CN103280793A - 基于消弧变压器的电网接地补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于消弧变压器的电网接地补偿装置，包括与电网母线连接的消弧变压器，所述消弧变压器为一次侧绕组星型连接且中性点直接接地、二次侧绕组为开口三角连接型式的三相五柱式消弧变压器，所述三相五柱式消弧变压器的二次侧开口端连接一用于向消弧变压器输出补偿电压的有源逆变调节装置，有源逆变调节装置的受控端连接用于控制有源逆变调节装置输出补偿电压的控制器。本发明安装在一次系统中的设备数量较少；当系统发生接地故障时，可通过有源逆变调节装置直接对消弧变压器进行补偿状态的调节，从而实现对系统发生接地故障时大电容电流的快速补偿，具有补偿速度快、成本低廉、占地面积少等优点。

Description

基于消弧变压器的电网接地补偿装置

技术领域

本发明涉及配电网接地技术领域，特别是一种用于在电网接地时能够对电网进行消弧补偿的装置。

背景技术

在我国6～66kV的电力系统配电网中，当系统对地电容电流达到10A以上时，单相接地故障产生的电弧便不能自动熄灭，容易引发两相短路或更严重的故障，降低了系统供电的可靠性，危及设备的安全运行，因此需要装设补偿装置对系统中的电容电流进行补偿，以减小接地点的故障电流。

目前常用的补偿装置为中中性点接地补偿装置，一般包括接地变压器、消弧线圈、电流调节装置以及控制装置。在此补偿装置中，控制装置用于实时监测电网的电压及电流情况，当接地故障发生时，通过电流调节装置调节经过消弧线圈的电流值，从而达到为系统提供相应的电感电流，以补偿电力系统发生单相接地故障时产生的电容电流，达到减小接地点故障电流，最终实现熄灭电弧的目的。然而由于此种中性点接地补偿装置在接地补偿中会产生多次谐波，因此还需装设多个滤波装置对信号进行处理，否则难以满足国家标准中关于电网信号中谐波含量的要求。再加上接地变压器等大型电气设备的使用，必将造成整个补偿系统存在设备多、占地面积大、成本高等一系列问题。

为解决上述问题，中国专利ZL98212877.0公开了一种接地消弧变压器，由接地变压器和调节装置组成，将调节装置连接在接地变压器的二次侧形成消弧变压器；调节装置采用可调电抗器。此专利技术尽管去掉了消弧线圈，却在低压侧增加了可调电抗器，因此无论在占地面积，还是在建设成本上都基本相近，并且性能也没有根本性的提升。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种设备较少、性能较好的电网接地补偿装置，不仅能够节约占地、减少投资，更重要的是能够大幅提高电网系统接地补偿效果，降低重大事故的发生。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

基于消弧变压器的电网接地补偿装置，包括与电网母线连接的消弧变压器，所述消弧变压器为一次侧绕组星型连接且中性点直接接地、二次侧绕组为开口三角连接型式的三相五柱式消弧变压器，所述三相五柱式消弧变压器的二次侧开口端连接一用于向消弧变压器输出补偿电压的有源逆变调节装置，有源逆变调节装置的受控端连接安装在控制室内的用于测量电网电容电流并根据电容电流值控制有源逆变调节装置输出补偿电压的控制器。

本发明的改进在于：所述三相五柱式消弧变压器的二次侧设置有两组绕组，二次侧第一绕组采用Zn连接型式，二次侧第二绕组采用开口三角连接型式。

本发明的进一步改进在于：所述三相五柱式消弧变压器二次侧第一绕组的输出端连接一可控整流装置，所述可控整流装置为单相可控整流装置或者三相可控整流装置，用于将二次侧第一绕组输出的三相对称电压进行整流并向有源逆变调节装置提供直流电压；可控整流装置的控制端连接控制器的输出端，可控整流装置的输出端连接有源逆变调节装置。

