CN114123183B - 应用于配电网不接地系统的柔性接地系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本公开属于配电网技术领域，提供了种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统及其控制方法，包括以下步骤：步骤S01：柔性接地系统处于常态运行及过电压阻尼模式，则转入步骤S02；步骤S02：检测是否发生单相接地故障，若是则转入步骤S03；步骤S03：闭锁逆变单元，完成故障相的判断，转入步骤S04；步骤S04：柔性接地系统的运行模式转换为单相接地故障下的消弧模式，实时检测单相接地故障是否消失，若是则闭锁逆变单元，转入步骤S01；步骤S05：闭锁逆变单元，进行柔性接地系统所处的运行模式的过渡转换，转入步骤S04。

Description

应用于配电网不接地系统的柔性接地系统及其控制方法
技术领域
本公开属于配电网技术领域，具体涉及一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统及其控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
我国的配电网普遍采用非有效接地形式，即不接地系统和经消弧线圈接地系统。由于没有有效的接地点而常常发生设备的对地过电压、闪络等问题，这种非有效接地形式会造成绝缘击穿，严重影响电力系统的安全。随着电力电子装置的发展，电力电子控制逐渐被应用于配电网的柔性结构中，柔性接地作为一种经电力电子装置接地的形式，实现配电网过电压的抑制。
据发明人了解，目前大多柔性接地研究多集中于经消弧线圈接地系统的应用中，而配电网不接地系统的过电压现象要多于消弧线圈系统，尤其以铁磁谐振现象突出(消弧线圈接地系统中消弧线圈有利于降低铁磁谐振发生的条件)。虽然不接地系统的电容电流相对较小(一般小于20A)，在规程中可以不加装消弧线圈，但是仍然存在间歇性弧光接地的风险，容易引起间歇性弧光过电压。此外，配电网中存在三相线路对地参数的不平衡，正常运行时的中性点电压存在一定偏移，在正常运行时仍然需要尽量减小其偏移值。
发明内容
为了解决上述问题，本公开提出了一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统及其控制方法，在中性点不接地系统下，利用柔性接地装置输出功率进行故障检测和故障切除的检测方法，实现了装置在过电压抑制模式和消弧补偿模式下的柔性切换策略。
根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统，采用如下技术方案：
一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统，包括设置在配电网不接地系统母线上的接地变压器以及与接地变压器电连接的柔性接地装置；
其中，所述柔性接地装置包括依次串联的变压器单元、滤波单元、逆变单元和电源单元；所述变压器单元副边的阳极与所述接地变压器连接，阴极接地；所述变压器单元原边与所述滤波单元连接；所述逆变单元采用单相逆变器；所述电源单元包括相互并联的二极管整流电路和电容。
作为进一步的技术限定，所述二极管整流电路的整流桥臂分别与交流电的三相连接。
作为进一步的技术限定，所述应用于配电网不接地系统的柔性接地系统包括两种运行模式，分别为常态运行及过电压阻尼模式和单相接地故障下的消弧模式。
根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法，采用了第一方案中的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统，采用如下技术方案：
一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S01：柔性接地系统处于常态运行及过电压阻尼模式，则转入步骤S02；
步骤S02：检测是否发生单相接地故障，若是则转入步骤S03；
步骤S03：闭锁逆变单元，完成故障相的判断，转入步骤S04；
步骤S04：柔性接地系统的运行模式转换为单相接地故障下的消弧模式，实时检测单相接地故障是否消失，若是则闭锁逆变单元，转入步骤S01；
步骤S05：闭锁逆变单元，进行柔性接地系统所处的运行模式的过渡转换，转入步骤S04。
作为进一步的技术限定，在步骤S02中，没有发生单相接地故障时，柔性接地系统一直处于常态运行及过电压阻尼模式。
作为进一步的技术限定，在步骤S02中，在常态运行及过电压抑制模式下，实时检测输出有功功率，有功功率在每个采样周期进行一次更新计算，当监测到有功功率超过功率设定阈值时，判定为发生单相接地故障。
作为进一步的技术限定，在步骤S03中，故障相的判断过程为：采集闭锁时间内的三相对地电压，计算所采集到的三相对地电压的绝对值累加和，比较所计算的三相对地电压的绝对值累加和，通过故障相对地电压值最小判断故障所在相。
作为进一步的技术限定，在步骤S04中，若单相接地故障没有消失，柔性接地系统则继续处在单相接地故障下的消弧模式，运行在消弧模式下并实时检测单相接地是否消失，直到故障消失。
根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第二方面所述的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法中的步骤。
