CN110261721B - 有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法，检测有源补偿器输出的第一电流和系统的中性点电压；根据第一电流和中性点电压计算得到相位差；根据相位差和系统的三相电压，得到有源补偿器输出的第二检测电压的相位；根据第二检测电压，得到有源补偿器输出的各个时刻的第二电流；根据有源补偿器输出的各个时刻的第二电流，得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率；根据幅值变化率判断系统是否发生单相接地；若是，则根据第二电流的相位差，判断系统中的接地相。利用有源补偿器的输出电流在接地前后的突变现象，可以准确检测系统是否发生单相接地，并根据该电流的相位与三相电压的相位差准确判定出接地相。

Description

有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法
技术领域
本申请涉及电网系统单相接地补偿技术领域，尤其涉及有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法。
背景技术
配电网故障中，单相接地故障占比在80％以上。当发生单相接地时，接地点流过较大电流，可能产生接地电弧。由于接地电流较大，电弧不能自行熄灭，可产生3～3.5倍相电压的过电压，对电力系统设备及人身安全带来极大风险。为熄灭接地电弧，消弧线圈大量应用，但消弧线圈仅能抵消接地点容性电流。消弧线圈补偿后，接地点仍存在一定残流，仍存在人身触电风险。近年来，基于电力电子技术的单相接地有源补偿器得到快速发展。配电网单相接地有源补偿方式下，能够完全补偿单相接地点电流，即保障了人身安全，又不影响供电可靠性，是一种较为先进的配电网单相接地补偿方式。传统的配电网单相接地补偿方式正在向有源化、柔性化转变，对建设坚强智能配电网有重要推进作用。
有源补偿方式下必须准确判断系统是否发生单相接地并准确判定接地相，以进行精确补偿。传统的判定系统是否发生单相接地的方法主要有零序电压阈值法、零序电流阈值法等。零序电压阈值法，是通过设定一电压阈值，当系统零序电压超出该阈值时，即认为系统发生单相接地，反之，认为系统未发生单相接地。这种阈值判断法是最常用的，可用于中性点不接地系统或消弧线圈接地系统的一种简单有效的判定接地方法。零序电流阈值法主要应用于消弧线圈接地系统。消弧线圈回路及零序回路，当系统发生单相接地时，消弧线圈回路流过的电流明显增大，当该电流超过预设阈值时，认为系统发生单相接地。
传统判定系统单相接地相别的方法是根据系统所处的补偿状态(过补偿或欠补偿)，并认为在欠补偿状态下，三相电压中幅值最高相的滞后相为接地相；在过补偿状态下，三相电压中幅值最高相的超前相位接地相。但以上传统方法在有源补偿方式下的应用受到限制。有源补偿方式下为计算补偿值，常在系统正常运行时通过有源补偿器输出一检测用电压。由于有源补偿器的内电阻较低，当有源补偿器的输出电压确定时，将中性点电位钳制在有源补偿器的输出电压附近。如此时系统发生单相接地，系统中性点电压没有明显变化，无法通过系统中性点电压(零序电压)判断系统是否接地，不能及时补偿接地电流，同时由于有源补偿器的钳位作用，单相接地后，相电压相位不变，传统的判断接地相的方法不再适用，使得判定结果不准确。
发明内容
本申请提供了有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法，以解决传统判别方法不再适用，判定结果不准确的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请公开了以下技术方案：
有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法，方法包括：检测有源补偿器输出的第一电流和系统的中性点电压；根据第一电流和中性点电压计算得到相位差，相位差为第一电流与中性点电压之间的相位差；根据相位差和系统的三相电压，得到有源补偿器输出的第二检测电压的相位；根据第二检测电压，实时检测有源补偿器输出的电流，得到有源补偿器输出的各个时刻的第二电流；根据有源补偿器输出的各个时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率；根据幅值变化率判断系统是否发生单相接地；若是，则根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差，判断系统中的接地相。
可选地，根据第一电流和所述中性点电压计算得到相位差，包括：
ΔPhase＝∠I1-∠UN；
其中：ΔPhase为相位差，∠I1为第一电流的相位角，∠UN为中性点电压的相位角。
可选地，根据相位差和系统的三相电压，得到有源补偿器输出的第二检测电压的相位，包括：将相位差归于-180°～180°范围内；判断相位差是否大于零；若是，则有源补偿器输出的第二检测电压的相位为系统的三相电压中任意一相滞后90°的相位，系统的三相中滞后90°的相为基准相；若否，则有源补偿器输出的第二检测电压的相位为系统的三相电压中任意一相超前90°的相位，系统的三相中超前90°的相为基准相。
可选地，根据幅值变化率判断系统是否单相接地，包括：判断幅值变化率是否大于阈值；若是，则认定系统单相接地；若否，则认定系统没有单相接地。
可选地，根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差，判断系统中的接地相，包括：根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差；判断相位差是否位于第一判相区间内；若是，则判定基准相的滞后相为接地相；若否，则判断相位差是否位于第二判相区间；若是，则判定基准相的超前相为接地相；若否，则判定基准相为接地相。
可选地，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率，包括：
Figure BDA0002156699410000021
其中，RC为当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率；Inow为当前时刻的第二电流的幅值；Ipre为前一时刻的第二电流的幅值。
可选地，根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差，包括：
