CN113067324B - 柔性消弧装置直流侧电压的稳定控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种柔性消弧装置直流侧电压的稳定控制方法，其特征在于：柔性消弧装置采用单相级联H桥变流器，柔性消弧装置挂接在相线和大地之间；柔性消弧控制方法为：系统正常运行时，柔性消弧装置从并网点吸收有功功率稳定单相级联H桥变流器直流侧电容电压；接地故障时，单相级联H桥变流器由直流侧电容稳压模式切换至柔性消弧，补偿接地故障电流至零。本发明解决了柔性消弧装置直流侧取源问题，节省了装置成本。

Description

柔性消弧装置直流侧电压的稳定控制方法
技术领域
本发明属于电网单相接地故障消弧技术领域，尤其涉及一种柔性消弧装置直流侧电压的稳定控制方法。
背景技术
配电网单相接地故障电弧容易引发山火和电气设备击穿，已有的消弧装置应用最为广泛的为消弧线圈，但其仅能补偿接地故障电流的无功分量，无法补偿有功分量，因此出现了以有源逆变器补偿接地故障电流有功分量的柔性消弧装置。
已有的柔性消弧装置主要问题有：逆变器的直流侧需提供稳定的直流源，多以降压变压器和整流器的方式给直流侧供电，但投入成本较高，装置体积大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种柔性消弧装置直流侧电压的稳定控制方法，省去直流侧单独的直流供电电源，能够迅速抑制接地故障电弧的同时具有更高的经济性。
其柔性消弧装置采用单相级联H桥变流器，柔性消弧装置挂接在相线和大地之间；柔性消弧控制方法为：系统正常运行时，柔性消弧装置从并网点吸收有功功率稳定单相级联H桥变流器直流侧电容电压；接地故障时，单相级联H桥变流器由直流侧电容稳压模式切换至柔性消弧，补偿接地故障电流至零。本发明解决了柔性消弧装置直流侧取源问题，节省了装置成本。
本发明具体采用以下技术方案：
一种柔性消弧装置直流侧电压的稳定控制方法，其特征在于：柔性消弧装置采用单相级联H桥变流器，挂接在相线和大地之间；柔性消弧控制方法为：系统正常运行时，柔性消弧装置从并网点吸收有功功率稳定单相级联H桥变流器直流侧电容电压；接地故障时，单相级联H桥变流器由直流侧电容稳压模式切换至柔性消弧，补偿接地故障电流至零。
优选地，所述单相级联H桥变流器连接于配电网相电源和大地之间，其直流侧电源采用电容储能。
优选地，分时控制级联H桥给直流侧电容充电和放电。
以及，一种柔性消弧装置直流侧电压的稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:将单相级联H桥变流器作为柔性消弧装置挂接于配电网相和接地之间；
步骤S2：实时采集系统母线三相电压、三相电流和零序电压以及变流器注入电流；
步骤S3：计算母线零序电压的幅值和相位；根据零序电压是否越线判定是否发生接地故障：
判断为正常运行时或接地故障消失后控制柔性消弧装置吸收有功电流给直流侧电容充电，并稳定在给定值，回到步骤S2:；
判断为接地故障时控制柔性消弧装置由直流侧电容稳压模式切换至消弧模式，输出接地故障全补偿电流，包括有功分量和无功分量，抑制故障相电压至零；并执行步骤S4；
步骤S4：判断接地故障是否已经消失，若故障消失，则柔性消弧装置由消弧模式切换至直流侧电容稳压模式，返回步骤S2。
与现有技术相比，本发明及其优选方案具有以下有益效果：
本发明提出的柔性消弧装置直流侧稳压和柔性消弧的切换控制方法，分时从电网吸收和释放有功功率使得直流侧电压稳定，将省去直流侧单独的直流供电电源，节省了装置的投入成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为本发明实施例带单相级联H桥变流器的配电网结构原理示意图；
图2为本发明实施例仿真模型示意图；
图3为本发明实施例一仿真实例直流侧电容电压控制效果的示意图；
图4为本发明实施例一仿真实例接地故障电流补偿效果的示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
如图1所示，本发明实施例提供一种柔性消弧装置直流侧电容电压的稳定控制方法，其中，柔性消弧装置采用单相级联H桥变流器，直流侧用电容储能，柔性消弧装置连接于配电网相电源和大地之间。系统正常运行时，柔性消弧装置从并网点吸收有功功率以稳定级联H桥变流器直流侧电容电压；接地故障时，直流侧电容放电并控制柔性消弧装置输出接地故障全补偿电流，抑制接地故障电弧重燃，具体包括以下步骤：
步骤S1:将单相级联H桥变流器挂接于配电网相和接地之间；
步骤S2：实时采集系统母线三相电压、三相电流和零序电压以及变流器注入电流；
步骤S3：计算母线零序电压的幅值和相位；根据零序电压是否越线判定是否发生接地故障：
判断为正常运行时或接地故障消失后控制柔性消弧装置吸收有功电流给直流侧电容充电，并稳定在给定值，回到步骤S2:；
判断为接地故障时控制柔性消弧装置由直流侧电容稳压模式切换至消弧模式，输出接地故障全补偿电流，包括有功分量和无功分量，抑制故障相电压至零；并执行步骤S4；
步骤S4：判断接地故障是否已经消失，若故障消失，则柔性消弧装置由消弧模式切换至直流侧电容稳压模式，返回步骤S2。
在本实施例中，其主要结构特点在于：以单相级联H桥变流器作为柔性消弧装置，H桥变流器的直流侧电源采用电容储能。并通过分时控制级联H桥给直流侧电容充电和放电。
以下对本实施例的技术方案从原理角度进行详细说明：
1.柔性消弧原理
配电网发生单相接地故障时，柔性消弧装置向配电网注入补偿电流
Figure BDA0003003036920000035
根据图1可列出基尔霍夫电流方程
Figure BDA0003003036920000031
式中，
Figure BDA0003003036920000032
和
Figure BDA0003003036920000033
分别为系统A、B和C相对地电流，
Figure BDA0003003036920000034
为接地故障电流，各电流与电压的关系为