本发明所述有源逆变调节装置的具体结构为：所述有源逆变调节装置包括由四个IGBT管构成H桥式有源逆变器、并联在有源逆变器输入端的电容器以及用于根据控制器的指令触发有源逆变器动作的触发控制模块；所述触发控制模块与控制器互连，触发控制模块的输出端连接有源逆变器的控制端，有源逆变器的输出端连接三相五柱式消弧变压器二次侧的开口端；所述触发控制模块的输入端还与可控整流装置的输出端连接，所述电容器的两端连接可控整流装置的输出端。

本发明的改进还在于：所述可控整流装置与电容器之间还连接有用于防止有源逆变器的信号对可控整流装置产生反向冲击的逆止二极管。

本发明所述触发控制模块的具体结构为：所述触发控制模块包括CPLD控制电路、开关电源、直流电压检测及AD转换电路、光纤收发电路以及四个用于驱动有源逆变器动作并对有源逆变器工作状态进行检测的IGBT管驱动及故障检测电路；

所述开关电源用于将可控整流装置输出的高压经整流滤波后输出不同直流电压并提供给负载，开关电源的输入端连接可控整流装置的输出端，开关电源的输出端连接直流电压检测及AD转换电路的输入端；

所述直流电压检测及AD转换电路用于测量电容器的电压值并进行数字信号转换，直流电压检测及AD转换电路的输入端分别与开关电源、电容器以及可控整流装置的输出端连接，直流电压检测及AD转换电路的输出端连接CPLD控制电路；

所述CPLD控制电路通过光纤收发电路与控制器互连，用于将检测的信息通过光纤收发电路实时传输给控制器，并接收控制器的触发指令，对触发指令解码后经IGBT管驱动及故障检测电路驱动有源逆变器动作。

上述触发控制模块的改进在于：所述触发控制模块中还设置有用于采集有源逆变器温度值的温度检测电路，所述温度检测电路的信号端与粘贴在有源逆变器IGBT管表面的温度感应芯片连接，温度检测电路的输出端连接CPLD控制电路。

本发明所述控制器的具体结构为：所述控制器包括CPU控制模块、模拟信号采集调理模块、AD转换模块、通信模块、触摸屏、光纤驱动模块以及电源模块；

所述电源模块分别与CPU控制模块、模拟信号采集调理模块、AD转换模块、通信模块、触摸屏和光纤驱动模块连接，用于为其提供工作电源；

所述模拟信号采集调理模块用于通过设置在电网中的电压互感器以及电流互感器采集电网电压和电流值，并对采集的模拟量信号进行调理后传输给AD转换模块，AD转换模块对接收的模拟量信号进行模数转换，然后传输给CPU控制模块；

所述光纤驱动模块用于接收有源逆变调节装置的触发控制模块采集的直流电压、逆变器状态以及温度信息，并将接收的信息传递给CPU控制模块；同时还将CPU控制模块发出的控制指令通过光纤传递给有源逆变调节装置的触发控制模块；

所述CPU控制模块用于根据模拟信号采集调理模块采集的模拟量信号以及光纤驱动模块传输的有源逆变调节装置传输的信号进行分析计算，并根据计算结果生成控制可控整流装置向有源逆变调节装置输出直流电压的指令以及控制有源逆变调节装置动作的指令；

所述触摸屏通过通信模块与CPU控制模块连接，用于显示系统中各设备的运行状态、故障记录、控制参数整定信息。

上述控制器的改进在于：所述控制器还包括当电网发生接地故障或者系统中各设备运行异常时发出报警的光电报警模块。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明安装在一次系统中的设备只有有源逆变调节装置和消弧变压器，设备数量较少；当系统发生接地故障时，可通过有源逆变调节装置直接对消弧变压器进行补偿状态的调节，从而实现对系统发生接地故障时大电容电流的快速补偿，具有补偿速度快、成本低廉、占地面积较少等优点。

