

配電網(wǎng)柔性接地系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，柔性接地裝置首先工作于虛擬電阻控制模式，即開關(guān)與端口1連接，通過二階廣義積分器(sogi)獲得中性點(diǎn)電壓uns的基波信號的相位與幅值即圖3所示un1，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的中性點(diǎn)接地電阻值計(jì)算注入的阻性電流值即：

，最后采用輸出電流閉環(huán)控制方法使柔性接地裝置向配電網(wǎng)中性點(diǎn)注入該電流，判斷故障饋線并反饋給繼電保護(hù)裝置；然后將柔性接地裝置切換為虛擬電感控制模式即開關(guān)與端口2連接，通過sogi獲得中性點(diǎn)電壓的工頻信號相位與幅值，再將中性點(diǎn)電壓相位后移90度即圖3所示un2，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的中性點(diǎn)接地電感值計(jì)算注入的補(bǔ)償電流值即：

，最后采用輸出電流閉環(huán)控制方法使柔性接地裝置向配電網(wǎng)中性點(diǎn)注入該消弧補(bǔ)償電流，達(dá)到消除故障電弧的目的。

圖5所示為配電網(wǎng)接地故障消弧與選線流程圖。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，首先連續(xù)測量配電網(wǎng)相電壓和零序電壓，分別為unn(n＝1,2,3,……)，比較相電壓和零序電壓的大??；當(dāng)零序電壓大于相電壓的15％時(shí)，判定發(fā)生了接地故障；在接地故障發(fā)生的初始時(shí)刻，柔性接地裝置工作于虛擬電阻控制模式，首先通過如圖3所示的二階廣義積分器(secondordergeneralizedintegrator,sogi)獲得中性點(diǎn)電壓的工頻信號相位與幅值，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的中性點(diǎn)接地電阻值rn計(jì)算注入電流，最后采用輸出電流閉環(huán)控制方法使柔性接地裝置向配電網(wǎng)中性點(diǎn)注入該電流，從而短時(shí)增大了線路中的零序電流，通過電流傳感器分別檢測并比較各條饋線的零序電流，幅值最大的饋線即為接地故障饋線，并將故障饋線判斷結(jié)果反饋給繼電保護(hù)裝置；然后柔性接地裝置切換為虛擬電感控制模式，通過sogi獲得中性點(diǎn)電壓的工頻信號相位與幅值，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的中性點(diǎn)接地電感值計(jì)算注入電流幅值，再根據(jù)中性點(diǎn)電壓相位后移90度后得到注入電流值，最后采用輸出電流閉環(huán)控制方法使柔性接地裝置向配電網(wǎng)中性點(diǎn)注入該電流，抑制接地故障電弧；經(jīng)過一定延時(shí)后，采用特定的消弧后處理方法，具體包括：降低注入補(bǔ)償電流幅值，測量配電網(wǎng)零序電壓，判斷其是否隨補(bǔ)償電流的減少而成比例減少。若是，則使柔性接地裝置退出運(yùn)行；若不是，則向繼電保護(hù)裝置發(fā)送動作信號，隔離故障饋線；若保護(hù)裝置拒動，則繼續(xù)注入消弧補(bǔ)償電流，在補(bǔ)償電流注入時(shí)間達(dá)到2小時(shí)后，使柔性接地裝置退出運(yùn)行。