CN108493916B - 一种配电网零序过电压的抑制方法及其抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网零序过电压的抑制方法及其抑制电路，所述方法包括：步骤1：获取配电网的中性点位移电压，并判断所述中性点位移电压是否大于5％相电压，若是，执行步骤2；否则，循环步骤1；步骤2：测量消弧线圈上的当前电流；步骤3：获取前一次测量的消弧线圈上的电流；步骤4：在配电网中性点与地间加入注入电流；步骤5：判断配电网零序过电压是否抑制成功，若是，抑制完成；否则，继续注入电流。本发明中注入电流大小相位只需根据消弧线圈上实时测得的电流确定，无需一一搜索其幅值相位及测量配电网对地参数，避免了因系统参数测量带来的影响，且注入电流是根据消弧线圈上实时电流确定，可以完全抑制谐波。

Description

一种配电网零序过电压的抑制方法及其抑制电路

技术领域

本发明属于配电网技术领域，具体涉及一种配电网零序过电压的抑制方法及其抑制电路。

背景技术

随着城乡电网的快速发展，负荷的日益增加以及系统运行方式的变化都会使线路对地参数发生变化。而我国配电网广泛采用中性点非有效接地的运行方式，零序阻抗大，线路对地参数的不对称等因素都会导致系统三相参数不对称，不平衡时产生零序电流，不平衡负荷电流注入电网将导致中性点位移过电压(即零序过电压)的产生，中性点位移电压过大会影响电能质量及电网的安全运行，危及用电设备，如缩短变压器寿命等。并且过电压的存在会影响配电网单相负荷的正常运行，并给故障检测带来困难，甚至导致保护装置误动作，造成电力事故。当零序电压持续增大，超过系统运行所规定的范围，将对电力设备绝缘和电力线路带来很大挑战。而且一旦在三相不平衡的情况下，发生接地故障，可能使系统发生谐振，使中性点位移电压急剧增大，影响配电系统的安全稳定性。

而随着通信和电力电子技术的快速发展和应用，使得配电网零序过电压的原因也更加的复杂化。国内外对零序过电压的控制措施目前已经存在一些，一种是通过增加阻尼来吸收系统激励能量或者加设消弧线圈使其工作在脱谐状态来抑制中性点位移电压，譬如：通过有源逆变电路向配电网中性点注入特定幅值相位的电流，以达到三相不平衡过电压抑制的目的，该装置通过加入一个并联谐振注入支路，以增大系统零序阻抗，增加阻尼，以保证中性点电压过低时，装置注入电流的可控性。但是注入电流的确定需要测量配电网对地参数，因此难以避免因参数测量不准确所带来的影响。另外，加消弧线圈抑制中性点位移电压只能起到削减电容电流的作用，无法抑制谐波，对解决零序过电压问题没有实质的意义，有时反而使零序电压增大。第二种是通过柔性接地装置向配电网注入一幅值和相位可控的零序电流，来实现对中性点位移电压的抑制，譬如通过在中性点与地外加可控电流源，控制注入电流的大小和相位，抑制配电网三相不平衡过电压。但是这种方式确定注入电流幅值相位需要对注入电流的幅值、相位分别进行调节，通过向配电网注入幅值和相位单独变化的电流，搜索可实现故障抑制的电流最优值。故此方法确定注入电流时的幅值相位繁琐复杂，且抑制精度受搜索步长影响。

因此，基于现有技术零序过电压的控制措施中需要对注入电流一一搜索其幅值相位，或者是需测量配电网对地参数，而导致存在抑制精度有所降低，有必要提供一种配电网零序过电压的抑制方法来降低因系统参数测量带来的影响，提高抑制效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种配电网零序过电压的抑制方法及其抑制电路，其操作简单、适用范围广，注入电流大小相位只需根据消弧线圈上实时测得的电流确定，故注入的电流无需一一搜索其幅值相位，无需测量配电网对地参数，进而实现降低因系统参数测量带来的影响以及提高抑制效果。