为解决仅设置二次开口三角绕组的三相五柱式消弧变压器，在系统正常运行时，只能靠电网存在的较小不平衡电压对电容器充电而造成电容器长期不能处于额定工作电压，进一步导致的当系统发生接地故障时，不能快速输出补偿电压，以及补偿响应时间较长的缺点；本发明三相五柱式消弧变压器的二次侧设置了两组绕组，其中Zn连接型式的二次侧第一绕组用于连接可控整流装置为有源逆变调节装置的电容器进行充电。该可控整流装置用于在系统正常运行时，对电网三相对称电压进行整流后对有源逆变调节装置的电容器进行充电，使电容器能够充电至额定工作电压，从而能够有效保证当系统发生故障时，电容器立即向电网输出所需电压值，大大提高了本发明的补偿响应速度，还能够避免补偿过程中冲击电流的产生。

本发明在可控整流装置和电容器之间设置的逆止二极管，用于隔离消弧变压器二次侧第二绕组输出的不平衡电压和二次侧第一绕组经可控整流装置整流后输出的直流电压，避免二次侧第二绕组输出的不平衡电流对可控整流装置产生反向冲击。

附图说明

图1为实施例1的系统接线图。

图2为本发明所述有源逆变调节装置的结构框图。

图3为本发明所述触发控制模块的结构框图。

图4为本发明所述控制器的结构框图。

图5为实施例1中开关电源的电路图。

图6为实施例1中直流电压检测及AD转换电路的电路图。

图7为实施例1中IGBT管驱动及故障检测电路的电路图。

图8为实施例1中温度检测电路的电路图。

图9为实施例1中光纤收发电路的电路图。

图10为实施例1中模拟信号采集调理模块的电路图。

图11为实施例2的系统接线图。

其中：1.三相五柱式消弧变压器，2.有源逆变调节装置，21.有源逆变器、22.电容器，23.触发控制模块，231.CPLD控制电路，232.开关电源，233.直流电压检测及AD转换电路，234.光纤收发电路，235.温度检测电路，236.IGBT管驱动及故障检测电路，3.控制器，31.CPU控制模块，32.模拟信号采集调理模块，33.AD转换模块，34.通信模块，35.触摸屏，36.光纤驱动模块，37.光电报警模块，38.电源模块，4.可控整流装置，5.逆止二极管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

一种基于消弧变压器的电网接地补偿装置，其系统接线图如图1所示，包括三相五柱式消弧变压器1、有源逆变调节装置2、控制器3以及可控整流装置4，三相五柱式消弧变压器1的一次侧连接在系统电网中，二次侧分别与有源逆变调节装置2和可控整流装置4连接，可控整流装置4的输入端连接控制器3的输出端，可控整流装置4的输出端连接有源逆变调节装置2；有源逆变调节装置2与控制器3互连。

在本实施例中三相五柱式消弧变压器的接线型式如图1所示。三相五柱式消弧变压器的一次侧绕组采用Yn接线型式，即一次侧绕组采用星星连接型式，其输入端分别与电网母线的A相、B相、C相连接，中性点直接接地；三相五柱式消弧变压器的二次侧设置有两组绕组，二次侧第一绕组采用Zn连接型式，在电网正常运行或发生单相接地故障时，均能够输出三相对称电压，可作为站内电源使用，在本实施例中用于连接可控整流装置；二次侧第二绕组采用开口三角连接型式，在本实施例中作为接地补偿绕组，分别绕制在两边柱上，其开口端用于连接有源逆变调节装置。

有源逆变调节装置2用于向消弧变压器输出补偿电压，其结构如图2所示，包括有源逆变器21、电容器22以及触发控制模块23，电容器22并联在有源逆变器21的输入端；触发控制模块23与控制器3互连，触发控制模块23的输出端连接有源逆变器21的控制端，有源逆变器21的输出端连接三相五柱式消弧变压器1二次侧的开口端。触发控制模块的输入端还与可控整流装置的输出端连接，用于接入工作电源。