ΔPI2＝∠Inow-∠Ipre；
其中：ΔPI2为当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差；∠Inow为当前时刻的第二电流的相位；∠Ipre为前一时刻的第二电流的相位。
可选地，第一判相区间为[-210°，-90°)，第二判相区间为[-330°，-210°)。
可选地，阈值为25％～50％。
有益效果：本申请提供了有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法，首先，检测有源补偿器输出的第一电流和系统的中性点电压；根据第一电流和中性点电压计算得到相位差，相位差为第一电流与中性点电压之间的相位差。其次，根据相位差和系统三相电压计算，得到有源补偿器输出的第二检测电压的相位。再次，根据第二检测电压，实时检测有源补偿器输出的电路，得到有源补偿器输出的各个时刻的第二电流。然后，根据有源补偿器输出的各个时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率。最后，根据幅值变化率判断系统是否发生单相接地当系统发生单相接地时，若系统发生单相接地，则根据计算当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差，判断系统中的接地相。本申请，利用有源补偿器的输出电流在接地前后的突变现象，可以准确检测系统是否发生单相接地，并根据该电流的相位与三相电压的相位差准确判定出接地相。
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为申请提供的有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法的流程图；
图2为申请提供的获得第二检测电压相位的流程图；
图3为申请提供的判断系统单相接地的流程图；
图4为申请提供的判断接地相的流程图；
图5为本申请提供的无消弧线圈情况下有源补偿器输出电流相位变化相位图。
具体实施方式
图1，为本申请提供的有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法的流程图；图2，为本申请提供的获得第二检测电压相位的流程图；图3，本申请提供的判断系统单相接地的流程图；图4为申请提供的判断接地相的流程图，参见图1-4可知，本申请提供了有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法，方法包括：
S01：检测有源补偿器输出的第一电流和系统的中性点电压。
S02：根据第一电流和中性点电压计算得到相位差，相位差为第一电流与中性点电压之间的相位差。
根据第一电流和中性点电压计算得到相位差，包括：
ΔPhase＝∠I1-∠UN；
其中：ΔPhase为相位差，∠I1为第一电流的相位角，∠UN为中性点电压的相位角。
S03：根据相位差和系统的三相电压，得到有源补偿器输出的第二检测电压的相位。
S031：将相位差归于-180°～180°范围内。
S032：判断相位差是否大于零。
S033：若是，则有源补偿器输出的第二检测电压的相位为系统的三相电压中任意一相滞后90°的相位，系统的三相中滞后90°的相为基准相。
S034：若否，则有源补偿器输出的第二检测电压的相位为系统的三相电压中任意一相超前90°的相位，系统的三相中超前90°的相为基准相。
S04：根据第二检测电压，实时检测有源补偿器输出的电流，得到有源补偿器输出的各个时刻的第二电流。
S05：根据有源补偿器输出的各个时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率。
计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率，包括：
Figure BDA0002156699410000031
其中，RC为当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率；Inow为当前时刻的第二电流的幅值；Ipre为前一时刻的第二电流的幅值。
S06：根据幅值变化率判断系统是否发生单相接地。
阈值为25％～50％。
S061：判断幅值变化率是否大于阈值。
S062：若是，则认定系统单相接地。
S063：若否，则认定系统没有单相接地。
S07：若是，则根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差，判断系统中的接地相。
S071：根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差。
根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差，包括：
ΔPI2＝∠Inow-∠Ipre；
其中：ΔPI2为当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差；∠Inow为当前时刻的第二电流的相位；∠Ipre为前一时刻的第二电流的相位。
S072：判断相位差是否位于第一判相区间内。
第一判相区间为[-210°，-90°)。
S073：若是，则判定基准相的滞后相为接地相。
S074：若否，则判断相位差是否位于第二判相区间。
第二判相区间为[-330°，-210°)
S075：若是，则判定基准相的超前相为接地相。
S076：若否，则判定基准相为接地相。
本申请提供了有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法，首先，检测有源补偿器输出的第一电流和系统的中性点电压；根据第一电流和中性点电压计算得到相位差，相位差为第一电流与中性点电压之间的相位差。其次，根据相位差和系统三相电压计算，得到有源补偿器输出的第二检测电压的相位。再次，根据第二检测电压，实时检测有源补偿器输出的电路，得到有源补偿器输出的各个时刻的第二电流。然后，根据有源补偿器输出的各个时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率。最后，根据幅值变化率判断系统是否发生单相接地当系统发生单相接地时，若系统发生单相接地，则根据计算当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差，判断系统中的接地相。本申请，利用有源补偿器的输出电流在接地前后的突变现象，可以准确检测系统是否发生单相接地，并根据该电流的相位与三相电压的相位差准确判定出接地相。
