CN108226714A - 配电网小电流接地动态模拟系统及其建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种配电网小电流接地动态模拟系统及其建模方法，该系统包括：电源模拟单元、线路模拟单元、故障模拟单元、接地单元及控制器；所述电源模拟单元的输出端提供系统电源信号；所述线路模拟单元连接所述电源模拟单元，用以模拟配电网的线路；所述故障模拟单元连接所述线路模拟单元，用以模拟系统接地故障；所述接地单元连接所述电源模拟单元的输出端；其中，所述接地单元在与所述电源模拟单元的输出端的连接处形成中性点，所述中性点分别通过接入断开装置连接不同的接地结构，所述接入断开装置受控于控制器而接入或断开，从而构建不同的接地方式。至少解决当前配电网动模系统中性点接地方式不可灵活多变的问题。

Description

配电网小电流接地动态模拟系统及其建模方法

技术领域

本发明涉及配电网小电流接地系统模拟技术领域，尤其涉及的是一种配电网小电流接地动态模拟系统及其建模方法。

背景技术

近年来，随着用户对配电网供电可靠性的要求越来越高，故障指示器被大量运用于配电网中，小电流接地故障识别与选线技术的研究又被推上了一个台阶。小电流接地系统单相接地故障时其零序电流主要是系统的对地电容电流，且此电流大小与系统规模有关，其数值可能很小，因此小电流接地系统单相接地故障特征不明显，且故障特征复杂。虽然目前有较多的数字仿真工具，但与真实的小电流接地场景还是存在一定的差异，为此，需要一个实验平台对小电流接地系统的故障特征进行研究。

配电网小电流接地系统的动态模拟是一种物理仿真方法，能更直观地反映原系统的物理过程与现象，因此采用物理动模对小电流接地系统的故障特征的研究更加直观、有效。但目前现有的配电网物理动模实验平台用于小电流接地系统的研究大多受以下方面的制约：

(1)现有实验平台的变压器联接方式固定，小中性点接地方式不能灵活多变，改变中性点接地方式需进行一次改造；

(2)现有实验平台不能灵活接入智能接地装置或其他厂家的接地装置，不能实现接地装置的灵活接入或者智能接地装置的接入测试；

(3)现有实验平台所能模拟的场景普遍单一，接地电阻、消弧线圈补偿方式(欠补偿、全补偿、过补偿)等不可灵活调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种配电网小电流接地动态模拟系统及其建模方法，至少解决当前配电网动模系统中性点接地方式不可灵活多变的问题。

为解决上述问题，本发明提出一种配电网小电流接地动态模拟系统，包括：电源模拟单元、线路模拟单元、故障模拟单元、接地单元及控制器；所述电源模拟单元的输出端提供系统电源信号；所述线路模拟单元连接所述电源模拟单元，用以模拟配电网的线路；所述故障模拟单元连接所述线路模拟单元，用以模拟系统接地故障；所述接地单元连接所述电源模拟单元的输出端；

其中，所述接地单元在与所述电源模拟单元的输出端的连接处形成中性点，所述中性点分别通过接入断开装置连接不同的接地结构，所述接入断开装置受控于控制器而接入或断开，从而构建不同的接地方式。

根据本发明的一个实施例，所述的接地结构至少包括：小电阻单元，与第三接入断开装置串联在所述中性点和地之间；及消弧线圈单元，与第四接入断开装置串联在所述中性点和地之间；

其中，所述第三接入断开装置和第四接入断开装置受控于所述控制器。

根据本发明的一个实施例，所述的接地结构还包括：外部接地设备的预留接入点，通过第二接入断开装置连接所述中性点，且可选接外部接地设备；

其中，所述第二接入断开装置受控于所述控制器，所述第二接入断开装置、第三接入断开装置和第四接入断开装置中至多接入一个。

根据本发明的一个实施例，所述小电阻单元包括若干并联的小电阻组件，每组小电阻组件均包括一相串联的小电阻及对应的接入断开装置；各组小电阻组件的小电阻阻值均不同，各组小电阻组件的接入断开装置受控于所述控制器且至多接入一个。

根据本发明的一个实施例，各组小电阻组件的小电阻阻值根据系统的相电压及系统的对地电容电流而定。

根据本发明的一个实施例，所述消弧线圈单元包括若干并联的电抗器组件，每组电抗器组件均包括一相串联的电抗器及对应的接入断开装置；各组电抗器组件的电抗器电抗均不同，各组电抗器组件的接入断开装置受控于所述控制器且至多接入一个。