有源逆变器21的电路图图1所示，为由四个绝缘栅双极性晶体管（简称IGBT管）构成H桥式电路，每个绝缘栅双极性晶体管的发射极和集电极之间并联一续流二极管。绝缘栅双极性晶体管的基极连接触发控制模块的触发控制端，H桥式电路的输入端连接电容器，H桥式电路的输出端连接三相五柱式消弧变压器二次侧的开口端。H桥式电路用于在触发控制模块的控制下通过充满有额定工作电压电容器向消弧变压器输出补偿电压。

电容器22用于在电网正常运行时充电至额定电压，在电网发生单相接地故障时通过有源逆变器向消弧变压器提供补偿电压，为系统故障时能够快速地提供补偿电压提供了可靠保障。

触发控制模块23用于根据控制器的指令触发有源逆变器中IGBT管的动作，其结构如图3所示，包括CPLD控制电路231、开关电源232、直流电压检测及AD转换电路233、光纤收发电路234、温度检测电路235以及四个IGBT管驱动及故障检测电路236；其中CPLD为复杂可编程逻辑器件。

开关电源232用于将可控整流装置4输出的高压经整流滤波后输出不同直流电压并提供给负载，其输入端连接可控整流装置4的输出端，其输出端连接直流电压检测及AD转换电路233的输入端。开关电源232中设置有分压电路、滤波电路、增益放大电路、频率调节电路以及电流检测电路，不仅能够使开关电源输出稳定的电压，而且还能够改善开关电源的频率特性；电流检测电路的设置，用于防止开关电源因过流而发生故障。

本实施例中开关电源的232的电路图如图5所示，主要功能芯片为U200，U200采用UC3842。可控整流装置输出1000V后经电阻R211-R215分压加到U200的供电端U200-7脚，为U200电路提供启动电压。U200启动后，变压器副绕组整流滤波后输出的电压一方面为U200提供正常工作电压，另一方面为U200提供负反馈电压，其规律是此负反馈电压越高驱动脉冲的占空比越小，以此稳定输出电压。

U200-4脚和U200-8脚之间外接的R206、C208决定开关电源的振荡频率，其振荡频率的最大值可达500kHz；R205、C206用于改善增益和频率特性。U200的6脚输出的方波信号经R207、R208分压后驱动三极管V10、V11和MOSFET功率管V12、V13。变压器VB原边的能量传到付边各绕组，经整流后滤波后输出数值不同的直流电压供负载使用。

电阻R210用于电流检测，经R209、C209滤波后送入U200-3脚形成电流反馈环。当U200-3脚的电压高于1V时振荡器停止工作，保护功率管不至于过流而损坏。

直流电压检测及AD转换电路233用于将可控整流装置4输出的电压经分压、滤波整形后再进行模数转换，然后传输给CPLD控制电路231；还用于实时测量电容器22的电压值并将其转换为数字信号后，传输给CPLD控制电路231。

本实施例中直流电压检测及AD转换电路233的电路图如图6所示，主要功能芯片为U12，U12采用MAX1241，为串行输入AD转换器。整流装置输出的直流信号经电阻分压和运放滤波整形后输给U12-2脚，U12-6脚为数字量输出，经U15隔离后的DOUT信号接至CPLD控制电路。U12-7脚和U12-8脚分别为时钟和片选信号，其中时钟信号经U14隔离后与CPLD控制电路的CS信号端相连，片选信号经U13隔离后与CPLD控制电路的SCLK信号端连接。

IGBT管驱动及故障检测电路236设置有四路，分别对应于有源逆变器的四个IGBT管；用于在CPLD控制电路231的指令下驱动有源逆变器21中的IGBT管动作，从而实现对系统中电容电流的补偿；IGBT管驱动及故障检测电路236还用于对有源逆变器21的工作状态进行检测，并将检测的信息实时传输给CPLD控制电路231。

