CN104319757B - 补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装置及方法 - Google Patents

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刘建华
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梁睿
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Abstract

本发明公开了一种补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装置及方法,装置:带有二次绕组的Z型接地变压器模块、单相消弧线圈模块、晶闸管控制的低压电抗器模块、单相全桥逆变器模块、三相PWM整流器模块和控制器模块;方法:采用三相PWM整流器和单相全桥逆变器相结合的模式使消弧线圈对接地电流中有功分量进行补偿,在配电网发生单相接地故障时,以为指令电流控制单相全桥逆变器模块补偿接地电流中的有功分量,通过采用合适的PWM控制策略,产生驱动信号来调控相应电力电子器件,使其输出与这部分有功分量电流大小相等相位相反的补偿电流,使接地电流中的有功分量得到最优补偿,保证消弧线圈的可靠稳定运行,提高配电网运行的安全性。

Description

补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种消弧线圈装置及方法,具体是一种补偿单相接地故障电流中 有功分量的消弧线圈装置及方法。
背景技术
[0002] 随着城市及工矿企业配电网的不断扩大,配电网单相接地故障电流中的有功分量 的幅值也大幅增加。通常的消弧线圈仅能产生感性电流,实现对单相接地故障电流中的工 频无功分量进行补偿,却不能对由于配电网本身的有功损耗、消弧线圈接入系统的零序回 路等因素形成的单相接地故障电流有功分量进行补偿。若不采取补偿措施,则在配电网发 生单相接地故障时可能会产生电弧接地过电压、加大跨步电压和接触电压,影响供电的安 全性和可靠性,对人身安全造成威胁。
发明内容
[0003] 技术问题:本发明的目的是要提供一种补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧 线圈装置及方法,解决单相接地故障电流中有功分量补偿的问题。
[0004] 技术方案:本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:本发明消弧线圈装置 包括带有二次绕组的Z型接地变压器模块、单相消弧线圈模块、晶闸管控制的低压电抗器模 块、单相全桥逆变器模块、三相PWM整流器模块和控制器模块;所述的带有二次绕组的Z型接 地变压器模块原边的一端连接电网三相母线,另一端引出配电网人为中性点,而带有二次 绕组的Z型接地变压器模块的副边连接三相PffM整流器模块;单相消弧线圈模块一次绕组一 端与中性点连接,另一端可靠接地;单相消弧线圈模块二次绕组通过晶闸管控制的低压电 抗器模块,完成消弧线圈电感的连续调节;单相全桥逆变器模块通过控制晶闸管的导通角 完成对接地电流中有功分量的补偿;三相PWM整流器模块为单相全桥逆变器模块提供稳定 的直流电压;控制器模块分别向晶闸管控制的低压电抗器模块、单相全桥逆变器模块、三相 PWM整流器模块发出控制信号;
[0005] 本发明的消弧线圈控制方法包括如下步骤:
[0006] (1)硬件系统上电后,关闭所有中断,进行系统所有模块初始化,然后打开中断;
[0007] (2)正常运行时检测电网的对地参数Cz、rz,并相应调节消弧线圈;
[0008] ⑶在直流侧预充电阶段,给直流侧预充电;
[0009] ⑷预充电结束后,检测电网是否发生单相接地故障;
[0010] (5)若电网发生单相接地故障时,要使残流中的有功分量电流得到补偿,即投入逆 变器后接地电阻的阻性电流为零,则需要满足式
Figure CN104319757BD00031
[0011] 即以
Figure CN104319757BD00032
_为指令电流控制单相全桥逆变器模块补偿接地电流中的有功分量;
[0012] 若没有发生单相接地故障,则从步骤⑵开始重新执行;
[0013] (6)执行命令,并判断单相接地故障是否消失,若单相接地故障没有消失,从步骤 (5)开始重新执行;若单相接地故障消失,则从步骤(2)开始重新执行。
[0014] 有益效果,本发明提出的一种能补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装 置及方法,该装置采用三相可控整流和单相逆变技术对接地电流中的有功分量进行补偿。 配电网发生单相接地故障时,单相接地故障电流中的有功分量的大小由配电网三相对地总 的等效绝缘电阻大小决定,也就是说通过该等效绝缘电阻的大小即可确定单相接地故障电 流中的有功分量电流的大小,然后再基于交直交整流逆变单元,通过采用的PWM控制策略, 产生驱动信号来调控相应电力电子器件,使其输出与这部分有功分量电流大小相等相位相 反的补偿电流,使接地电流中的有功分量得到有效补偿,保证消弧线圈的可靠稳定运行,提 高配电网运行的安全性。
附图说明
[0015] 图1是补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装置的结构框图。
[0016] 图2是硬件电路的工作流程图。
[0017] 图3是单相接地故障发生时系统的等值电路图。
[0018] 图中,1、带有二次绕组的Z型接地变压器模块;2、单相消弧线圈模块;3、晶闸管控 制的低压电抗器模块;4、单相全桥逆变器模块;5、三相PWM整流器模块;6、控制器模块;L为 消弧线圈的电感;Cz为配电网总对地电容;γς为配电网总对地的绝缘电阻;Re为接地点的过 渡电阻;_rnbS逆变器的等效电阻;为电源A相电压;仏为发生接地时电网的零序电压; 4为接地残流;为发生接地时配电网接地电流的无功分量;为发生接地时配电网接 地电流的有功分量;为发生接地时消弧线圈提供的电感电流;为指令电流,也即逆变 器产生的电流。
具体实施方式
[0019] 下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明:
[0020] 图1中,本发明提出的一种补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装置,包 括带有二次绕组的Z型接地变压器模块、单相消弧线圈模块、晶闸管控制的低压电抗器模 块、单相全桥逆变器模块、三相PWM整流器模块、控制器模块,该装置采用三相PWM整流器模 块和单相全桥逆变器模块相结合的方式实现了对接地电流中有功分量的补偿,所述的带有 二次绕组的Z型接地变压器模块不仅形成配电网人为中性点,而且为三相PffM整流器模块提 供工作电源,所述的晶闸管控制的低压电抗器模块完成对消弧线圈电感的连续调节。
[0021] 在6〜IOkV配电网中,所述的带有二次绕组的Z型接地变压器模块1原边的一端连 接电网三相母线,另一端引出配电网人为中性点,而带有二次绕组的Z型接地变压器模块1 的副边连接三相PWM整流器模块5;单相消弧线圈模块2—次绕组一端与中性点连接,另一端 可靠接地;单相消弧线圈模块2二次绕组通过晶闸管控制低压电抗器模块3,完成消弧线圈 电感的连续调节;单相全桥逆变器模块4通过控制晶闸管的导通角完成对接地电流中有功 分量的补偿;带有二次绕组的Z型接地变压器模块1副边的三相PWM整流器模块5为单相全桥 逆变器模块4提供稳定的直流电压;控制器模块6采用DSP TMS320F28335,并分别向晶闸管 控制的低压电抗器模块3、单相全桥逆变器模块4、三相PffM整流器模块5发出控制信号。
[0022] 图2中,本发明提出的一种补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈的方法, 具体步骤如下:
[0023] (1)硬件系统上电后,关闭所有中断,进行系统所有模块初始化,并开中断;
[0024] (2)正常运行时检测电网的对地参数Cz、rz,并相应调节消弧线圈;
[0025] (3)准备给直流侧预充电(直流侧预充电阶段);
[0026] ⑷预充电结束后,检测电网是否发生单相接地故障;
[0027] (5)图3中,L为消弧线圈的电感,Cz为配电网总对地电容,γς为配电网总对地的绝 缘电阻,Re为接地点的过渡电阻,-rnb为逆变器的等效电阻,色为电源A相电压,A为发生 接地时电网的零序电压,&为接地残流,/(:L为发生接地时配电网接地电流的无功分量, /&为发生接地时配电网接地电流的有功分量,4为发生接地时消弧线圈提供的电感电流, 为指令电流,也即逆变器产生的电流。
[0028] 若电网发生单相接地故障时,要使残流中的有功分量电流得到补偿,即投入逆变 器后接地电阻的阻性电流为零,发生谐振时只需要满足式
Figure CN104319757BD00051
[0029] 即以
Figure CN104319757BD00052
为指令电流控制单相全桥逆变器模块补偿接地电流中的有功分量。
[0030] 若没有发生单相接地故障,则从步骤⑵开始重新执行;
[0031] (6)执行命令,并判断单相接地故障是否消失,若单相接地故障没有消失,从步骤 (5)开始重新执行;若单相接地故障消失,则从步骤(2)开始重新执行。