本发明提供一种配电网零序过电压的抑制方法，包括如下步骤：

步骤1：获取配电网的中性点位移电压，并判断所述中性点位移电压是否大于5％相电压，若是，执行步骤2；否则，循环步骤1；

步骤2：测量消弧线圈上的当前电流；

步骤3：获取前一次测量的消弧线圈上的电流；

步骤4：在配电网中性点与地间加入注入电流；

其中，注入电流的计算公式如下：

式中，为注入电流，为消弧线圈上的当前电流，为前一次测量的消弧线圈上的电流，k为注入系数；

步骤5：再次测量消弧线圈上的当前电流，并判断再次测量的消弧线圈上的当前电流是否小于0.1A，若是，抑制完成；否则，重复步骤3。

本发明通过监测消弧线圈上的当前电流来控制注入电流的大小，其目标是使流经消弧线圈的电流趋近于零，继而抑制中性点位移电压。此方法只需测量消弧线圈的电流来决定所需注入的电流，无需测量配电网对地参数，避免了因系统参数测量不精准所造成的影响，且可以抑制谐波。

其中，本发明将注入电流后的消弧线圈上的当前电流小于0.1A作为抑制成功的判断条件是基于研究发现，只有将其设定为0.1A时，中性点位移电压才能始终保证低于5％的相电压。

例如，检测到中性点位移电压大于5％相电压后，首次测量消弧线圈上的当前电流记m＝1；获取前一次测量的消弧线圈上的电流即视为0，此时注入电流注入电流后将会导致消弧线圈的电流发生变化，此时再次测量的消弧线圈上的当前电流即并判断是否小于0.1A，若是，则抑制完成，此时配电网的中性点位移电压也将是小于或等于5％相电压；否则，将m取值为m+1，即m变为2，并再依据注入电流的公式再次计算出第二次注入电流值，此时然后再测量的消弧线圈上的当前电流即并进行判断，若还不满足抑制成功的条件，则重复上述步骤继续注入电流直至满足抑制成功的条件。

进一步优选，注入系数k的取值范围为[0.1,1]。

进一步优选，注入系数k为0.5。

本发明还提供一种配电网零序过电压的抑制方法，包括如下步骤：

S1：获取配电网的中性点位移电压，并判断所述中性点位移电压是否大于5％相电压，若是，执行S2；否则，循环S1；

S2：测量消弧线圈上的当前电流；

S3：获取前一次测量的消弧线圈上的电流；

S4：在配电网中性点与地间加入注入电流；

其中，注入电流的计算公式如下：

式中，为注入电流，为消弧线圈上的当前电流，为前一次测量的消弧线圈上的电流，k为注入系数；

S5：再次测量配电网的中性点位移电压，并判断是否小于或等于5％相电压，若是，抑制完成，否则，重复S2。

进一步优选，注入系数k的取值范围为[0.1,1]。

其中，本发明将抑制成功的判断方式包括2个，采用其中任意一个都可判断是否抑制成功。其中，一个是以配电网的中性点位移电压为判断参数，另一个是以注入电流后的消弧线圈上的当前电流为判断参数。

本发明还提供一种采用权利要求上述方法的抑制电路，包括流经消弧线圈和电流源；

其中，所述流经消弧线圈和所述电流源并联，所述流经消弧线圈和所述电流源的一端均对地连接，另一端均与配电网中性点连接；

所述电流源的注入电流注入所述配电网中性点。

进一步优选，还包括配电网的总对地泄露电阻以及配电网的总对地电容；

所述配电网的总对地泄露电阻和所述配电网的总对地电容并联，所述配电网的总对地泄露电阻和所述配电网的总对地电容一端均对地连接，另一端均与配电网中性点连接。

当配电网发生三相不平衡时，配电网的中性点总是呈现一定数值的对地电位差，即不对称电压由于电网中性点有不对称电压存在，回路中便有零序电流流过，于是流经消弧线圈L_P的电流在消弧线圈的两端产生了电位差，该电位差就是所称的中性点位移电压。为了维护三相对地电压的对称平衡，抑制中性点位移电压，本发明通过在中性点与地间外加电流源，往中性点注入电流在三相不平衡过电压发生的时刻，对中性点N列KCL方程得：