本实施例中四路IGBT管驱动及故障检测电路结构相同，其中一路IGBT管驱动及故障检测电路的电路图如图7所示，核心功能芯片为U3，U3采用M57962。

当有源逆变器中的IGBT管发生过流时，J1-2脚和J1-5脚之间电压升高，当升高到设定值时U3-1脚电压升至15V，此时U3-8脚输出低电平，U6导通，U6输出的SIM1信号传输给CPLD控制电路。U3-13脚与CPLD控制电路连接，接收CPLD控制电路发出的SPWM脉冲信号，U3-5脚控制IGBT管导通或关断。

故障检测电路的检测原理为：当U3-13接收到CPLD控制电路发出的IGBT管导通命令时，J1-2脚和J1-5脚之间的电压降低，D5、D6导通，U7同时导通，说明有源逆变器工作正常，U7输出的SVW1信号传输给CPLD控制电路；否则为故障。相反，当U3-13接收到CPLD控制电路发出的IGBT管关断命令时，J1-2脚和J1-5脚之间的电压升高，D5、D6应为截止，U7关断；否则为故障。

温度检测电路235用于采集有源逆变器21中每个IGBT管的温度值，并实时传输给CPLD控制电路231。有源逆变器IGBT管散热片的表面粘贴有温度感应芯片，用于测量散热片的温度，温度检测电路的信号端与温度感应芯片连接，温度检测电路235的输出端连接CPLD控制电路231。

本实施例中温度检测电路235的电路图如图8所示，核心功能芯片为U65，U65采用LM331，IGBT管散热片上粘贴的温度感应芯片采用LM35。温度感应芯片LM35的信号端连接U65-7脚，温度感应芯片LM35输出的温度信号经U65处理后，由电压信号转换为频率信号，自U65-3脚输出CPLD控制电路231。

光纤收发电路234包括三个接收电路和一个发送电路，发送电路用于将CPLD控制电路231输出的信息通过光纤传输给控制器3，三个接收电路用于接收由控制器3通过光纤传输的信息。

本实施例中光纤收发电路234的电路图如图9所示，核心功能芯片为U5、U8、U9、U10，其中U5为发送器，采用T2521，U8、U9、U10为三个接收器，采用R2521。U8、U9、U10的输入端分别通过光纤与控制器3连接，U8、U9、U10输出的RD信号分别传输给CPLD控制电路231，用于将控制器发出的指令经变换后传输给CPLD控制电路；U5的输入端与CPLD控制电路的输出端连接，U5的输出端通过光纤与控制器3连接，用于将CPLD控制电路输出的信息TD通过光纤传输给控制器。

CPLD控制电路231通过光纤收发电路234与控制器3互连，用于将检测的信息通过光纤收发电路实时传输给控制器，并接收控制器的触发指令，对触发指令解码后经IGBT管驱动及故障检测电路236驱动有源逆变器21的IGBT管动作。本实施例中CPLD控制电路的核心功能芯片采用EPM1270。

可控整流装置4连接在三相五柱式消弧变压器二次侧第一绕组的输出端，可以为单相可控整流装置或者三相可控整流装置，用于将二次侧第一绕组输出的三相对称电压进行整流后向有源逆变调节装置的电容器22和触发控制模块23提供直流电压。可控整流装置4的控制端连接控制器3的输出端。可控整流装置4与电容器22之间还连接有逆止二极管5，用于保护可控整流装置4，防止有源逆变器21的信号对可控整流装置产生反向冲击。

控制器3通常设置在控制室内，通过光纤与有源逆变调节装置进行数据通信。控制器通过设置在电网中的电压互感器、电流互感器采集电网系统的三相电压U_A、U_B、U_C，以及三相不平衡电压U₀、三相不平衡电流I₀，并根据采集的电网电压和电流信息完成瞬间的无功功率分析计算，进一步输出速断、过流、交流过压和交流欠压等保护指令，实现系统的保护。同时，控制器还通过向有源逆变调节装置发送调节指令，实现对有源逆变调节装置补偿电压的控制；通过向可控整流装置发送控制指令，实现对可控整流装置向电容器输出的充电电压值进行控制。

