CN112165081B - 一种配电网改进电压消弧方法 - Google Patents

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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/08—Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil

Abstract

本发明涉及一种配电网改进电压消弧方法，以多电平逆变器为硬件基础，在配电网正常运行时，实时测量对地参数并保存。单相接地故障发生后，通过二次调整多电平逆变器控制目标的方法，计算配电网三序网络等效电路中的等效电压，令多电平逆变器的零序电压控制目标等于该等效电压，从而使故障点电压为零，达到较好的消弧效果。本发明避免了线路阻抗以及负荷对电压消弧效果的影响，且在低阻单相接地故障情况下的消弧效果优于传统的电压消弧方法。

Description

一种配电网改进电压消弧方法
技术领域
本发明涉及电压消弧领域，具体涉及一种配电网改进电压消弧方法。
背景技术
随着配电网规模扩大，电力电子设备及电缆线路增加，单相接地故障电流的有功和谐波分量增多。传统的消弧线圈只能对单相接地故障电流中的无功基波分量进行补偿，经补偿后故障残流中仍存在较大的谐波及有功分量，足以维持电弧燃烧。故障点电弧持续燃烧可能使事故规模扩大，造成人员伤亡、设备损坏。
有源消弧装置可以补偿故障电流中的无功、有功和谐波分量。配电网发生单相接地故障时，传统的电压消弧方法将零序电压控制为故障相电源电压的负值，忽略了线路参数和负荷的影响，从而导致线路越长、负荷越大的配电网，尤其是低阻单相接地故障情况下的单相接地故障消弧效果不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种配电网改进电压消弧方法，避免了线路阻抗和负荷的影响，在高、低阻单相接地故障情况下均可达到较好的消弧效果。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种配电网改进电压消弧方法，包括以下步骤：
步骤S1:在配电网中性点连接多电平逆变器；
步骤S2:在配电网正常运行时，实时测量对地参数并保存；
步骤S3:单相接地故障发生后,多电平逆变器两次注入电流，得到两次注入电流值和两次零序电压值，并根据对地参数，计算配电网三序网络等效电路中的等效电压；
步骤S4:将多电平逆变器的零序电压控制目标设为该等效电压值，实现电压消弧。
进一步的，所述多电平逆变器的控制目标为配电网零序电压。
多电平逆变器投入后的故障电流
Figure BDA0002699278860000021
表达式为
Figure BDA0002699278860000022
根据电路原理，式(1)中
Figure BDA0002699278860000023
Figure BDA0002699278860000024
根据基尔霍夫电流定律有
Figure BDA0002699278860000031
其中，
Figure BDA0002699278860000032
式(4)化简为
Figure BDA0002699278860000033
因此多电平逆变器输出电流
Figure BDA0002699278860000034
与零序电压
Figure BDA0002699278860000035
有如下关系：
Figure BDA0002699278860000036
其中，Y0为系统等效对地零序导纳。
进一步的，所述步骤S3具体为：通过两次改变零序电压参考值，则分别得到式(7)、(8)
Figure BDA0002699278860000037
Figure BDA0002699278860000038
将式(7)、(8)减去对地参数Y0后可构造函数a、b如下：
Figure BDA0002699278860000039
Figure BDA0002699278860000041
整理以上两式可得配电网三序网络等效电路中的等效电压：
Figure BDA0002699278860000042
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1.本发明避免了线路阻抗和负荷的影响，在高、低阻单相接地故障情况下均可达到较好的消弧效果；
2.本发明所提的改进电压消弧方法，需测量的物理量少，响应速度快。
附图说明
图1为本发明中多电平逆变器作用于配电网单相接地故障的三序网络图。
图2为本发明一实施例中简化后的配电网三序网络等效电路图。
图3为本发明实施例中所应用的10kV配电网仿真模型拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，为多电平逆变器作用于配电网单相接地故障的三序网络图
图1中
Figure BDA0002699278860000043
为故障相电源电压，ZS(i)为电源电压到母线的正负序等效阻抗，主要为变压器正负序阻抗，ZLf(i)为故障线路正序、负序和零序阻抗，ZLD(i)为非故障线路及其末端负荷的正序和负序等效阻抗，ZDF(i)为故障线路末端负荷的正序和负序等效阻抗，
Figure BDA0002699278860000051
为多电平逆变器输出电压，Lz为滤波电感，
Figure BDA0002699278860000052
为非故障线路和故障线路系统等效对地导纳。
本发明提供一种配电网改进电压消弧方法，包括以下步骤：
步骤S1:在配电网中性点连接多电平逆变器，所述多电平逆变器的控制目标为配电网零序电压。
步骤S2:在配电网正常运行时，实时测量对地参数并保存；