根据本发明的一个实施例，各组电抗器组件的电抗器电抗的计算公式为：

其中，p为各个电抗器所带来的补偿度，ω为系统角频率，C为系统电容值。

根据本发明的一个实施例，所述消弧线圈单元还包括阻尼电阻和双向晶闸管；

所述阻尼电阻与各组电抗器组件串联；

所述双向晶闸管的非控制两端与所述阻尼电阻并联，所述双向晶闸管的控制端受控于所述控制器，以使双向晶闸管在系统发生接地故障时闭合、否则断开。

根据本发明的一个实施例，所述控制器包括阻尼电阻自动投切模块，该阻尼电阻自动投切模块包括：第一电压比较器、第二电压比较器、切换开关及晶闸管驱动电路；

所述第一电压比较器的第一输入端接收远程传输的第一设定阈值，所述第一电压比较器的第二输入端接入系统的零序电压；所述第二电压比较器的第一输入端设置本地可调的第二设定阈值，所述第二电压比较器的第二输入端接入系统的零序电压；所述第一电压比较器和第二电压比较器通过切换开关切换连接到所述晶闸管驱动电路的输入端；

所述第一电压比较器连接到所述晶闸管驱动电路的输入端时，若零序电压低于第一设定阈值，则控制所述晶闸管驱动电路驱动所述双向晶闸管断开，否则控制所述晶闸管驱动电路驱动所述双向晶闸管导通；

所述第二电压比较器连接到所述晶闸管驱动电路的输入端时，若零序电压低于第二设定阈值，则控制所述晶闸管驱动电路驱动所述双向晶闸管断开，否则控制所述晶闸管驱动电路驱动所述双向晶闸管导通。

根据本发明的一个实施例，所述阻尼电阻自动投切模块还包括电压阈值本地调节组件，包括可调电阻和固定电阻；

所述固定电阻的第一端接地，所述固定电阻的第二端连接所述第二电压比较器的第二输入端；所述可调电阻的第一端接收预设电压，所述可调电阻的第二端连接所述第二电压比较器的第二输入端。

根据本发明的一个实施例，所述接地单元还包括第一接入断开装置，连接在所述电源模拟单元的输出端和接地结构的接入断开装置之间，所述第一接入断开装置受控于所述控制器。

根据本发明的一个实施例，所述控制器包括微处理器及开出模块，所述开出模块包括：译码器、继电器驱动电路及继电器；所述译码器的输入端接收所述微处理器的编码指令，输出端输出译码指令以控制所述继电器驱动电路驱动相应的继电器工作。

根据本发明的一个实施例，所述电源模拟单元包括配电变压器和隔离变压器；

所述配电变压器的原副边绕组连接方式为Δ/Y_N，所述隔离变压器的原副边绕组连接方式为Y_N/Δ；

所述接地单元在与所述电源模拟单元的输出端的连接处设置有Z形接地变压器，以形成中性点。

根据本发明的一个实施例，还包括电容补偿单元，连接电源模拟单元的输出端，用于对系统的对地容性电流进行补偿。

本发明还提供一种配电网小电流接地动态模拟系统，电源模拟单元、线路模拟单元、故障模拟单元及接地单元；所述电源模拟单元的输出端提供系统电源信号；所述线路模拟单元连接所述电源模拟单元，用以模拟配电网的线路；所述故障模拟单元连接所述线路模拟单元，用以模拟系统接地故障；所述接地单元连接所述电源模拟单元的输出端；

所述接地单元在与所述电源模拟单元的输出端的连接处形成中性点，所述中性点分别通过接入断开装置连接不同的接地结构，所述的接地结构包括：外部接地设备的预留接入点，通过第二接入断开装置连接所述中性点，且可选接外部接地设备；小电阻单元，与第三接入断开装置串联在所述中性点和地之间；及消弧线圈单元，与第四接入断开装置串联在所述中性点和地之间；

其中，所述第二接入断开装置、所述第三接入断开装置和第四接入断开装置受控于所述控制器，且至多接入一个；

所述小电阻单元包括若干并联的小电阻组件，每组小电阻组件均包括一相串联的小电阻及对应的接入断开装置；各组小电阻组件的小电阻阻值均不同，各组小电阻组件的接入断开装置受控于所述控制器且至多接入一个；

所述消弧线圈单元包括若干并联的电抗器组件，每组消弧线圈组件均包括一相串联的电抗器及对应的接入断开装置；各组电抗器组件的电抗器电抗均不同，各组电抗器组件的接入断开装置受控于所述控制器且至多接入一个；

所述电源模拟单元的输出端和接地结构的接入断开装置之间还连接第一接入断开装置，所述第一接入断开装置受控于所述控制器。

本发明还提供一种如前述实施例中所述的配电网小电流接地动态模拟系统的建模方法，其特征在于，包括：

控制器根据接地方式控制所述第一接入断开装置、第二接入断开装置、第三接入断开装置和第四接入断开装置；

若需构造中性点不接地系统模型时，所述第一接入断开装置断开；

若需构造中性点经小电阻接地系统模型时，第一接入断开装置、第三接入断开装置闭合，第二接入断开装置、第四接入断开装置断开；控制器每次从各组小电阻组件的接入断开装置选择一个进行闭合、其余断开；

