CN108347046B - 一种小电流接地故障有源补偿方法及系统 - Google Patents

一种小电流接地故障有源补偿方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种小电流接地故障有源补偿方法及系统。所述方法包括：采用固定容量的消弧线圈与接地变共同在母线处接入电网；当到达预设时间时，有源逆变器向所述配电网注入任意幅值和任意相位的零序电流；获取所述配电网母线的零序电压；若所述零序电压超过电压预设值时，则判定所述配电网发生单相接地故障并获取发生接地故障的相电源的电压；利用所述零序电流、所述零序电压和发生接地故障的相电源的电压计算向配电网母线注入的补偿电流，并按照预设注入时间注入到配电网母线中。本发明通过消弧线圈与有源逆变器相结合的方式可以快速为配电网补偿零序电流，结构和控制简单，易于测量。

Description

一种小电流接地故障有源补偿方法及系统
技术领域
本发明涉及智能配电网技术领域，具体涉及一种小电流接地故障有源补偿方法及系统。
背景技术
目前我国中压配电网广泛采用中性点不接地方式和中性点经消弧线圈接地方式。当配电网发生单相接地故障时，由于三相线电压基本保持不变且故障点电流较小，一般不会影响负荷的正常工作。实际应用时按规程配电网允许带故障运行1-2小时，但必须采取措施限制弧光过电压。随着配电网对地电容电流和泄漏电流的增大，中性点经消弧线圈接地补偿后的故障点接地残流仍有可能超过5A，导致故障点熄弧困难并增加了弧光过电压发生的概率。
随着电力电子技术的发展，以有源逆变器为代表的有源消弧控制法，在理论上能补偿故障电流中的阻性电流、容性(过补偿为感性)电流，将故障点电流补偿到最小，从而最大程度地限制弧光过电压。但是，现有的有源消弧控制法大都是在配电变压器的中性点使用可调式消弧线圈，同时配合有源补偿装置。在发生单相接地故障时，有源补偿装置向配电网注入电流时，可调式消弧线圈会自动调节电感值，这为计算补偿电流和有源补偿装置的控制带来了很大困难。
目前，在测量系统的对地电容时，一般是从电压互感器的二次侧注入电流并测量零序电压，主要可分为：三频率注入法；两频率法；相量法；谐振测量法。以上方法都是从PT的二次侧注入电流来测量电容电流，对测量精度的要求很高，要求使用高精度的电压、电流传感器，同时需要额外的恒定电流源，成本较高，控制相对复杂。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种小电流接地故障有源补偿方法及系统，用于解决现有技术中采用可调式消弧线圈与有源补偿装置时计算补偿电流以及对有源补偿装置控制困难的技术问题，可以迅速补偿零序电流，且控制简单。
第一方面，本发明提供了一种小电流接地故障有源补偿方法，所述方法包括：
当到达预设时间时，有源逆变器向所述配电网注入任意幅值和任意相位的零序电流；
获取所述配电网母线的零序电压；
若所述零序电压超过电压预设值时，则判定所述配电网发生单相接地故障并获取发生接地故障的相电源的电压；所述电压预设值通过电源相电压幅值与预设倍数相乘得到；
利用所述零序电流、所述零序电压和发生接地故障的相电源的电压计算向配电网母线注入的补偿电流，并按照预设注入时间注入到配电网母线中。
可选地，所述利用所述零序电流、所述零序电压和发生接地故障的相电源的电压计算向配电网母线注入的补偿电流的步骤中，通过以下公式计算所述补偿电流：
其中， 为发生故障的相电源的电压，为零序电流，为零序电压，j为虚数，Re表示实部，Im表示虚部。
可选地，所述预设倍数的取值范围为0～0.15。
可选地，所述有源逆变器等效为单相零序电流源。
第二方面，本发明实施例还提供了一种小电流接地故障有源补偿系统，包括固定容量的消弧线圈和有源逆变器，该消弧线圈安装在配电网母线与地之间，用于在所述配电网发生单相接地故障时，补偿配电网的容性电流；所述有源逆变器安装在所述配电网母线与地之间且位于所述消弧线圈的前面，用于在到达预设时间时向正常工作的所述配电网注入任意幅值和任意相位的零序电流，以及在所述配电网发生单相接地故障时向所述配电网注入补偿电流。
可选地，所述有源逆变器利用以下公式计算所述补偿电流：