在本实施例中控制器3的结构框图如图4所示，包括CPU控制模块31、模拟信号采集调理模块32、AD转换模块33、通信模块34、触摸屏35、光纤驱动模块36、光电报警模块37以及电源模块38。

电源模块38分别与CPU控制模块31、模拟信号采集调理模块32、AD转换模块33、通信模块34、触摸屏35、光电报警模块37和光纤驱动模块36连接，用于为与之连接的各模块提供工作电源。本实施例中电源模块采用型号为MD50-B，输出的技术指标为：5V/6A、15V/1A。

模拟信号采集调理模块32用于通过设置在电网中的电压互感器以及电流互感器采集电网电压和电流值，并对采集的模拟量信号进行调理后传输给AD转换模块33，AD转换模块对接收的模拟量信号进行模数转换，转换为数字信号后传输给CPU控制模块31。

本实施例中模拟信号采集调理模块的电路图如图10所示，ADIN为输入信号，即电压互感器和电流互感器采集的信息；ADCH为输出信号，与AD转换模块连接。AD转换模块的核心功能芯片为MAX1320。

光纤驱动模块36用于接收有源逆变调节装置2中触发控制模块的直流电压、有源逆变器工作状态以及IGBT管的温度信息，并将接收的信息传递给CPU控制模块31；同时还将CPU控制模块31发出的各种指令经光纤传递给有源逆变调节装置2的触发控制模块23，触发控制模块23中的光纤收发电路234用于接收CPU控制模块31发出的指令。

CPU控制模块31根据模拟信号采集调理模块32采集的模拟量信号以及光纤驱动模块36传输的有源逆变调节装置传输的信号进行分析计算，并根据计算结果生成控制可控整流装置4向有源逆变调节装置2输出直流电压的指令以及控制有源逆变调节装置2动作的指令。本实施例中CPU控制模块31采用DPS数字信号处理器，型号为TMS320F2812PGFA，DPS数字信号处理器输出的控制信号为脉宽调制脉冲（简称SPWM）信号，SPWM信号经光纤驱动模块传输给有源逆变调节装置的触发控制模块，最后驱动有源逆变器的IGBT管动作。

通信模块34用于实现CPU控制模块31与其他辅助设备之间的通信，在本实施例中即是与触摸屏35之间通信。通信模块中设置有两路RS485接口，其中一路RS485接口与触摸屏进行通信，实现人机交互功能，另一路RS485接口与控制室内的后台总控制系统进行通信。当然通信模块中还可以根据使用环境设置RS232或者RS422通信接口。

触摸屏35通过通信模块34与CPU控制模块41连接，用于在CPU控制模块指令下显示系统中各设备的运行状态、故障记录、控制参数整定以及控制指令的下发等信息。光电报警模块37用于当电网发生接地故障或者系统中各设备运行异常时，在CPU控制模块的指令下发出报警。

本发明的工作原理如下所述：

电网系统正常运行时，可控整流装置4通过将三相五柱式消弧变压器二次侧第一绕组输出的对称的三相电压整流滤波后，对电容器22进行充电，使电容器的电压值在未放电前始终为额定工作电压。控制器则按照设定的时间间隔发出SPWM信号控制有源逆变器相应的IGBT管动作，使其通过电容器放电输出一个幅值较低的等效正弦波电压值Um，该等效正弦波电压值Um低于三相五柱式消弧变压器二次侧第二绕组开口侧输出的电压U₀，使三相五柱式消弧变压器向电网输出的电感电流值发生微小变化，从而使三相五柱式消弧变压器投入电网的等效阻抗发生改变，进一步计算出系统的电容电流值，从而完成系统电容电流的实时在线测量。