若需构造中性点经消弧线圈接地系统模型时，第一接入断开装置、第四接入断开装置闭合，第二接入断开装置、第三接入断开装置断开；控制器每次从各组电抗器组件的接入断开装置选择一个进行闭合、其余断开；

若需接入外部接地设备时，第一接入断开装置、第二接入断开装置闭合，第三接入断开装置、第四接入断开装置断开。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：

通过电源模拟单元、线路模拟单元、故障模拟单元、接地单元构建接地模拟系统，并在接地单元和电源模拟单元连接处形成中性点，在中性点处通过接入断开装置连接不止一个接地结构，且接地结构是不同的，从而可以通过控制相应的接入断开装置而接入不同的接地结构，可灵活地调整中性点接地方式，从而小电流接地系统具有灵活可组态的特点，无需现场更改接线方式即可实现不同接地系统的模拟；

将接地结构设置为小电阻单元和消弧线圈单元，可通过控制第三接入断开装置和第四接入断开装置来方便地构建中性点经小电阻接地系统与中性点经消弧线圈接地系统；

通过设置若干组小电阻组件及若干组电抗器组件，通过对接入断开装置的控制，可以使得中性点经小电阻接地系统的接地阻值、中性点经消弧线圈接地系统的消弧线圈补偿度均在一定范围内可调节，且消弧线圈的阻尼电阻可自动投切。

附图说明

图1为本发明一实施例的配电网小电流接地动态模拟系统的结构框图；

图2为本发明一实施例的接地单元的电路连接结构示意图；

图3为本发明一实施例的控制器的电路连接结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，在一个实施例中，配电网小电流接地动态模拟系统可以包括：电源模拟单元、线路模拟单元、故障模拟单元3、接地单元4及控制器，当然还可以包括其他的单元。图1作为本发明一个实施例，示出了一种400V模拟10kV的配电网小电流接地动态模拟系统，可以理解，本发明的系统并不限于此。

所述电源模拟单元的输出端提供系统电源信号。图1中示出的系统中，电源模拟单元为400V电源输入，可包括400V市电、三相可编程交流电源、分布式电源模拟器等。

所述线路模拟单元连接所述电源模拟单元，用以模拟配电网的线路。可选的，线路模拟单元包括架空线模拟单元22和电缆模拟单元21，所述架空线模拟模块22与电缆模拟模块21主要用于模拟配电网的线路，均为不型等效的集中式参数模型。

进一步的，由于单相接地实验的零序电流主要是系统的对地容性电流，且此电流大小主要与系统规模有关，而实验系统选取的架空线模拟单元22或者电缆模拟单元21的长度往往受限，为了使故障特征更明显，系统增加了电容补偿单元6用于单相接地实验时为系统提供容性电流。相应的在一个实施例中，配电网小电流接地动态模拟系统还可以包括电容补偿单元6，电容补偿单元6连接电源模拟单元的输出端，用于对系统的对地容性电流进行补偿。

所述故障模拟单元3连接所述线路模拟单元，用以模拟系统接地故障。所述接地单元连接所述电源模拟单元的输出端。

其中，所述接地单元4在与所述电源模拟单元的输出端的连接处形成中性点。为了避免实验时配电变压器的断路器跳开以及限制短路电流，动模系统的电源均经隔离变压器接入，即所述电源模拟单元包括配电变压器11和隔离变压器12。系统的所述配电变压器11的原副边绕组连接方式为Δ/Y_N(三角形连接/星型连接)，所述隔离变压器12的原副边绕组连接方式为Y_N/Δ(星型连接/三角形连接)，这样就不能自然形成中性点，因此通过Z形接地变压器形成一个中性点；即接地单元4在与所述电源模拟单元的输出端的连接处设置有Z形接地变压器，以形成中性点。

所述中性点分别通过接入断开装置连接不同的接地结构，所述接入断开装置受控于控制器而接入或断开，从而构建不同的接地方式。有几个接地结构便设置几个接入断开装置，是一一对应的关系。接入断开装置可以是开关、短接装置等等可受控闭合或关断的装置，具体不限。

通过电源模拟单元、线路模拟单元、故障模拟单元3、接地单元4构建接地模拟系统，并在接地单元4和电源模拟单元连接处形成中性点，在中性点处通过接入断开装置连接不止一个接地结构，且接地结构是不同的，从而可以通过控制相应的接入断开装置而接入不同的接地结构，可灵活地调整中性点接地方式，从而小电流接地系统具有灵活可组态的特点，无需现场更改接线方式即可实现不同接地系统的模拟。

