CN109818340A - 在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法 - Google Patents

在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法 Download PDF

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CN109818340A
CN109818340A CN201910112273.8A CN201910112273A CN109818340A CN 109818340 A CN109818340 A CN 109818340A CN 201910112273 A CN201910112273 A CN 201910112273A CN 109818340 A CN109818340 A CN 109818340A
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刘红文
王科
柴晨超
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Abstract

本申请提供了一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法，所述方法包括：在系统正常运行时，根据可控电压源并联电感阻抗、可控电压源输出的检测电压、可控电压源输出检测电压前后系统中性点电压的差值和可控电压源内阻，计算系统单相对地分布阻抗；判断系统是否发生单相接地故障；如果是，则计算可控电压源全补偿装置的输出电压；保持可控电压源补偿装置的输出电压的幅值不变，调整可控电压源补偿装置的输出电压的相角，获得可控电压源补偿装置的输出电流；根据可控电压源补偿装置的输出电流和系统中性点电压，计算单相接地故障点电流；重复调整可控电压源补偿装置的输出电压的相角，调节单相接地故障点电流至预设电流值。

Description

在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法
技术领域
本申请涉及配电网中性点接地技术领域，尤其涉及一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法。
背景技术
电网系统中，尤其是中低压配电网系统中，单相接地故障占故障总数的绝对多数。为隔离单相接地故障，配电系统常采用中性点经小电阻接地方式，放大接地故障点电流，进而通过线路保护装置，跳开接地线路。但是中性点经小电阻接地方式下，故障电流达数百安培，对系统的冲击较大；而且当发生高阻接地时，由于故障电流较金属性接地大大减小，不足以启动线路零序保护，往往会引起故障进一步发展，给电网系统带来更大的危害。
发明内容
本申请提供了一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法，以通过调节基于并联电感的可控电压源的输出电压的相角，实现接地故障电流的柔性控制，从而实现灵活多样的单相接地故障处理方式。
本申请第一方面提供了一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法，所述方法包括：
在系统正常运行时，根据可控电压源并联电感阻抗、可控电压源输出的检测电压、可控电压源输出检测电压前后系统中性点电压的差值和可控电压源内阻，计算系统单相对地分布阻抗；；
判断所述系统是否发生单相接地故障；
如果是，则根据所述系统单相对地分布阻抗、系统可控电压源内阻、系统接地相在正常运行时的相电压和系统并联电感阻抗，计算可控电压源全补偿装置的输出电压；
保持所述可控电压源补偿装置的输出电压的幅值不变，调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，获得可控电压源补偿装置的输出电流；
根据所述可控电压源补偿装置的输出电流和系统中性点电压，计算单相接地故障点电流；
重复调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，调节所述单相接地故障点电流至预设电流值。
可选地，所述根据可控电压源并联电感，计算系统单相对地分布阻抗的具体方法包括：
获取可控电压源的内阻；
由所述可控电压源输出检测电压；
根据所述检测电压，获取系统中性点的电压值；
根据下式计算所述系统单相对地分布阻抗，
其中，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表检测电压，代表系统中性点的电压值，Z0代表可控电压源的内阻，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
可选地，所述根据可控电压源并联电感，计算系统单相对地分布阻抗的具体方法包括：
获取可控电压源的内阻；
由所述可控电压源输出检测电压；
根据所述检测电压，获取系统某相相电压与所述检测电压的相位差；
根据下式计算所述系统单相对地分布阻抗，
其中，Zd代表系统单相对地分布阻抗，Z0代表可控电压源的内阻，Im(Z0)代表可控电压源内阻的虚部值，Re(Z0)代表可控电压源内阻的实部值，代表系统某相相电压与所述检测电压的相位差。
可选地，所述检测电压的幅值为正常运行时系统相电压幅值的5％～10％。
可选地，所述方法还包括：
在系统正常运行时，获取单相接地故障相的相电压；
根据下式计算所述可控电压源全补偿装置的输出电压，
其中，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表单相接地故障相的相电压，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
可选地，所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角改变范围为∠UP-120°-∠UP+120°，其中，∠UP代表所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角。
可选地，所述方法包括：
根据系统中性点电压、所述系统单相对地分布阻抗、所述系统可控电压源内阻、所述系统接地相在正常运行时的相电压、所述可控电压源全补偿装置的输出电压和所述系统并联电感阻抗，计算系统单相接地故障阻抗的具体方法包括：
根据下式计算所述系统单相接地故障阻抗，
其中，Zf代表系统单相接地故障阻抗，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，代表系统接地相在正常运行时的相电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表系统中性点电压，ZL代表系统并联电感阻抗。
可选地，根据下式计算单相接地故障点电流，