Figure BDA0003003036920000041
式中
Figure BDA0003003036920000042
和
Figure BDA0003003036920000043
为各相电源电压，
Figure BDA0003003036920000044
为中性点电压，Rf为接地过渡电阻，YA、 YB、YC为各相对地导纳。
将式(2)代入式(1)可得
Figure BDA0003003036920000045
由式(1)可知，只需将变流器注入电流的控制目标设定为系统总的对地电流，即
Figure BDA0003003036920000046
即可将接地点故障电流抑制为零，该方法称为电流消弧法；若以电压为控制目标，将式(3)中的中性点电压控制为故障相电源电压负值
Figure BDA0003003036920000047
则故障点电流
Figure BDA0003003036920000048
也将被抑制成零，该方法称为电压消弧法。
2.柔性消弧装置直流侧电压稳定控制方法
根据并网点电压
Figure BDA0003003036920000049
与计算的注入电流
Figure BDA00030030369200000410
的向量为非垂直量关系，在消弧过程中需要消耗有功功率，直流侧电容电压必然会下降，因此需要对直流侧电压进行稳定控制，保证消弧装置能够正常运行：在配电网正常运行和消弧过后，通过电压环控制，从配电网侧吸收功率对级联H桥进行充电，将直流侧电压稳定在参考值，同时进行均压控制，保证各H桥单元直流侧电压相等。
以下通过一个具体的仿真实例对本实施例方案做更进一步的说明。
实施例1：
本实施例中，利用Simulink软件搭建如图2所示含3条馈线的配电网仿真模型，配电线路采用Π型等效模型。对图2所示配电网络，接地故障点设置在馈线3，设置A相接地故障，仿真结果如图3和图4所示。
由图3可知，在配电网正常运行和消弧后，对级联H桥进行电压控制，从配电网吸收功率，给级联H桥直流侧电容充电，从投入充电到达到参考值电压用时约0.08s，充电完毕后保持电压稳定。
由图4可知，配电网在0.04s时刻发生单相接地故障，此时故障电流迅速增大，在0.08s时刻控制级联H桥注入补偿电流，故障电流迅速降低，达到可靠消弧的目的。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的柔性消弧装置直流侧电压的稳定控制方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种柔性消弧装置直流侧电压的稳定控制方法，其特征在于：柔性消弧装置采用单相级联H桥变流器，挂接在相线和大地之间；柔性消弧控制方法为：系统正常运行时，柔性消弧装置从并网点吸收有功功率稳定单相级联H桥变流器直流侧电容电压；接地故障时，单相级联H桥变流器由直流侧电容稳压模式切换至柔性消弧，补偿接地故障电流至零；
所述单相级联H桥变流器连接于配电网相电源和大地之间，其直流侧电源采用电容储能；
分时控制级联H桥给直流侧电容充电和放电；
其具体包括以下步骤：
步骤S1：将单相级联H桥变流器作为柔性消弧装置挂接于配电网相和接地之间；
步骤S2：实时采集系统母线三相电压、三相电流和零序电压以及变流器注入电流；
步骤S3：计算母线零序电压的幅值和相位；根据零序电压是否越线判定是否发生接地故障：
判断为正常运行时或接地故障消失后控制柔性消弧装置吸收有功电流给直流侧电容充电，并稳定在给定值，回到步骤S2；
判断为接地故障时控制柔性消弧装置由直流侧电容稳压模式切换至消弧模式，输出接地故障全补偿电流，包括有功分量和无功分量，抑制故障相电压至零；并执行步骤S4；
步骤S4：判断接地故障是否已经消失，若故障消失，则柔性消弧装置由消弧模式切换至直流侧电容稳压模式，返回步骤S2；
其所基于的原理是：
配电网发生单相接地故障时，柔性消弧装置向配电网注入补偿电流
Figure FDA0003644412200000011
列出基尔霍夫电流方程：
Figure FDA0003644412200000012
式中，
Figure FDA0003644412200000013
和
Figure FDA0003644412200000014
分别为系统A、B和C相对地电流，
Figure FDA0003644412200000015
为接地故障电流，各电流与电压的关系为
Figure FDA0003644412200000016
式中
Figure FDA0003644412200000021
和
Figure FDA0003644412200000022
为各相电源电压，
Figure FDA0003644412200000023
为中性点电压，Rf为接地过渡电阻，YA、YB、YC为各相对地导纳；
将式(2)代入式(1)得：
Figure FDA0003644412200000024
由式(1)可知，只需将变流器注入电流的控制目标设定为系统总的对地电流，即
Figure FDA0003644412200000025
即可将接地点故障电流抑制为零，该方法称为电流消弧法；若以电压为控制目标，将式(3)中的中性点电压控制为故障相电源电压负值
Figure FDA0003644412200000026
则故障点电流
Figure FDA0003644412200000027
也将被抑制成零，该方法称为电压消弧法；
根据并网点电压
Figure FDA0003644412200000028
与计算的注入电流
Figure FDA0003644412200000029
的向量为非垂直量关系，在消弧过程中需要消耗有功功率，直流侧电容电压必然会下降，因此需要对直流侧电压进行稳定控制，保证消弧装置能够正常运行：在配电网正常运行和消弧过后，通过电压环控制，从配电网侧吸收功率对级联H桥进行充电，将直流侧电压稳定在参考值，同时进行均压控制，保证各H桥单元直流侧电压相等。
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