在一个实施例中，参看图2，所述的接地结构至少包括：小电阻单元及消弧线圈单元。小电阻单元与第三接入断开装置S3串联在所述中性点和地之间；消弧线圈单元与第四接入断开装置S4串联在所述中性点和地之间。其中，所述第三接入断开装置S3和第四接入断开装置S4受控于所述控制器。

将接地结构4设置为小电阻单元和消弧线圈单元，可通过控制第三接入断开装置S3和第四接入断开装置S4来方便地构建中性点经小电阻接地系统与中性点经消弧线圈接地系统。

进一步的，所述小电阻单元包括若干并联的小电阻组件，图2示出的是3组，当然不限于此。每组小电阻组件均包括一相串联的小电阻R1-R3及对应的接入断开装置S5-S7；各组小电阻组件的小电阻R1-R3阻值均不同，各组小电阻组件的接入断开装置S5-S7受控于所述控制器且至多接入一个。

优选的，各组小电阻组件的小电阻R1-R3阻值根据系统的相电压及系统的对地电容电流而定，在系统具有电容补偿单元6的情况下，该系统的对地电容电流为补偿后的对地电容电流。

小电阻组件为一组接地电阻，接地电阻阻值越小，小电阻接地系统的故障特征也越明显。接地电阻阻值的选取与系统对地容性电流有关，若补偿后400V动模系统的对地电容电流为I_c，对于小电阻接地系统，流过接地电阻的电流I_R一般取(2～3)I_c，本发明设计时取3I_c，则根据下式即可计算接地电阻的阻值：

其中，U_x为系统的相电压，为了研究接地电阻对故障特征的影响，可选取0.8R_N、R_N与1.2R_N作为一组接地电阻的各个电阻值。

进一步的，继续参看图2，所述消弧线圈单元包括若干并联的电抗器组件，图2中示出5组，当然不限于此。每组电抗器组件均包括一相串联的电抗器X1-X5及对应的接入断开装置S9-S13；各组电抗器组件的电抗器X1-X5电抗均不同，各组电抗器组件的接入断开装置S9-S13受控于所述控制器且至多接入一个。

优选的，各组电抗器组件的电抗器X1-X5电抗的计算公式为：

其中，p为各个电抗器X1-X5所带来的补偿度，ω为系统角频率，C为系统电容值。

具体来说，消弧线圈(电抗器X1-X5)提供的感性电流为：

其中，L为消弧线圈的电抗值。

系统的感性电流为：

当I_L＜I_C时，系统处于欠补偿状态；当I_L＝I_C时，系统处于全补偿状态；当I_L＞I_C时，系统处于过补偿状态。定义补偿度为p，则有：

I_L＝(1+p)×I_C

综合上式，则消弧线圈电抗X_L为：

为了研究消弧线圈补偿度对小电流接地系统单相接地故障特征的影响，可以设置五档补偿度，p为-10％，0，4％，8％，10％等，即可研究小电流接地系统发生接地故障时消弧线圈处于欠补偿、全补偿、过补偿等状态对接地故障特征的影响。

进一步的，继续参看图2，所述消弧线圈单元还包括阻尼电阻R4和双向晶闸管S8。所述阻尼电阻R4与各组电抗器组件串联。所述双向晶闸管S8的非控制两端与所述阻尼电阻R4并联，所述双向晶闸管S8的控制端受控于所述控制器，以使双向晶闸管S8在系统发生接地故障时闭合、否则断开。

阻尼电阻R4主要是为了防止消弧线圈在全补偿(I_L＝I_c)或近似全补偿时，消弧线圈的电感与系统对地电容发生串联谐振。同时还需在阻尼电阻R4旁并联短接装置(双向可控硅或者交流接触器等，图中采用的是双向晶闸管S8)，当系统正常运行时，短接装置断开，投入阻尼电阻R4防止串联谐振，当系统发生接地故障时，短接装置闭合，使消弧线圈电流I_L按照设定的补偿度对接地电容电流进行补偿。若发生接地故障时短接装置不闭合，则故障时消弧线圈串联回路不是提供纯感性电流，即会降低消弧线圈的出力。阻尼电阻R4可根据中性点不对称电压以及补偿电流的范围进行估算，也可根据相关经验公式估算。短接装置也可由交流接触器与电压继电器组成。短接装置的阈值电压U_P一般设置为15％U_x，即系统的零序电压(即中性点偏移电压)大于或等于15％U_x时，短接装置闭合，反之断开。