其中，Ig代表单相接地故障点电流，Ios代表可控电压源补偿装置的输出电流，代表系统中性点电压，Zd代表系统单相对地分布阻抗，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
可选地，所述方法还包括：
根据下式计算单相接地故障点电流调节至预设电流值时，可控电压源的输出电压，
其中，Zf代表系统单相接地故障阻抗，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，代表系统接地相在正常运行时的相电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表系统中性点电压，UN代表可控电压源的输出电压，ZL代表并联电感阻抗。
本申请第二方面提供了一种可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制装置，所述装置包括：
一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法，其特征在于，所述方法包括：
第一计算单元，用于在系统正常运行时，根据可控电压源并联电感阻抗、可控电压源输出的检测电压、可控电压源输出检测电压前后系统中性点电压的差值和可控电压源内阻，计算系统单相对地分布阻抗；
判断单元，用于判断所述系统是否发生单相接地故障；
第二计算单元，用于如果是，则根据所述系统单相对地分布阻抗、系统可控电压源内阻、系统接地相在正常运行时的相电压和系统并联电感阻抗，计算可控电压源全补偿装置的输出电压；
电流输出单元，用于保持所述可控电压源补偿装置的输出电压的幅值不变，调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，获得可控电压源补偿装置的输出电流；
第三计算单元，用于根据所述可控电压源补偿装置的输出电流和系统中性点电压，计算单相接地故障点电流；
电流调节单元，用于重复调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，调节所述单相接地故障点电流至预设电流值。
由以上技术可知，本申请提供了一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法，所述方法包括：在系统正常运行时，根据可控电压源并联电感阻抗、可控电压源输出的检测电压、可控电压源输出检测电压前后系统中性点电压的差值和可控电压源内阻，计算系统单相对地分布阻抗；判断所述系统是否发生单相接地故障；如果是，则根据所述系统单相对地分布阻抗、系统可控电压源内阻、系统接地相在正常运行时的相电压和系统并联电感阻抗，计算可控电压源全补偿装置的输出电压；保持所述可控电压源补偿装置的输出电压的幅值不变，调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，获得可控电压源补偿装置的输出电流；根据所述可控电压源补偿装置的输出电流和系统中性点电压，计算单相接地故障点电流；重复调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，调节所述单相接地故障点电流至预设电流值。本申请提供的控制方法实施方法简单，能够柔性控制接地故障电流，对系统的冲击作用较小，通过本申请所提供的方法，能够灵活配置系统单相接地故障的处理方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于可控电压源并联电感的单相接地故障电流柔性控制方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法的简化控制电路示意图；
图3为本申请实施例提供的一种可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制装置的结构示意图。
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1，为本申请实施例提供的一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法的流程图。
本申请实施例提供了一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法，所述方法包括：
步骤101、在系统正常运行时，根据可控电压源并联电感阻抗、可控电压源输出的检测电压、可控电压源输出检测电压前后系统中性点电压的差值和可控电压源内阻，计算系统单相对地分布阻抗；
步骤102、判断所述系统是否发生单相接地故障；
步骤103、如果是，则根据所述系统单相对地分布阻抗、系统可控电压源内阻、系统接地相在正常运行时的相电压和系统并联电感阻抗，计算可控电压源全补偿装置的输出电压；
步骤104、保持所述可控电压源补偿装置的输出电压的幅值不变，调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，获得可控电压源补偿装置的输出电流；
步骤105、根据所述可控电压源补偿装置的输出电流和系统中性点电压，计算单相接地故障点电流；
步骤106、重复调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，调节所述单相接地故障点电流至预设电流值。
请结合图2，为本申请实施例提供的一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法的简化控制电路示意图。
由图2可知，当前系统共有n条路线，其中，系统的单相对地分布阻抗为Z1、Z2、...Zn，Zf为某线路A相发生单相接地故障时的接地阻抗，N点为系统中性点，其上电压记作U0为可控电压源输出电压，Z0为可控电压源内阻，Ua、Ub、Uc为三相电压源。
本申请实施例提供第一种系统单相对地分布阻抗的计算方法，具体如下：
获取可控电压源的内阻；
由所述可控电压源输出检测电压；
根据所述检测电压，获取系统中性点的电压值；
根据下式计算所述系统单相对地分布阻抗，
其中，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表检测电压，代表系统中性点的电压值，Z0代表可控电压源的内阻，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
本申请实施例提供第二种系统单相对地分布阻抗的计算方法，具体如下：
在系统某相的相电压相角在可控电压源输出的检测电压作用前后不变的条件下，
获取可控电压源的内阻；
由所述可控电压源输出检测电压；
根据所述检测电压，获取系统某相相电压与所述检测电压的相位差；
根据下式计算所述系统单相对地分布阻抗，