其中， 为发生故障的相电源的电压，为零序电流，为零序电压，j为虚数，Re表示实部，Im表示虚部。
可选地，所述有源逆变器采用三相四桥臂或者单相两桥臂的电路结构，并且其中一桥臂的输出端接地。
由上述技术方案可知，本发明利用有源逆变器在预设时间内向配电网注入任意幅值和任意相位的零序电流；然后测量配电网母线的零序电压；若所述零序电压超过电压预设值时，则判定配电网发生单相接地故障此时获取发生接地故障的相电压；获取所述相电源的电压以及接地故障点的阻性电流和容性或感性电流，计算得到需要向接地故障点注入的补偿电流。本发明还利用固定容量的消弧线圈在发生接地故障时补偿对地电容电流。本发明计算简单，方便控制，并且有源逆变器的补偿电流用于补偿消弧线圈引起的配电网过补偿或者欠补偿的感性或者容性电流以及阻性电流，从而最大程度消除故障点的电弧，进而提高配电网带故障运行时的可靠性。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种小电流接地故障有源补偿方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种小电流接地故障有源补偿系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一方面，本发明实施例提供了一种小电流接地故障有源补偿方法，如图1所示，包括：
S1、当到达预设时间时，有源逆变器向所述配电网注入任意幅值和任意相位的零序电流；
S2、获取所述配电网母线的零序电压；
S3、若所述零序电压超过电压预设值时，则判定所述配电网发生单相接地故障并获取发生接地故障的相电源的电压；
S4、利用所述零序电流、所述零序电压和发生接地故障的相电源的电压计算向配电网母线注入的补偿电流，并按照预设注入时间注入到配电网母线中。
需要说明的是，本发明实施例中预设时间是指有源逆变器向配电网注入零序电流的周期，例如可以为500毫秒、1秒或5秒。该预设时间可以根据具体场合进行设置，本发明不作限定。
需要说明的是，电压预设值是指所述电压预设值通过电源相电压幅值UP与预设倍数相乘得到。其中预设倍数取值范围可以在0～0.15之间，通常取值为0.15。当然也可以根据具体场景进行合理设置，本发明不作限定。
下面结合实施例以及附图对本发明实施例提供的小电流接地故障有源补偿方法作进一步的说明。
图2示出了本发明实施例提供的一种小电流接地故障有源补偿系统结构。如图2所示，S为三相电源，T为三相变压器，低压侧为三角形连接，通过配电网母线与多条馈线连接负荷。在配电网母线与地之间设置有源逆变器1。该有源逆变器1包括电压互感器11、控制器12、电流源13和开关14。在有源逆变器1的后端(远离三相变压器T)母线上设置消弧线圈2。其中该消弧线圈2在图2中等效并联的等效电阻RL和等效电感LL。该消弧线圈2通过接地变压器3连接到配电网母线。
本发明实施例中，在三相电源S通过三相变压器T以及配电网母线、馈线向负荷供电。在正常工作期间，有源逆变器1在到达预设时间时，向配电网母线注入任意幅值和任意相位的零序电流之后再利用电压互感器11测量配电网的零序电压需要说明的是，上述任意幅值和任意相位需要满足配电网母线的零序电压的幅值不大于相电压幅值的预设倍数。实际应用中，零序电压的幅值需要满足各种电网规程的要求，例如，本发明实施例中，预设倍数取值为15％，零序电压幅值U0需要小于等于0.15UP，即U0≤0.15UP。
消弧线圈2通过接地变压器3连接到配电网母线。消弧线圈3为单相器件，而接地变压器3为三相器件，因此需要将该消弧线圈2的一端接到接地变压器3的中性点。在配电网工作期间消弧线圈2投入运行。
在测得配电网母线的零序电压后，将该零序电压与电压预设值进行比较。若零序电压未超过电压预设值，则配电网工作正常，重复上述步骤即可。若零序电压超过电压预设值，则判定配电网发生单相接地故障，此时获取发生接地故障的相电源的电压控制器12结合零序电流零序电压以及发生接地故障的相电源的电压计算电流源13需要向配电网母线注入的补偿电流，以使故障点的电流尽可能的小。
本发明实施例中补偿电流的计算公式为：