通过设置若干组小电阻组件及若干组电抗器组件，通过对接入断开装置的控制，可以使得中性点经小电阻接地系统的接地阻值、中性点经消弧线圈接地系统的消弧线圈补偿度均在一定范围内可调节。

在一个实施例中，参看图3，所述控制器包括阻尼电阻自动投切模块，该阻尼电阻自动投切模块包括：第一电压比较器、第二电压比较器、切换开关及晶闸管驱动电路。

所述第一电压比较器A1的第一输入端接收远程传输的第一设定阈值(图中还通过数模转换器D/A将数据进行数模转换)，所述第一电压比较器A1的第二输入端接入系统的零序电压；所述第二电压比较器A2的第一输入端设置本地可调的第二设定阈值，所述第二电压比较器A2的第二输入端接入系统的零序电压；所述第一电压比较器A1和第二电压比较器A2通过切换开关切换连接到所述晶闸管驱动电路531的输入端；

所述第一电压比较器A1连接到所述晶闸管驱动电路531的输入端时，若零序电压低于第一设定阈值，则控制所述晶闸管驱动电路531驱动所述双向晶闸管S8断开，否则控制所述晶闸管驱动电路531驱动所述双向晶闸管S8导通；

所述第二电压比较器A2连接到所述晶闸管驱动电路531的输入端时，若零序电压低于第二设定阈值，则控制所述晶闸管驱动电路531驱动所述双向晶闸管S8断开，否则控制所述晶闸管驱动电路531驱动所述双向晶闸管S9导通。

系统的零序电压接入到第一电压比较器A1的第二输入端和第二电压比较器A2的第二输入端的线路上还连接压敏电阻，可防止过压。

阻尼电阻的短接装置采用双向晶闸管S8、压敏电阻与晶闸管驱动电路531组成，可避免交流接触器的延时而对系统带来的影响；通过本地手动操作或者远程规约遥控即可实现阻尼电阻的接入或旁路。

继续参看图3，优选的，所述阻尼电阻自动投切模块还包括电压阈值本地调节组件，包括可调电阻R5和固定电阻R6。所述固定电阻R6的第一端接地，所述固定电阻R6的第二端连接所述第二电压比较器A2的第二输入端；所述可调电阻R5的第一端接收预设电压，所述可调电阻R5的第二端连接所述第二电压比较器A2的第二输入端。

可调电阻R5例如是变阻器，第一端和第二端中其中一端为变阻端，当然也可以是其他的可调电阻。图3中，对于电压比较器来说，第二输入端为反向输入端，第一输入端为正向输入端，当然可以根据需要对比较器及连接关系进行适当的调整，而满足工作要求。

调节可调电阻便可调节接入到第二电压比较器A2的第一输入端的电压，也就是第二设定阈值。

在一个实施例中，继续参看图2，所述的接地结构还包括：外部接地设备的预留接入点P1，通过第二接入断开装置S2连接所述中性点，且可选接外部接地设备。其中，所述第二接入断开装置S2受控于所述控制器，所述第二接入断开装置S2、第三接入断开装置S3和第四接入断开装置S4中至多接入一个。通过预留接地点P1的接入，可支持智能接地设备或其他厂家接地设备的接入，能更灵活地实现接地装置的灵活接入测试。

图2中的Z型接地变压器主要是为了形成一个中性点，其容量需综合考虑小电阻接地系统的容量S_R与消弧线圈的容量S_L。Z型接地变的中性点既可经小电阻接地，也可经消弧线圈接地，同时还支持智能接地设备的接入，用于测试智能接地设备接地方式的自动切换是否正常。

在一个实施例中，继续参看图2所述接地单元4还可以包括第一接入断开装置S1，连接在所述电源模拟单元的输出端和接地结构的接入断开装置之间，所述第一接入断开装置S1受控于所述控制器。通过控制第一接入断开装置S1的断开，可以使得系统不接地，使得整个系统可灵活地构建中性点不接地系统、中性点经小电阻接地系统、中性点经消弧线圈接地系统，且预留接地点。

各个接入断开装置主要是为了实现中性点接地方式的灵活切换、接地电阻以及消弧线圈补偿度的有级可调、以及预留接地点(用于接入智能接地设备)的投切控制。且处于系统的可靠性考虑，图2中的第二接入断开装置S2、第三接入断开装置S3与第四接入断开装置S4进行硬件互锁，有且只能选择一路，类似地，接地电阻的接入断开装置S5、S6与S7进行硬件互锁，避免接地电阻间相互并联，电抗器(补偿度)的接入断开装置S9、S10、S11、S12与S13进行硬件互锁，避免消弧线圈电抗器间相互并联。