图5为本申请提供的无消弧线圈情况下有源补偿器输出电流相位变化相位图，图中Ua、Ub、Uc分别为系统三相电压；Un2为有源补偿器输出的第二检测电压；Ipre为正常运行时有源补偿器注入到系统中性点的电流；Inow为系统单相接地时，有源补偿器输出的第二电流。
本图是发明人根据模拟试验得到试验数据绘制而成。参见图5可知，模拟试验中，系统对地电容电流约15A，通过有源补偿器向系统注入电流。通过1kΩ电阻对各相进行单相接地模拟试验。本例中所有电压、电流的相位参考为上级电源电压，在正常运行时，三相电压的相位分别约为-30°，-150°，90°。
以A相单相接地为例，按本申请提供的方法进行单相接地判别及判相，具体过程如下：
(1)有源补偿器输出第一检测电压为0.2kV∠0°，测得中性点电压为200V∠-0.5°，测得有源补偿器注入系统中性点的电流为1.9A∠89°。
(2)计算中性点电流与中性点电压的相位差为89.5°，归算到-180°～180°范围内仍为89.5°，该值大于零，确定系统零序回路负载为容性。任取C相为基准相，取第二检测电压为0.2kV∠0°。
(3)实时采集计算正常运行时的中性点电流约为1.9A∠89°。系统A相经1kΩ电阻接地后，检测系统中性点电流为5.2A＜-13°。
(4)计算中性点电流幅值变化率为(5.2-1.9)/1.9*100％＝173％，远超过阈值(25％～50％)，判定系统发生单相接地。
(5)进一步的，计算中性点电流的相位差为-13°-89°＝-102°，属于区间1，判定基准相C相的滞后相为接地相，即A相为接地相。至此，接地判别及判相过程结束。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、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申请的一般性原理并包括本申请未实用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，本申请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方法步骤，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 (7)

1.有源补偿方式下的单相接地判别及判相方法，其特征在于，所述方法包括：
检测有源补偿器输出的第一电流和系统的中性点电压；
根据所述第一电流和所述中性点电压计算得到相位差，所述相位差为所述第一电流与所述中性点电压之间的相位差；
根据所述相位差和系统的三相电压，得到有源补偿器输出的第二检测电压的相位；
根据所述第二检测电压，实时检测有源补偿器输出的电流，得到有源补偿器输出的各个时刻的第二电流；
根据有源补偿器输出的各个时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率；
根据所述幅值变化率判断系统是否发生单相接地；
若是，则根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差，判断系统中的接地相；
根据所述相位差和系统的三相电压，得到有源补偿器输出的第二检测电压的相位，包括：
将所述相位差归于-180°～180°范围内；
判断所述相位差是否大于零；
若是，则有源补偿器输出的第二检测电压的相位为系统的三相电压中任意一相滞后90°的相位，系统的三相中滞后90°的相为基准相；
若否，则有源补偿器输出的第二检测电压的相位为系统的三相电压中任意一相超前90°的相位，系统的三相中超前90°的相为基准相。
2.根据权利要求1所述的单相接地判别及判相方法，其特征在于，根据所述第一电流和所述中性点电压计算得到相位差，包括：
ΔPhase＝∠I1-∠UN；
其中：ΔPhase为相位差，∠I1为第一电流的相位角，∠UN为中性点电压的相位角。
3.根据权利要求1所述的单相接地判别及判相方法，其特征在于，根据所述幅值变化率判断系统是否单相接地，包括：
判断所述幅值变化率是否大于阈值；
若是，则认定系统单相接地；
若否，则认定系统没有单相接地。
4.根据权利要求1所述的单相接地判别及判相方法，其特征在于，根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差，判断系统中的接地相，包括：
根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差；
判断所述相位差是否位于第一判相区间内，所述第一判相区间为[-210°，-90°)；
若是，则判定基准相的滞后相为接地相；
若否，则判断所述相位差是否位于第二判相区间，所述第二判相区间为[-330°，-210°)；
若是，则判定基准相的超前相为接地相；若否，则判定基准相为接地相。
5.根据权利要求1所述的单相接地判别及判相方法，其特征在于，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率，包括：
Figure FDA0002845309460000021
其中，RC为当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的幅值变化率；Inow为当前时刻的第二电流的幅值；Ipre为前一时刻的第二电流的幅值。
6.根据权利要求4所述的单相接地判别及判相方法，其特征在于，根据当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流，计算得到当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差，包括：
ΔPI2＝∠Inow-∠Ipre；
其中：ΔPI2为当前时刻的第二电流和前一时刻的第二电流的相位差；∠Inow为当前时刻的第二电流的相位；∠Ipre为前一时刻的第二电流的相位。
7.根据权利要求3所述的单相接地判别及判相方法，其特征在于，所述阈值为25％～50％。
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