同时，控制器根据有源逆变调节装置输出的等效正弦波电压值Um以及在该等效正弦波电压值Um环境下计算所得的系统电容电流值之间的对应关系，计算出在系统发生单相接地故障时，即当系统的电容电流值发生极大变化时，有源逆变调节装置对应输出的用于补偿该电容电流的电感电流值大小，进而计算出有源逆变调节装置对应输出的等效正弦波电压Ud和与该等效正弦波电压Ud相应的控制器发出的SPWM信号。

因此，当系统在正常运行，控制器在实时检测系统电容电流的过程中即可计算出SPWM信号与用于补偿电容电流的电感电流之间的对应关系，并将其存储在控制器中。

当系统发生单相接地故障时，系统的对地位移电压急速上升并超限，相应的系统对地电容电流也发生极大变化，控制器便可根据此时电容电流值的大小发出相应的SPWM信号，使有源逆变调节装置输出相应的等效正弦波电压，从而使三相五柱式消弧变压器向系统中输出相应的电感电流值进行补偿。

在本发明中，由于控制器采用的控制方式为SPWM脉宽调制方式，因此通过其控制输出的等效正弦波电压的谐波含量满足国家标准要求，无需另设用于消除3次谐波、5次谐波的滤波电路，可进一步减少设备的数量。

实施例2

本实施例的系统接线图如图5所示，与实施例1的区别在于以下两点：

1）三相五柱式消弧变压器二次侧只设置一组绕组，二次侧绕组采用开口三角连接型式，直接与有源逆变调节装置的输出端连接。本实施例中三相五柱式消弧变压器的一次侧绕组与二次侧绕组均放置在中间三柱上，两边柱不放置绕组。

2）不设置可控整流装置，直接采用自三相五柱式消弧变压器二次侧开口端输出的不平衡电压，利用IGBT管两端并联的二极管进行整流后，对电容器进行充电。

本实施例向电网中输出电流的调节原理与实施例1相同，即是：通过控制器向有源逆变调节装置发出SPWM信号，使其输出的等效正弦波电压在Ud～U0n之间变化，即可实现系统在发生单相接地时，三相五柱式消弧变压器输出的用于补偿系统电容电流的电感电流在0～ILn之间变化，以使系统达到最合适的补偿状态。

Claims (9)

1.基于消弧变压器的电网接地补偿装置，包括与电网母线连接的消弧变压器，其特征在于：所述消弧变压器为一次侧绕组星型连接且中性点直接接地、二次侧绕组为开口三角连接型式的三相五柱式消弧变压器（1），所述三相五柱式消弧变压器（1）的二次侧开口端连接一用于向消弧变压器输出补偿电压的有源逆变调节装置（2），有源逆变调节装置（2）的受控端连接安装在控制室内的用于测量电网电容电流并根据电容电流值控制有源逆变调节装置（2）输出补偿电压的控制器（3）。

2.根据权利要求1所述的基于消弧变压器的电网接地补偿装置，其特征在于：所述三相五柱式消弧变压器的二次侧设置有两组绕组，二次侧第一绕组采用Zn连接型式，二次侧第二绕组采用开口三角连接型式。

3.根据权利要求2所述的基于消弧变压器的电网接地补偿装置，其特征在于：所述三相五柱式消弧变压器二次侧第一绕组的输出端连接一可控整流装置（4），所述可控整流装置为单相可控整流装置或者三相可控整流装置，用于将二次侧第一绕组输出的三相对称电压进行整流并向有源逆变调节装置提供直流电压；可控整流装置（4）的控制端连接控制器（3）的输出端，可控整流装置（4）的输出端连接有源逆变调节装置（2）。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于消弧变压器的电网接地补偿装置，其特征在于：所述有源逆变调节装置（2）包括由四个IGBT管构成H桥式有源逆变器（21）、并联在有源逆变器（21）输入端的电容器（22）以及用于根据控制器的指令触发有源逆变器动作的触发控制模块（23）；所述触发控制模块（23）与控制器（3）互连，触发控制模块（23）的输出端连接有源逆变器（21）的控制端，有源逆变器（21）的输出端连接三相五柱式消弧变压器二次侧的开口端；所述触发控制模块的输入端还与可控整流装置的输出端连接，所述电容器（22）的两端连接可控整流装置（4）的输出端。