其中，Zd代表系统单相对地分布阻抗，Z0代表可控电压源的内阻，Im(Z0)代表可控电压源内阻的虚部值，Re(Z0)代表可控电压源内阻的实部值，代表系统某相相电压与所述检测电压的相位差。
可选地，所述检测电压的幅值为正常运行时系统相电压幅值的5％～10％。
可选地，所述方法还包括：
在系统正常运行时，获取单相接地故障相的相电压；
根据下式计算所述可控电压源全补偿装置的输出电压，
其中，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表单相接地故障相的相电压，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
可选地，所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角改变范围为∠UP-120°-∠UP+120°，其中，∠UP代表所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角。
可选地，所述方法包括：
根据系统中性点电压、所述系统单相对地分布阻抗、所述系统可控电压源内阻、所述系统接地相在正常运行时的相电压、所述可控电压源全补偿装置的输出电压和所述系统并联电感阻抗，计算系统单相接地故障阻抗的具体方法包括：
根据下式计算所述系统单相接地故障阻抗，
其中，Zf代表系统单相接地故障阻抗，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，代表系统接地相在正常运行时的相电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表系统中性点电压，ZL代表系统并联电感阻抗。
进一步地，根据下式计算单相接地故障点电流，
其中，Ig代表单相接地故障点电流，Ios代表可控电压源补偿装置的输出电流，代表系统中性点电压，Zd代表系统单相对地分布阻抗，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
进一步地，所述方法还包括：
根据下式计算单相接地故障点电流调节至预设电流值时，可控电压源的输出电压，
其中，Zf代表系统单相接地故障阻抗，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，代表系统接地相在正常运行时的相电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表系统中性点电压，UN代表可控电压源的输出电压，ZL代表并联电感阻抗。
请参阅图3，为本申请实施例提供的一种可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制装置的结构示意图。
本申请实施例提供了一种可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制装置，所述装置包括：
第一计算单元1，用于在系统正常运行时，根据可控电压源并联电感阻抗、可控电压源输出的检测电压、可控电压源输出检测电压前后系统中性点电压的差值和可控电压源内阻，计算系统单相对地分布阻抗；
判断单元2，用于判断所述系统是否发生单相接地故障；
第二计算单元3，用于如果是，则根据所述系统单相对地分布阻抗、系统可控电压源内阻、系统接地相在正常运行时的相电压和系统并联电感阻抗，计算可控电压源全补偿装置的输出电压；
电流输出单元4，用于保持所述可控电压源补偿装置的输出电压的幅值不变，调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，获得可控电压源补偿装置的输出电流；
第三计算单元5，用于根据所述可控电压源补偿装置的输出电流和系统中性点电压，计算单相接地故障点电流；
电流调节单元6，用于重复调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，调节所述单相接地故障点电流至预设电流值。
可选地，所述第一计算单元1包括：第一获取单元，用于获取可控电压源的内阻；电压输出单元，用于由所述可控电压源输出检测电压；第二获取单元，用于根据所述检测电压，获取系统中性点的电压值；第一子计算单元，用于根据下式计算所述系统单相对地分布阻抗，
其中，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表检测电压，代表可控电压源输出检测电压前后系统中性点电压的差值，Z0代表可控电压源的内阻，ZL代表可控电压源并联电感阻抗；
其中，根据下式计算可控电压源输出检测电压前后系统中性点电压的差值，
其中，代表可控电压源输出检测电压后系统的中性点电压，代表可控电压源输出检测电压前的中性点电压。
可选地，所述第一计算单元1包括：第一获取单元，用于获取可控电压源的内阻；电压输出单元，用于由所述可控电压源输出检测电压；第二获取单元，用于根据所述检测电压，获取系统某相相电压与所述检测电压的相位差；第一子计算单元，用于根据下式计算所述系统单相对地分布阻抗，
其中，Zd代表系统单相对地分布阻抗，Z0代表可控电压源的内阻，Im(Z0)代表可控电压源内阻的虚部值，Re(Z0)代表可控电压源内阻的实部值，代表系统某相相电压与所述检测电压的相位差。
可选地，所述检测电压的幅值为正常运行时系统相电压幅值的5％～10％。
可选地，所述装置还包括：获取单元，用于在系统正常运行时，获取单相接地故障相的相电压；第四计算单元，用于根据下式计算所述可控电压源全补偿装置的输出电压，
其中，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表单相接地故障相的相电压，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
可选地，所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角改变范围为∠UP-120°-∠UP+120°，其中，∠UP代表所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角。
可选地，所述装置包括：
第五计算点单元，用于根据系统中性点电压、所述系统单相对地分布阻抗、所述系统可控电压源内阻、所述系统接地相在正常运行时的相电压、所述可控电压源全补偿装置的输出电压和所述系统并联电感阻抗，计算系统单相接地故障阻抗的具体方法包括：
根据下式计算所述系统单相接地故障阻抗，
其中，Zf代表系统单相接地故障阻抗，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，代表系统接地相在正常运行时的相电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表系统中性点电压，ZL代表系统并联电感阻抗。
可选地，根据下式计算单相接地故障点电流，