Claims (1)

1. 一种采用消弧线圈装置补偿单相接地故障电流中有功分量的方法,其特征在于:该 消弧线圈装置包括带有二次绕组的Z型接地变压器模块、单相消弧线圈模块、晶闸管控制的 低压电抗器模块、单相全桥逆变器模块、三相PWM整流器模块和控制器模块;所述的带有二 次绕组的Z型接地变压器模块原边的一端连接电网三相母线,另一端引出配电网人为中性 点,而带有二次绕组的Z型接地变压器模块的副边连接三相PWM整流器模块;单相消弧线圈 模块一次绕组一端与中性点连接,另一端可靠接地;单相消弧线圈模块二次绕组通过晶闸 管控制的低压电抗器模块,完成消弧线圈电感的连续调节;单相全桥逆变器模块通过控制 晶闸管的导通角完成对接地电流中有功分量的补偿;三相PWM整流器模块为单相全桥逆变 器模块提供稳定的直流电压;控制器模块分别向晶闸管控制的低压电抗器模块、单相全桥 逆变器模块、三相PWM整流器模块发出控制信号; 该装置采用三相PWM整流器模块和单相全桥逆变器模块实现了对接地电流中有功分量 的补偿,所述的带有二次绕组的Z型接地变压器模块不仅形成配电网人为中性点,而且为三 相PWM整流器模块提供工作电源,所述晶闸管控制的低压电抗器模块完成消弧线圈电感的 连续调节; 采用该消弧线圈装置补偿单相接地故障电流中有功分量的方法的具体步骤包括: (1) 硬件系统上电后,关闭所有中断,进行系统所有模块初始化,然后打开中断; (2) 正常运行时检测电网的对地参数CE、rE,并相应调节消弧线圈;所述的CE为配电网 总对地电容;所述的rz为配电网总对地的绝缘电阻; ⑶在直流侧预充电阶段,给直流侧预充电; ⑷预充电结束后,检测电网是否发生单相接地故障; (5) 若电网发生单相接地故障时,要使残流中的有功分量电流得到补偿,即投入逆变器 后接地电阻的阻性电流为零,则需要满足式
Figure CN104319757BC00021
即以
Figure CN104319757BC00022
3指令电流控制单相全桥逆变器模块补偿接地电流中的有功分量; 若没有发生单相接地故障,则从步骤⑵开始重新执行; 式中,%为发生接地时电网的零序电压;4为指令电流,也即逆变器产生的电流; (6) 执行命令,并判断单相接地故障是否消失,若单相接地故障没有消失,从步骤(5)开 始重新执行;若单相接地故障消失,则从步骤(2)开始重新执行。
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