步骤S3:单相接地故障发生后,多电平逆变器两次注入电流，得到两次注入电流值和两次零序电压值，并根据对地参数，计算配电网三序网络等效电路中的等效电压；
步骤S4:将多电平逆变器的零序电压控制目标设为该等效电压值，实现电压消弧。
参考图2，
Figure BDA0002699278860000053
分别为多电平逆变器输出电流、非故障线路和故障线路的系统对地导纳电流以及故障零序电流，
Figure BDA0002699278860000054
Zeq为正负序网络的等效电压和阻抗。根据图2可知，多电平逆变器投入后的故障电流
Figure BDA0002699278860000055
表达式为
Figure BDA0002699278860000056
根据电路原理，式(1)中
Figure BDA0002699278860000061
Figure BDA0002699278860000062
根据基尔霍夫电流定律有
Figure BDA0002699278860000063
其中，
Figure BDA0002699278860000064
式(4)化简为
Figure BDA0002699278860000065
因此多电平逆变器输出电流
Figure BDA0002699278860000066
与零序电压
Figure BDA0002699278860000067
有如下关系：
Figure BDA0002699278860000068
其中，Y0为系统等效对地零序导纳。
通过两次改变零序电压参考值，则分别得到式(7)、(8)
Figure BDA0002699278860000069
Figure BDA0002699278860000071
将式(7)、(8)减去对地参数Y0后可构造函数a、b如下：
Figure BDA0002699278860000072
Figure BDA0002699278860000073
整理以上两式可得配电网三序网络等效电路中的等效电压：
Figure BDA0002699278860000074
考虑到故障线路零序阻抗ZLf(0)的零序压降很小，误差忽略不计时，若令多电平逆变器直接控制目标
Figure BDA0002699278860000075
可使得故障电流最小，且避免了线路阻抗和负荷的影响。
实施例1：
参考图3，在本实施例中，采用MATLAB/Simulink仿真软件搭建10kV配电网仿真模型。,其中，CL表示电缆线路；OL表示架空线路；单相对地电容CA＝CB＝CC；单相对地电阻RA＝RB＝RC；110kV侧主变压器连接组别为Yd11；多电平逆变器以级联H桥变流器为例，级联数为10，每级联H桥直流侧电源电压取1kV；级联H桥连接电感Lz＝0.01H；仿真过程如下：在0.01s时刻配电网发生单相接地故障，0.07s时刻级联H桥变流器并网，即图3中开关Kz合闸，合闸后级联H桥变流器可控制故障相电压为目标值，从而达到改进电压消弧的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种配电网改进电压消弧方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:在配电网中性点连接多电平逆变器；
步骤S2:在配电网正常运行时，实时测量对地参数并保存；
步骤S3:单相接地故障发生后,多电平逆变器两次注入电流，得到两次注入电流值和两次零序电压值，并根据对地参数，计算配电网三序网络等效电路中的等效电压；
多电平逆变器投入后的故障电流
Figure FDA0003140251050000011
表达式为
Figure FDA0003140251050000012
其中，
Figure FDA0003140251050000013
Figure FDA0003140251050000014
分别为多电平逆变器输出电流、非故障线路和故障线路的系统对地导纳电流以及故障零序电流，
Figure FDA0003140251050000015
Zeq为正负序网络的等效电压和阻抗
根据电路原理，式(1)中
Figure FDA0003140251050000016
Figure FDA0003140251050000021
根据基尔霍夫电流定律有
Figure FDA0003140251050000022
其中，
Figure FDA0003140251050000023
式(4)化简为
Figure FDA0003140251050000024
因此多电平逆变器输出电流
Figure FDA0003140251050000025
与零序电压
Figure FDA0003140251050000026
有如下关系：
Figure FDA0003140251050000027
其中，Y0为系统等效对地零序导纳；
所述步骤S3具体为：通过两次改变零序电压参考值，则分别得到式(7)、(8)
Figure FDA0003140251050000028
Figure FDA0003140251050000031
将式(7)、(8)减去对地参数Y0后可构造函数a、b如下：
Figure FDA0003140251050000032
Figure FDA0003140251050000033
整理以上两式可得配电网三序网络等效电路中的等效电压：
Figure FDA0003140251050000034
步骤S4:将多电平逆变器的零序电压控制目标设为该等效电压值，实现电压消弧。
2.根据权利要求1所述的一种配电网改进电压消弧方法，其特征在于，所述多电平逆变器的控制目标为配电网零序电压。
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