在一个实施例中，参看图3，所述控制器包括微处理器51及开出模块52，所述开出模块52包括：译码器521、继电器驱动电路522及继电器523。所述译码器521的输入端接收所述微处理器41的编码指令，输出端输出译码指令以控制所述继电器驱动电路522驱动相应的继电器523工作。

图3中，该控制器主要由微处理器51、通信模块54、开出模块52、阻尼电阻自动投切模块53等组成。所述控制器主要完成通信、接入断开装置的控制、阻尼电阻R4的自动投切以及接受本地操作等功能。微处理器例如可以是ARM微处理器控制单元，ARM微处理器控制单元是控制器的核心，控制着其余各个模块的状态。通信模块54提供1路网口与1路串口，可通过上位机软件使用101规约、104规约或者modbus规约实现对通信参数、小电流接地场景的设置等，图3中示出的接口为RS485串口和RJ45网口。

所述开出模块52主要完成图2所示的S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S9、S10、S11、S12、S13等接入断开装置的控制，实现接地方式、接地电阻、消弧线圈补偿度的设置等。开出模块52采用3-8译码器521、继电器驱动电路522、继电器523等组成，只需3个I/O口就可组成8路开出，且各路开出间互斥，这样也就实现了接地方式选择开关、接地电阻切换开关与消弧线圈补偿度选择开关等各组内开关控制的互锁。一个3-8译码器组成的开出记为一组，共八路开出输出，本发明实施例共需四组相互独立的开出，S1占一组，S2、S3、S4占一组，S5、S6、S7占一组，S9、S10、S11、S12、S13占一组。

阻尼电阻自动投切模块主要完成阻尼电阻R4的自动投切，当零序电压大于等于阈值电压设定值U_P时，将阻尼电阻R4短接，使阻尼电阻R4退出，当零序电压小于阈值电压设定值U_P时，使阻尼电阻R4投入。阈值电压的设置支持本地与远程规约设置，远程规约操作时，ARM微处理器接收阈值电压设定值并驱动DA模块输出频率为50Hz，有效值为U_P的交流电压并输入到第一电压比较器A1的“+”输入端，零序电压经电压互感器PT后输入到电压比较器的“-”输入端，则当第一电压比较器A1输出高电平时候则驱动晶闸管驱动电路531触发双向晶闸管S8导通，使阻尼电阻R4退出；当第一电压比较器A1输出低电平时候则撤销晶闸管驱动电路531的触发电压与电流，使晶闸管S8在电压过零点时自动关断，使阻尼电阻R4投入。本地操作时，可通过旋转电位器进行操作，旋转电位器等效为一个滑动变阻器(R5)，通过改变滑动变阻器的阻值即可改变电压比较器的“+”输入端的输入电压，其电压值为R_s/(R₅+R₆)×V_cc，同理当第二电压比较器A2输出高电平时候则驱动晶闸管驱动电路531触发双向晶闸管S8导通，使阻尼电阻R4退出；当第二电压比较器A2输出低电平时候则撤销晶闸管驱动电路531的触发电压与电流，使双向晶闸管S8在电压过零点时自动关断，使阻尼电阻R4投入。

参看图1和图2，本发明还提供一种配电网小电流接地动态模拟系统，电源模拟单元、线路模拟单元、故障模拟单元3及接地单元4；所述电源模拟单元的输出端提供系统电源信号；所述线路模拟单元连接所述电源模拟单元，用以模拟配电网的线路；所述故障模拟单元3连接所述线路模拟单元，用以模拟系统接地故障；所述接地单元4连接所述电源模拟单元的输出端；

所述接地单元4在与所述电源模拟单元的输出端的连接处形成中性点，所述中性点分别通过接入断开装置连接不同的接地结构，所述的接地结构包括：外部接地设备的预留接入点，通过第二接入断开装置S2连接所述中性点，且可选接外部接地设备；小电阻单元，与第三接入断开装置S3串联在所述中性点和地之间；及消弧线圈单元，与第四接入断开装置S4串联在所述中性点和地之间；

其中，所述第二接入断开装置S2、所述第三接入断开装置S3和第四接入断开装置S4受控于所述控制器，且至多接入一个；

所述小电阻单元包括若干并联的小电阻组件，每组小电阻组件均包括一相串联的小电阻R1-R3及对应的接入断开装置S5-S7；各组小电阻组件的小电阻R1-R3阻值均不同，各组小电阻组件的接入断开装置S5-S7受控于所述控制器且至多接入一个；

所述消弧线圈单元包括若干并联的电抗器组件，每组消弧线圈组件均包括一相串联的电抗器X1-X5及对应的接入断开装置S9-S13；各组电抗器组件的电抗器S9-S13电抗均不同，各组电抗器组件的接入断开装置S9-S13受控于所述控制器且至多接入一个；