从上述公式可知，三相不平衡过电压发生时，流经配电网的零序电流为某一定值不变，当注入电流增大时，相应地，流经消弧线圈电流将减小，故可以通过实时监测消弧线圈电流变化情况，来控制注入电流的大小，减小流经消弧线圈的电流进而减小消弧线圈两端的电位差，实现对中性点位移电压的抑制。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点为：

本发明通过外加电流源向配电网中性点注入电流控制系统零序电压，实现对配电网零序电压的抑制。注入电流大小相位只需根据消弧线圈上实时测得的电流确定，故注入的电流无需一一搜索其幅值相位，无需测量配电网对地参数，避免了因系统参数测量带来的影响，且因为注入电流大小相位是根据消弧线圈上实时测得的电流确定，故本发明可以完全抑制谐波，具有深远意义。

附图说明

图1是本发明提供的一种配电网零序过电压的抑制电路的零序等效原理图。

图2是本发明实施例1提供的一种配电网零序过电压的抑制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示为本发明提供配电网零序过电压的抑制电路的零序等效原理图，配电网零序过电压的抑制电路包括流经消弧线圈L_P、电流源、配电网的总对地泄露电阻r_∑以及配电网的总对地电容C_∑。

其中，流经消弧线圈L_P和电流源并联，流经消弧线圈L_P和电流源的一端均对地连接，另一端均与配电网中性点N连接；配电网的总对地泄露电阻r_∑和配电网的总对地电容C_∑并联，配电网的总对地泄露电阻r_∑和配电网的总对地电容C_∑一端均对地连接，另一端均与配电网中性点连接。电流源的注入电流注入配电网中性点。

如图1所示，当配电网发生三相不平衡时，配电网的中性点总是呈现一定数值的对地电位差，即不对称电压由于电网中性点有不对称电压存在，回路中便有零序电流流过，于是流经消弧线圈L_P的电流在消弧线圈的两端产生了电位差，该电位差就是所称的中性点位移电压。为了维护三相对地电压的对称平衡，抑制中性点位移电压，本发明通过在中性点与地间外加电流源，往中性点注入电流根据图1等效电路图，在三相不平衡过电压发生的时刻，对中性点N列KCL方程得：

从公式(1)可知，三相不平衡过电压发生时，流经配电网的零序电流为某一定值不变，当注入电流增大时，相应地，流经消弧线圈电流将减小，故可以通过实时监测消弧线圈电流变化情况，来控制注入电流的大小，减小流经消弧线圈的电流进而减小消弧线圈两端的电位差，实现对中性点位移电压的抑制。

实施例1：

基于上述原理，本实施例中以注入电流后的消弧线圈上的当前电流作为判断依据，来判断配电网零序过电压是否抑制成功。如图2所示，本实施例中配电网零序过电压的抑制方法，包括如下步骤：

步骤1：获取配电网的中性点位移电压，并判断所述中性点位移电压是否大于5％相电压，若是，执行步骤2；否则，循环步骤1；

步骤2：测量消弧线圈上的当前电流。

其中，若采用表示消弧线圈上的当前电流，首次测量消弧线圈上的当前电流时，m取值为1，即

步骤3：获取前一次测量的消弧线圈上的电流。

其中，若消弧线圈上的当前电流采用表示，则前一次测量的消弧线圈上的电流表示为

步骤4：在配电网中性点与地间加入注入电流；

其中，注入电流的计算公式如下：

式中，k为注入系数。其中k的取值范围为[0.1,1]，本实例中优选注入系数k为0.5。

步骤5：再次测量消弧线圈上的当前电流，并判断再次测量的消弧线圈上的当前电流是否小于0.1，若是，抑制完成；否则，重复步骤3；

再次测量得到的消弧线圈上的当前电流表示为若判断出不小于0.1A，此时将m＝m+1，使得依旧表示消弧线圈上的当前电流，进而再获取前一次测量的消弧线圈上的电流随后再计算注入电流的大小以此循环下去直至弧线圈支路上的当前电流小于0.1A。