其中， 为发生故障的相电源的电压，为零序电流，为零序电压，j为虚数，Re表示实部，Im表示虚部。
控制器12在计算出补偿电流后闭合开关14向配电网中注入补偿电流并持续一定时间例如5秒(可以设置)后，停止注入。此时再判断单相接地故障是否消失，若消失，则配电网恢复正常，若故障未消失则进行故障选线等其他永久性接地故障处理。
需要说明的是，在配电网发生单相接地故障后，消弧线圈2仍然投入运行，并补偿配电网的电容电流。
本发明实施例利用有源逆变器1和消弧线圈2相结合，消弧线圈2提供固定的补偿电流，有源逆变器1对配电网进行二次补偿，从而使配电网的零序电压符合要求。
需要说明的是，本发明实施例中有源逆变器采用三相四桥臂或者单相两桥臂的电路结构，并且其中一桥臂的输出端接地。
第二方面，本发明实施例还提供了一种小电流接地故障有源补偿系统，如图2所示，包括固定容量的消弧线圈2和有源逆变器1，该消弧线圈2安装在配电网母线与地之间，用于在配电网发生单相接地故障时，补偿配电网电容电流；有源逆变器2安装在配电网母线与地之间且位于消弧线圈的前面，用于在到达预设时间时向正常工作的配电网注入任意幅值和任意相位的零序电流，以及在配电网发生单相接地故障时向配电网注入补偿电流。
其中，有源逆变器1利用以下公式计算所述补偿电流：
其中， 为发生故障的相电源的电压，为零序电流，为零序电压，j为虚数，Re表示实部，Im表示虚部。
需要说明的是，有源逆变器1采用三相四桥臂或者单相两桥臂的电路结构，并且其中一桥臂的输出端接地，从而使该有源逆变器1等效为一个单相电流源。由于三相四桥臂或者单相两桥臂电路比较成熟，在此不再详述。
对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
综上所述，本发明提出的小电流接地故障有源补偿方法及系统，采用了固定补偿容量的消弧线圈，适用于低压侧为三角形连接的配电网，安装方便、结构简单、经济可靠；有源补偿时仅需测量配电网母线处零序电流和零序电压即可，方便测量且控制简单，易于实现。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (5)

1.一种小电流接地故障有源补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
当到达预设时间时，有源逆变器向配电网注入任意幅值和任意相位的零序电流；
获取所述配电网母线的零序电压；
若所述零序电压超过电压预设值时，则判定所述配电网发生单相接地故障并获取发生接地故障的相电源的电压；所述电压预设值通过电源相电压幅值与预设倍数相乘得到；
利用所述零序电流、所述零序电压和发生接地故障的相电源的电压计算向配电网母线注入的补偿电流，并按照预设注入时间注入到配电网母线中，具体通过以下公式计算所述补偿电流：
其中， 为发生故障的相电源的电压，为零序电流，为配电网母线的零序电压，j为虚数，Re表示实部，Im表示虚部。
2.根据权利要求1所述的小电流接地故障有源补偿方法，其特征在于，所述预设倍数的取值范围为0～0.15。
3.根据权利要求1所述的小电流接地故障有源补偿方法，其特征在于，所述有源逆变器等效为单相零序电流源。
4.一种小电流接地故障有源补偿系统，其特征在于，包括固定容量的消弧线圈和有源逆变器，该消弧线圈通过接地变压器安装在配电网母线与地之间，用于在所述配电网发生单相接地故障时，补偿配电网的电容电流；所述有源逆变器安装在所述配电网母线与地之间且位于所述消弧线圈的前面，用于在到达预设时间时向正常工作的所述配电网注入任意幅值和任意相位的零序电流，以及在所述配电网发生单相接地故障时向所述配电网注入补偿电流；
其中，所述有源逆变器利用以下公式计算所述补偿电流：
其中， 为发生故障的相电源的电压，为零序电流，为配单网母线的零序电压，j为虚数，Re表示实部，Im表示虚部。
5.根据权利要求4所述的小电流接地故障有源补偿系统，其特征在于，所述有源逆变器采用三相四桥臂或者单相两桥臂的电路结构，并且其中一桥臂接地。
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