所述电源模拟单元的输出端和接地结构的接入断开装置之间还连接第一接入断开装置S1，所述第一接入断开装置S1受控于所述控制器。

结合图1-3，本发明还提供一种如前述实施例中所述的配电网小电流接地动态模拟系统的建模方法，包括：

控制器根据接地方式控制所述第一接入断开装置S1、第二接入断开装置S2、第三接入断开装置S3和第四接入断开装置S4；

若需构造中性点不接地系统模型时，所述第一接入断开装置S1断开；

若需构造中性点经小电阻接地系统模型时，第一接入断开装置S1、第三接入断开装置S3闭合，第二接入断开装置S2、第四接入断开装置S4断开；控制器每次从各组小电阻组件的接入断开装置S5-S7选择一个进行闭合、其余断开；

若需构造中性点经消弧线圈接地系统模型时，第一接入断开装置S1、第四接入断开装置S4闭合，第二接入断开装置S2、第三接入断开装置S3断开；控制器每次从各组电抗器组件的接入断开装置S9-S13选择一个进行闭合、其余断开；

若需接入外部接地设备时，第一接入断开装置S1、第二接入断开装置S2闭合，第三接入断开装置S3、第四接入断开装置S4断开。

本发明提供的配电网小电流接地动态模拟系统的建模方法，操作简单，通过本地或者软件远程操作均可完成，降低了对实验人员的素质要求；可灵活地构建中性点不接地系统、中性点经小电阻接地系统、中性点经消弧线圈接地系统，且预留接地点，支持智能接地设备或其他厂家接地设备的接入，同时，还可根据实验需要对接地电阻以及消弧线圈的补偿度在一定范围内有级可调，此外，对于中性点经消弧线圈接地系统发生接地故障时，能够自动切换短路装置，最大限度地补偿对地电容电流。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (16)

1.一种配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，包括：电源模拟单元、线路模拟单元、故障模拟单元、接地单元及控制器；所述电源模拟单元的输出端提供系统电源信号；所述线路模拟单元连接所述电源模拟单元，用以模拟配电网的线路；所述故障模拟单元连接所述线路模拟单元，用以模拟系统接地故障；所述接地单元连接所述电源模拟单元的输出端；

其中，所述接地单元在与所述电源模拟单元的输出端的连接处形成中性点，所述中性点分别通过接入断开装置连接不同的接地结构，所述接入断开装置受控于控制器而接入或断开，从而构建不同的接地方式。

2.如权利要求1所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，所述的接地结构至少包括：小电阻单元，与第三接入断开装置串联在所述中性点和地之间；及消弧线圈单元，与第四接入断开装置串联在所述中性点和地之间；

其中，所述第三接入断开装置和第四接入断开装置受控于所述控制器。

3.如权利要求2所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，所述的接地结构还包括：外部接地设备的预留接入点，通过第二接入断开装置连接所述中性点，且可选接外部接地设备；

其中，所述第二接入断开装置受控于所述控制器，所述第二接入断开装置、第三接入断开装置和第四接入断开装置中至多接入一个。

4.如权利要求2所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，所述小电阻单元包括若干并联的小电阻组件，每组小电阻组件均包括一相串联的小电阻及对应的接入断开装置；各组小电阻组件的小电阻阻值均不同，各组小电阻组件的接入断开装置受控于所述控制器且至多接入一个。

5.如权利要求4所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，各组小电阻组件的小电阻阻值根据系统的相电压及系统的对地电容电流而定。

6.如权利要求2所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，所述消弧线圈单元包括若干并联的电抗器组件，每组电抗器组件均包括一相串联的电抗器及对应的接入断开装置；各组电抗器组件的电抗器电抗均不同，各组电抗器组件的接入断开装置受控于所述控制器且至多接入一个。

7.如权利要求6所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，各组电抗器组件的电抗器电抗的计算公式为：

其中，p为各个电抗器所带来的补偿度，ω为系统的角频率，C为系统电容值。

8.如权利要求6所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，所述消弧线圈单元还包括阻尼电阻和双向晶闸管；

所述阻尼电阻与各组电抗器组件串联；

所述双向晶闸管的非控制两端与所述阻尼电阻并联，所述双向晶闸管的控制端受控于所述控制器，以使双向晶闸管在系统发生接地故障时闭合、否则断开。

9.如权利要求8所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，所述控制器包括阻尼电阻自动投切模块，该阻尼电阻自动投切模块包括：第一电压比较器、第二电压比较器、切换开关及晶闸管驱动电路；

所述第一电压比较器的第一输入端接收远程传输的第一设定阈值，所述第一电压比较器的第二输入端接入系统的零序电压；所述第二电压比较器的第一输入端设置本地可调的第二设定阈值，所述第二电压比较器的第二输入端接入系统的零序电压；所述第一电压比较器和第二电压比较器通过切换开关切换连接到所述晶闸管驱动电路的输入端；