例如，若首次测量消弧线圈上的当前电流为前一次测量的消弧线圈上的电流为且等于0，此时首次注入配电网中性点与地间的注入电流再次测量得到的消弧线圈上的当前电流表示为并判断是否小于0.1A，若小于，则抑制成功；否则，还要继续注入电流，此时测量得到消弧线圈上的当前电流为返回步骤3时获取前一次测量的消弧线圈上的电流表示为则此时第二次注入电流为：

为了验证本发明的可行性，在1:1真型配电网实验室作了三相不平衡过电压实验，得到的实验数据如表1所示。

表1

本实施例中，设k＝0.5，中性点对地阻抗为Z＝13j；第一次测得消弧线圈上的电流测得中性点位移电压为30V；通过本专利所提方法进行操作，当测得消弧线圈上的电流小于设定值0.1A时，表示中性点位移电压得到抑制。详细数据及结果如表1所示，第一次注入电流为后，测得消弧线圈上的电流从注入前的2.33A降低到1.32A，中性点位移电压从注入前的30.33V降低到17.14V。按照上述规律依次操作，随着注入电流的逐渐增加，消弧线圈上的电流也逐渐减少，验证了公式(1)的正确性。但因实际配电网结构的复杂性，理论注入电流值与实际注入值存在一定的误差，但仍可以通过增加注入电流来降低消弧线圈上的电流，达到配电网零序过电压抑制的目的。

为了进一步验证本发明的可行性，在35kv、10kv、6kv等级配电网下所做的典型零序过电压抑制实验记录数据及实验结果如下表2所示。

表2

经长期电力生产实践及多次典型配电网过电压抑制实验发现，只有将注入电流后的消弧线圈上的当前电流是否抑制成功的判断阈值设为0.1A这一门槛时，中性点位移电压才能始终保证低于5％的相电压。几组典型实验结果情况分析如下：在35kv等级的配电网中，配电网发生三相不平衡过电压时，首次实验测得中性点电压为2720V，超过了13.6％的相电压，采用本文所提方法往中性点多次注入电流后，当测得消弧线圈上的电流为0.1A时，测得中性点位移电压降低到1135V，为5.6％的相电压，仍然超过了5％相电压，因此继续注入电流，当测得消弧线圈上的电流为0.05A(<0.1A)时，此时测得中性点位移电压降低到570V，才能使中性点位移电压小于了5％相电压，为2.85％，实现位移电压的抑制；在10kv等级的配电网中，配电网发生三相不平衡过电压时，首次实验测得中性点电压为832V，超过了14.4％的相电压，采用本文所提方法往中性点多次注入电流后，当测得消弧线圈上的电流为0.1A时，测得中性点位移电压降低到404.14V，为7.0％的相电压，仍然超过了5％相电压，因此继续注入电流，当测得消弧线圈上的电流为0.07A(<0.1A)时，此时测得中性点位移电压降低到282.9V，才能使中性点位移电压小于了5％相电压，为4.9％，实现位移电压的抑制；在6kv等级的配电网中，配电网发生三相不平衡过电压时，首次实验测得中性点电压为325V，超过了9.4％的相电压，采用本文所提方法往中性点多次注入电流后，当测得消弧线圈上的电流为0.1A时，测得中性点位移电压降低到207.4V，为5.98％的相电压，仍然超过了5％相电压，因此继续注入电流，当测得消弧线圈上的电流为0.08A(<0.1A)时，此时测得中性点位移电压降低到165.9V，才能使中性点位移电压小于了5％相电压，为4.79％，实现位移电压的抑制。