5.根据权利要求4所述的基于消弧变压器的电网接地补偿装置，其特征在于：所述可控整流装置（4）与电容器（22）之间还连接有用于防止有源逆变器的信号对可控整流装置产生反向冲击的逆止二极管（5）。

6.根据权利要求4所述的基于消弧变压器的电网接地补偿装置，其特征在于：所述触发控制模块（23）包括CPLD控制电路（231）、开关电源（232）、直流电压检测及AD转换电路（233）、光纤收发电路（234）以及四个用于驱动IGBT管动作并对有源逆变器工作状态进行检测的IGBT管驱动及故障检测电路（236）；

所述开关电源（232）用于将可控整流装置（4）输出的高压经整流滤波后输出不同直流电压并提供给负载，开关电源（232）的输入端连接可控整流装置（4）的输出端，开关电源（232）的输出端连接直流电压检测及AD转换电路（233）的输入端；

所述直流电压检测及AD转换电路（233）用于测量电容器（22）的电压值并进行数字信号转换，直流电压检测及AD转换电路（233）的输入端分别与开关电源（232）、电容器（22）以及可控整流装置（4）的输出端连接，直流电压检测及AD转换电路（233）的输出端连接CPLD控制电路（231）；

所述CPLD控制电路（231）通过光纤收发电路（234）与控制器（3）互连，将检测的信息通过光纤收发电路实时传输给控制器，并接收控制器的触发指令，对触发指令解码后经IGBT管驱动及故障检测电路（236）驱动有源逆变器动作。

7.根据权利要求6所述的基于消弧变压器的电网接地补偿装置，其特征在于：所述触发控制模块（23）中还设置有用于采集有源逆变器温度值的温度检测电路（235），所述温度检测电路（235）的信号端与粘贴在有源逆变器IGBT管表面的温度感应芯片连接，温度检测电路的输出端连接CPLD控制电路（231）。

8.根据权利要求4所述的基于消弧变压器的电网接地补偿装置，其特征在于：所述控制器（3）包括CPU控制模块（31）、模拟信号采集调理模块（32）、AD转换模块（33）、通信模块（34）、触摸屏（35）、光纤驱动模块（36）以及电源模块（38）；

所述电源模块（38）分别与CPU控制模块（31）、模拟信号采集调理模块（32）、AD转换模块（33）、通信模块（34）、触摸屏（35）和光纤驱动模块（36）连接；

所述模拟信号采集调理模块（32）用于通过设置在电网中的电压互感器以及电流互感器采集电网电压和电流值，并对采集的模拟量信号进行调理后传输给AD转换模块（33），AD转换模块（33）对接收的模拟量信号进行模数转换，然后传输给CPU控制模块（31）；

所述光纤驱动模块（36）用于接收有源逆变调节装置（2）的触发控制模块（23）采集的直流电压、逆变器状态以及温度信息，并将接收的信息传递给CPU控制模块（31）；同时还将CPU控制模块（31）发出的控制指令通过光纤传递给有源逆变调节装置的触发控制模块（23）；

所述CPU控制模块（31）用于根据模拟信号采集调理模块采集的模拟量信号以及光纤驱动模块传输的有源逆变调节装置传输的信号进行分析计算，并根据计算结果生成控制可控整流装置向有源逆变调节装置输出直流电压的指令以及控制有源逆变调节装置动作的指令；

所述触摸屏（35）通过通信模块（34）与CPU控制模块（31）连接，用于显示系统中各设备的运行状态、故障记录、控制参数整定信息。

9.根据权利要求8所述的基于消弧变压器的电网接地补偿装置，其特征在于：所述控制器（3）还包括当电网发生接地故障或者系统中各设备运行异常时发出报警的光电报警模块（37）。

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