CN113595048A - 一种全补偿消弧线圈接地残流检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种全补偿消弧线圈接地残流检测方法及系统，包括以下步骤：首先对接地故障发生前接地电容值的容值进行测量；接着对接地故障中接地残流和单相逆变器进行控制；最后接地故障恢复后，消弧线圈以及单相逆变器的退出运行。本发明提供的全补偿消弧线圈接地残流检测方法及系统，能够快速、准确地补偿残流，使得接地残流限制在较小的范围甚至完全消除，从而有效抑制电弧接地过电压，保障设备的安全运行，减少供电中断及发生电力事故带来的经济损失，同时，保证人员人身安全，提高供电的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种全补偿消弧线圈接地残流检测方法及系统。
背景技术
谐振接地方式符合配电网运行对安全性和可靠性的要求，因而发展前景广阔。但是随着城市配电网容量的日益增大和非线性负荷及电缆线路的大量增加，在接地故障电流幅值日益增高的同时，它所包含的残余电流成分也随之大幅提高。但是传统消弧线圈无法对接地故障电流中的有功分量与谐波分量进行补偿，导致接地残流难以控制在规定范围内。较大的残流将导致电弧无法及时熄灭，这严重威胁电网的安全运行。会使单相接地故障有可能进一步发展为供电中断等其他事故。同时，接地电弧的维持会引起过电压，并使得事故进一步发展，呈现范围扩大化，危害巨大化，损失严重化的趋势，给电力系统和用户造成不可估量的危害；此外，较大的接地残流，人身的接触电压和跨步电压也会增大，对人身安全及生命带来了巨大的威胁。
为了使系统的供电更加安全可靠，本领域技术人员亟需提供全补偿消弧线圈接地残流检测方法及系统，能够快速、准确地补偿残流，使得接地残流限制在较小的范围甚至完全消除，从而有效抑制电弧接地过电压，保障设备的安全运行，减少供电中断及发生电力事故带来的经济损失，同时保证人员人身安全，提高供电的安全性和可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种全补偿消弧线圈接地残流检测方法及系统，能够快速、准确地补偿残流，使得接地残流限制在较小的范围甚至完全消除，从而有效抑制电弧接地过电压，保障设备的安全运行，减少供电中断及发生电力事故带来的经济损失，同时保证人员人身安全，提高供电的安全性和可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种全补偿消弧线圈接地残流检测方法，包括以下步骤：
S1、对接地故障发生前接地电容值的容值进行测量；
S2、对接地故障中接地残流和单相逆变器进行控制；
S3、接地故障恢复后，消弧线圈以及单相逆变器的退出运行。
优选的，所述步骤S1中，采用信号注入法测量接地电容的大小，信号注入的步长为0.1Hz，每次注入不同频率信号的持续时间为0.2s，通过检测零序电压的最大值，得到谐振频率值。
优选的，所述步骤S2中，对单相逆变器的电流控制，采用PI调节器和PR调节器，PI调节器用来控制补偿电流信号中的直流分量，采用n次谐波的PR调节器，1次PR调节器控制补偿电流信号中的基波50Hz电流分量。
优选的，所述步骤S3中，所述并联系统退出谐振过程中，中性点电压将逐渐下降，注入的有功电流随着零序电压的下降而下降，当中性点电压下降至阈值以下，判断单相接地故障恢复，控制消弧线圈和单相逆变器退出运行。
优选的，所述步骤S3中，故障期间向系统注入有功电流的周期为1s，每次持续时间为0.1s；有功电流的大小设定为1A。
本发明提供一种全补偿消弧线圈接地残流检测方法及其系统，包括系统功率单元以及控制器单元；所述系统功率单元包括依次连接的配电网网架结构、消弧线圈和补偿电容器、电力电子变换器，所述控制器单元包括依次连接的电力电子变换器控制器和单相接地消弧线圈全补偿系统控制器。
优选的，所述消弧线圈的全补偿电感值为0.306H，过补偿电感值为0.2917H。
优选的，所述补偿电容器的额定输入为三相AC690V，最小补偿电流：0.1A。
本发明提供的全补偿消弧线圈接地残流检测方法及系统，能够快速、准确地补偿残流，使得接地残流限制在较小的范围甚至完全消除，从而有效抑制电弧接地过电压，保障设备的安全运行，减少供电中断及发生电力事故带来的经济损失，同时，保证人员人身安全，提高供电的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明中单相逆变器控制框图；
图2为本发明中接地故障恢复检测电路框图；
图3为本发明中全补偿消弧线圈接地残流检测系统的示意图。
其中，图3中：
系统功率单元100、配电网网架结构110、消弧线圈120、电力电子变换器130、控制器单元200、电力电子变换器控制器210、单相接地消弧线圈全补偿系统控制器220。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
如图1-图3所示，本发明提供了一种全补偿消弧线圈接地残流检测方法，包括以下步骤：
S1、对接地故障发生前接地电容值的容值进行测量；
S2、对接地故障中接地残流和单相逆变器进行控制；
S3、接地故障恢复后，消弧线圈以及单相逆变器的退出运行。
步骤S1中，采用信号注入法测量接地电容的大小，信号注入的步长为0.1Hz，每次注入不同频率信号的持续时间为0.2s，通过检测零序电压的最大值，得到谐振频率值，根据LC并联谐振的原理，可估算接地电容的容值大小。