综上所述，本发明通过实验与研究发现0.1A这一门槛时，使得消弧线圈上的当前电流小于0.1A时，中性点位移电压才能始终保证低于5％的相电压。进而保证了，本实施例中以注入电流后的消弧线圈上的当前电流作为判断依据，来判断配电网零序过电压是否抑制成功的可靠性。

实施例2：

基于上述原理，本实施例中以注入电流后的配电网的中性点位移电压作为判断依据，来判断配电网零序过电压是否抑制成功。本实施例中配电网零序过电压的抑制方法，包括如下步骤：

S1：获取配电网的中性点位移电压，并判断所述中性点位移电压是否大于5％相电压，若是，执行S2；否则，循环S1；

S2：测量消弧线圈上的当前电流。

其中，若采用表示消弧线圈上的当前电流，首次测量消弧线圈上的当前电流时，m取值为1，即

S3：获取前一次测量的消弧线圈上的电流。

其中，若消弧线圈上的当前电流采用表示，则前一次测量的消弧线圈上的电流表示为

S4：在配电网中性点与地间加入注入电流；

其中，注入电流的计算公式如下：

式中，为注入电流，为消弧线圈上的当前电流，为前一次测量的消弧线圈上的电流，k为注入系数。其中k的取值范围为[0.1,1]，本实例中优选注入系数k为0.5。

S5：再次测量配电网的中性点位移电压，并判断是否小于或等于5％相电压，若是，抑制完成，否则，重复S2。

返回S2，此时将m＝m+1，使得依旧表示消弧线圈上的当前电流，进而再获取前一次测量的消弧线圈上的电流随后再计算注入电流的大小以此循环下去直至配电网的中性点位移电压小于或等于5％相电压。

需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种配电网零序过电压的抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：获取配电网的中性点位移电压，并判断所述中性点位移电压是否大于5％相电压，若是，执行步骤2；否则，循环步骤1；

步骤2：测量消弧线圈上的当前电流；

步骤3：获取前一次测量的消弧线圈上的电流；

步骤4：在配电网中性点与地间加入注入电流；

其中，注入电流的计算公式如下：

式中，为注入电流，为消弧线圈上的当前电流，为前一次测量的消弧线圈上的电流，k为注入系数；

步骤5：再次测量消弧线圈上的当前电流，并判断再次测量的消弧线圈上的当前电流是否小于0.1A，若是，抑制完成；否则，重复步骤3。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：注入系数k的取值范围为[0.1,1]。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：注入系数k为0.5。

4.一种配电网零序过电压的抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：获取配电网的中性点位移电压，并判断所述中性点位移电压是否大于5％相电压，若是，执行S2；否则，循环S1；

S2：测量消弧线圈上的当前电流；

S3：获取前一次测量的消弧线圈上的电流；

S4：在配电网中性点与地间加入注入电流；

其中，注入电流的计算公式如下：

式中，为注入电流，为消弧线圈上的当前电流，为前一次测量的消弧线圈上的电流，k为注入系数；

S5：再次测量配电网的中性点位移电压，并判断是否小于或等于5％相电压，若是，抑制完成，否则，重复S2。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：注入系数k的取值范围为[0.1,1]。

6.一种采用权利要求1或4任一项所述方法的抑制电路，其特征在于：包括流经消弧线圈和电流源；

其中，所述流经消弧线圈和所述电流源并联，所述流经消弧线圈和所述电流源的一端均对地连接，另一端均与配电网中性点连接；

所述电流源的注入电流注入所述配电网中性点。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于：还包括配电网的总对地泄露电阻以及配电网的总对地电容；

所述配电网的总对地泄露电阻和所述配电网的总对地电容并联，所述配电网的总对地泄露电阻和所述配电网的总对地电容一端均对地连接，另一端均与配电网中性点连接。