其中，Ig代表单相接地故障点电流，Ios代表可控电压源补偿装置的输出电流，代表系统中性点电压，Zd代表系统单相对地分布阻抗，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
可选地，所述装置还包括：
第六计算单元，用于根据下式计算单相接地故障点电流调节至预设电流值时，可控电压源的输出电压，
其中，Zf代表系统单相接地故障阻抗，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，代表系统接地相在正常运行时的相电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表系统中性点电压，UN代表可控电压源的输出电压，ZL代表并联电感阻抗。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法，所述方法包括：在系统正常运行时，根据可控电压源并联电感阻抗、可控电压源输出的检测电压、可控电压源输出检测电压前后系统中性点电压的差值和可控电压源内阻，计算系统单相对地分布阻抗；判断所述系统是否发生单相接地故障；如果是，则根据所述系统单相对地分布阻抗、系统可控电压源内阻、系统接地相在正常运行时的相电压和系统并联电感阻抗，计算可控电压源全补偿装置的输出电压；保持所述可控电压源补偿装置的输出电压的幅值不变，调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，获得可控电压源补偿装置的输出电流；根据所述可控电压源补偿装置的输出电流和系统中性点电压，计算单相接地故障点电流；重复调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，调节所述单相接地故障点电流至预设电流值。本申请提供的控制方法实施方法简单，能够柔性控制接地故障电流，对系统的冲击作用较小，通过本申请所提供的方法，能够灵活配置系统单相接地故障的处理方式。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种在可控电压源并联电感下单相接地故障电流柔性控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在系统正常运行时，根据可控电压源并联电感阻抗、可控电压源输出的检测电压、可控电压源输出检测电压前后系统中性点电压的差值和可控电压源内阻，计算系统单相对地分布阻抗；
判断所述系统是否发生单相接地故障；
如果是，则根据所述系统单相对地分布阻抗、系统可控电压源内阻、系统接地相在正常运行时的相电压和系统并联电感阻抗，计算可控电压源全补偿装置的输出电压；
保持所述可控电压源补偿装置的输出电压的幅值不变，调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，获得可控电压源补偿装置的输出电流；
根据所述可控电压源补偿装置的输出电流和系统中性点电压，计算单相接地故障点电流；
重复调整所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角，调节所述单相接地故障点电流至预设电流值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算系统单相对地分布阻抗的具体方法包括：
获取可控电压源的内阻；
由所述可控电压源输出检测电压；
根据所述检测电压，获取系统中性点的电压值；
根据下式计算所述系统单相对地分布阻抗，
其中，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表检测电压，代表系统中性点的电压值，Z0代表可控电压源的内阻，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据可控电压源并联电感，计算系统单相对地分布阻抗的具体方法包括：
获取可控电压源的内阻；
由所述可控电压源输出检测电压；
根据所述检测电压，获取系统某相相电压与所述检测电压的相位差；
根据下式计算所述系统单相对地分布阻抗，
其中，Zd代表系统单相对地分布阻抗，Z0代表可控电压源的内阻，Im(Z0)代表可控电压源内阻的虚部值，Re(Z0)代表可控电压源内阻的实部值，代表系统某相相电压与所述检测电压的相位差。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述检测电压的幅值为正常运行时系统相电压幅值的5％～10％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在系统正常运行时，获取单相接地故障相的相电压；
根据下式计算所述可控电压源全补偿装置的输出电压，
其中，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表单相接地故障相的相电压，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角改变范围为∠UP-120°-∠UP+120°，其中，∠UP代表所述可控电压源补偿装置的输出电压的相角。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据系统中性点电压、所述系统单相对地分布阻抗、所述系统可控电压源内阻、所述系统接地相在正常运行时的相电压、所述可控电压源全补偿装置的输出电压和所述系统并联电感阻抗，计算系统单相接地故障阻抗的具体方法包括：
根据下式计算所述系统单相接地故障阻抗，
其中，Zf代表系统单相接地故障阻抗，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，代表系统接地相在正常运行时的相电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表系统中性点电压，ZL代表系统并联电感阻抗。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据下式计算单相接地故障点电流，
其中，Ig代表单相接地故障点电流，Ios代表可控电压源补偿装置的输出电流，代表系统中性点电压，Zd代表系统单相对地分布阻抗，ZL代表可控电压源并联电感阻抗。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据下式计算单相接地故障点电流调节至预设电流值时，可控电压源的输出电压，
其中，Zf代表系统单相接地故障阻抗，代表可控电压源全补偿装置的输出电压，代表系统接地相在正常运行时的相电压，Z0代表可控电压源内阻，Zd代表系统单相对地分布阻抗，代表系统中性点电压，UN代表可控电压源的输出电压，ZL代表并联电感阻抗。
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