所述第一电压比较器连接到所述晶闸管驱动电路的输入端时，若零序电压低于第一设定阈值，则控制所述晶闸管驱动电路驱动所述双向晶闸管断开，否则控制所述晶闸管驱动电路驱动所述双向晶闸管导通；

所述第二电压比较器连接到所述晶闸管驱动电路的输入端时，若零序电压低于第二设定阈值，则控制所述晶闸管驱动电路驱动所述双向晶闸管断开，否则控制所述晶闸管驱动电路驱动所述双向晶闸管导通。

10.如权利要求8所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，所述阻尼电阻自动投切模块还包括电压阈值本地调节组件，包括可调电阻和固定电阻；

所述固定电阻的第一端接地，所述固定电阻的第二端连接所述第二电压比较器的第二输入端；所述可调电阻的第一端接收预设电压，所述可调电阻的第二端连接所述第二电压比较器的第二输入端。

11.如权利要求1所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，所述接地单元还包括第一接入断开装置，连接在所述电源模拟单元的输出端和接地结构的接入断开装置之间，所述第一接入断开装置受控于所述控制器。

12.如权利要求1-11中任意一项所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，所述控制器包括微处理器及开出模块，所述开出模块包括：译码器、继电器驱动电路及继电器；所述译码器的输入端接收所述微处理器的编码指令，输出端输出译码指令以控制所述继电器驱动电路驱动相应的继电器工作。

13.如权利要求1-11中任意一项所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，所述电源模拟单元包括配电变压器和隔离变压器；

所述配电变压器的原副边绕组连接方式为Δ/Y_N，所述隔离变压器的原副边绕组连接方式为Y_N/Δ；

所述接地单元在与所述电源模拟单元的输出端的连接处设置有Z形接地变压器，以形成中性点。

14.如权利要求1-11中任意一项所述的配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，还包括电容补偿单元，连接电源模拟单元的输出端，用于对系统的对地容性电流进行补偿。

15.一种配电网小电流接地动态模拟系统，其特征在于，电源模拟单元、线路模拟单元、故障模拟单元及接地单元；所述电源模拟单元的输出端提供系统电源信号；所述线路模拟单元连接所述电源模拟单元，用以模拟配电网的线路；所述故障模拟单元连接所述线路模拟单元，用以模拟系统接地故障；所述接地单元连接所述电源模拟单元的输出端；

所述接地单元在与所述电源模拟单元的输出端的连接处形成中性点，所述中性点分别通过接入断开装置连接不同的接地结构，所述的接地结构包括：外部接地设备的预留接入点，通过第二接入断开装置连接所述中性点，且可选接外部接地设备；小电阻单元，与第三接入断开装置串联在所述中性点和地之间；及消弧线圈单元，与第四接入断开装置串联在所述中性点和地之间；

其中，所述第二接入断开装置、所述第三接入断开装置和第四接入断开装置受控于所述控制器，且至多接入一个；

所述小电阻单元包括若干并联的小电阻组件，每组小电阻组件均包括一相串联的小电阻及对应的接入断开装置；各组小电阻组件的小电阻阻值均不同，各组小电阻组件的接入断开装置受控于所述控制器且至多接入一个；

所述消弧线圈单元包括若干并联的电抗器组件，每组消弧线圈组件均包括一相串联的电抗器及对应的接入断开装置；各组电抗器组件的电抗器电抗均不同，各组电抗器组件的接入断开装置受控于所述控制器且至多接入一个；

所述电源模拟单元的输出端和接地结构的接入断开装置之间还连接第一接入断开装置，所述第一接入断开装置受控于所述控制器。

16.一种如权利要求15所述的配电网小电流接地动态模拟系统的建模方法，其特征在于，包括：

控制器根据接地方式控制所述第一接入断开装置、第二接入断开装置、第三接入断开装置和第四接入断开装置；

若需构造中性点不接地系统模型时，所述第一接入断开装置断开；

若需构造中性点经小电阻接地系统模型时，第一接入断开装置、第三接入断开装置闭合，第二接入断开装置、第四接入断开装置断开；控制器每次从各组小电阻组件的接入断开装置选择一个进行闭合、其余断开；

若需构造中性点经消弧线圈接地系统模型时，第一接入断开装置、第四接入断开装置闭合，第二接入断开装置、第三接入断开装置断开；控制器每次从各组电抗器组件的接入断开装置选择一个进行闭合、其余断开；

若需接入外部接地设备时，第一接入断开装置、第二接入断开装置闭合，第三接入断开装置、第四接入断开装置断开。