步骤S2中，如图1所示，对单相逆变器的电流控制，采用PI+PR混合调节器，考虑到单相逆变器需要补偿的电流信号中含有谐波分量，主要以5次、7次为主，因此额外采用了针对5次和7次谐波的PR调节器；其中，PI调节器用来控制补偿电流信号中的直流分量；1次PR调节器控制补偿电流信号中的基波50Hz电流分量；5次PR调节器控制补偿电流信号中的5次谐波电流分量；7次PR调节器控制补偿电流信号中的7次谐波电流分量；若补偿电流中还含有其他频次的谐波分量，可考虑增加相应的PR调节器。
对单相逆变器的调制策略，采用双极性PWM调制，桥臂上、下功率开关管互补导通，即S1和S2互补导通、S3和S4互补导通；S1和S4同步导通、S2和S3同步导通。
步骤S3中，如图2所示，接地故障恢复后，消弧线圈以及单相逆变器的退出运行。在注入电流信号的作用下，即使单相接地故障恢复，系统仍然处于谐振状态下，中性点电压保持不变。为了控制消弧线圈退出运行，需要打破系统的谐振运行工况，需要采用合理的退出机制。考虑通过控制单相逆变器向中性点额外注入一定大小的有功电流，等效于在并联谐振电路中增加阻尼电阻，可抑制系统的谐振；并联系统退出谐振过程中，中性点电压将逐渐下降，而注入的有功电流也将随着零序电压的下降而下降，当中性点电压下降至阈值以下，可判断单相接地故障恢复，则控制消弧线圈和单相逆变器退出运行。故障期间向系统注入有功电流的周期为1s，每次持续时间为0.1s；有功电流的大小设定为1A。
需要注意的是，因为单相故障的恢复时间不确定，因此在整个接地残留补偿的过程中，需要周期性地向系统注入有功电流，从而周期性判断接地故障有无消失，从而确保消弧线圈和逆变器及时退出运行。
如图3所示，本发明还提供一种全补偿消弧线圈接地残流检测系统，包括系统功率单元100以及控制器单元200；系统功率单元100包括依次连接的配电网网架结构110、消弧线圈120和补偿电容器、电力电子变换器130，控制器单元200包括依次连接的电力电子变换器控制器210和单相接地消弧线圈全补偿系统控制器220。
本实施例中，消弧线圈全补偿电感值为0.306H，过补偿电感值为0.2917H，额定电流100A，调匝式，每档位2.5A。补偿电容器额定输入：三相AC690V±10%；最小补偿电流：0.1A，补偿容量：1：2：4：8。
综上所述，本发明提供的全补偿消弧线圈接地残流检测方法及系统，能够快速、准确地补偿残流，使得接地残流限制在较小的范围甚至完全消除，从而有效抑制电弧接地过电压，保障设备的安全运行，减少供电中断及发生电力事故带来的经济损失，同时，保证人员人身安全，提高供电的安全性和可靠性。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种全补偿消弧线圈接地残流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对接地故障发生前接地电容值的容值进行测量；
S2、对接地故障中接地残流和单相逆变器进行控制；
S3、接地故障恢复后，消弧线圈以及单相逆变器的退出运行。
2.根据权利要求1所述的全补偿消弧线圈接地残流检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用信号注入法测量接地电容的大小，信号注入的步长为0.1Hz，每次注入不同频率信号的持续时间为0.2s，通过检测零序电压的最大值，得到谐振频率值。
3.根据权利要求1所述的全补偿消弧线圈接地残流检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，对单相逆变器的电流控制，采用PI调节器和PR调节器，PI调节器用来控制补偿电流信号中的直流分量，采用n次谐波的PR调节器，1次PR调节器控制补偿电流信号中的基波50Hz电流分量。
4.根据权利要求1所述的全补偿消弧线圈接地残流检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述并联系统退出谐振过程中，中性点电压将逐渐下降，注入的有功电流随着零序电压的下降而下降，当中性点电压下降至阈值以下，判断单相接地故障恢复，控制消弧线圈和单相逆变器退出运行。
5.根据权利要求4所述的全补偿消弧线圈接地残流检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，故障期间向系统注入有功电流的周期为1s，每次持续时间为0.1s；有功电流的大小设定为1A。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述的全补偿消弧线圈接地残流检测方法及其系统，其特征在于，包括系统功率单元以及控制器单元；所述系统功率单元包括依次连接的配电网网架结构、消弧线圈和补偿电容器、电力电子变换器，所述控制器单元包括依次连接的电力电子变换器控制器和单相接地消弧线圈全补偿系统控制器。
7.根据权利要求6所述的全补偿消弧线圈接地残流检测系统，其特征在于，所述消弧线圈的全补偿电感值为0.306H，过补偿电感值为0.2917H。
8.根据权利要求6所述的全补偿消弧线圈接地残流检测系统，其特征在于，所述补偿电容器的额定输入为三相AC690V，最小补偿电流：0.1A。
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