根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第二方面所述的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开基于柔性接地装置对配电网不接地系统的中性点偏移过电压进行抑制，同时在单相接地故障时实现消弧补偿，单相接地故障消失可能会引起配电网的铁磁谐振，保证配电网在单相接地故障消失后对铁磁谐振进行抑制。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开实施例一中的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的结构框图；
图2是本公开的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的运行模式转换图；
图3是本公开实施例二中的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法的流程图；
图4是本公开实施例二中的中性点电压的仿真图；
图5是本公开实施例二中的接地电流的仿真图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
现有的技术方案存在着一下的问题：
1)没有针对配电网不接地系统进行柔性接地系统的控制；
2)没有实现多工况下的协调配合控制，缺乏柔性接地装置在多控制模式下的转换；
3)没有并联消弧线圈，不存在消弧线圈和柔性接地装置两者间的相互影响，而消弧线圈系统中的柔性接地装置容易影响消弧线圈的测量和调节。
对此，本公开需要解决的技术问题为：
1)中性点不接地系统的柔性接地装置接入形式；
2)提出在中性点不接地系统下，柔性接地装置的过电压抑制模式和消弧补偿模式的柔性切换策略；
3)提出利用柔性接地装置进行故障检测和故障切除的检测方法。
基于柔性接地装置对配电网不接地系统的中性点偏移过电压进行抑制，同时在单相接地故障时实现消弧补偿，单相接地故障消失可能会引起配电网的铁磁谐振，本公开保证了配电网在单相接地故障消失后对铁磁谐振进行抑制。
实施例一
本公开实施例一介绍了一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统。
如图1所示的一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统，包括设置在配电网不接地系统母线上的接地变压器以及与接地变压器电连接的柔性接地装置；
其中，柔性接地装置包括依次串联的变压器单元、滤波单元、逆变单元和电源单元；变压器单元副边的阳极与接地变压器连接，阴极接地；变压器单元原边与滤波单元连接；逆变单元采用单相逆变器；电源单元包括相互并联的二极管整流电路和电容；二极管整流电路的整流桥臂分别与交流电的三相连接；应用于配电网不接地系统的柔性接地系统包括两种运行模式，分别为常态运行及过电压阻尼模式和单相接地故障下的消弧模式，两种模式过渡转换过程①和②通过检测加闭锁来完成，如图2所示。
在本实施例中，变压器单元采用隔离变压器，滤波单元采用LC滤波单元，逆变单元采用单相逆变桥；电源单元采用直流电源，包括相互并联的二极管整流电路和电容。
本实施例中所介绍的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统提出了在中性点不接地系统下，柔性接地装置的过电压抑制模式和消弧补偿模式的柔性切换策略。
实施例二
本公开实施例二介绍了一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法。
如图3所示的一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S01：柔性接地系统处于常态运行及过电压阻尼模式，则转入步骤S02；
步骤S02：检测是否发生单相接地故障，若是则转入步骤S03；
步骤S03：闭锁逆变单元，完成故障相的判断，转入步骤S04；
步骤S04：柔性接地系统的运行模式转换为单相接地故障下的消弧模式，实时检测单相接地故障是否消失，若是则闭锁逆变单元，转入步骤S01；
步骤S05：闭锁逆变单元，进行柔性接地系统所处的运行模式的过渡转换，转入步骤S04。
具体的，启动投入运行之后，运行在常态运行及过电压阻尼模式下，在此模式下不停检测接地故障是否发生，无接地故障发生时则一直在此状态下运行。当判断发生接地故障后，立刻闭锁单相逆变桥的器件，闭锁时长自主设定，在此期间完成故障相的判断。而后转入单相接地故障下的消弧模式，在此模式下装置将故障点电流控制在熄弧电流以下(一般小于5安培)，并实时检测故障是否消失或者切除。若接地故障消失，则立刻闭锁单相逆变桥的器件，而后快速转入常态运行及过电压阻尼模式。
两者转换过程的检测分别通过计算装置的有功功率和无功功率变化率完成。
检测单相接地故障由式(1)完成：
Pout>Pset (1)
其中，Pout为柔性接地装置输出有功功率(具体如公式(2)所述)，Pset为功率设定阈值；正常状态下此值较小，当发生单相接地故障后，输出有功功率迅速增大，当超过功率设定阈值Pset则判定为发生单相接地故障。
在常态运行/过电压抑制模式下，实时检测输出有功功率，有功功率Pout每一采样周期进行一次计算更新，计算如下：
其中，N代表每一工频周波的采样点数，U0代表零序电压，I0代表柔性接地装置输出电流。当超过功率设定阈值Pset则判定为发生单相接地故障。
故障相的具体判断过程为，在闭锁时间内采集三相对地电压，UAG、UBG、UCG，并计算三者的绝对值累加和sumA、sumB和sumC，并作比较，其中min{sumA，sumB，sumC}所在相为故障相，即通过故障相对地电压值最小来判断，这是通常判断判断故障相的方法。
在消弧补偿模式下，实时检测输出无功功率Qout，无功功率每一采样周期进行一次计算更新，计算如下：
其中，N代表每一工频周波的采样点数，U0代表零序电压，I0代表柔性接地装置输出电流。通过检测无功功率变化率超过其阈值Kset且Qout小于输出阈值Qset时，判定单相接地故障消失。即满足下式：
其中，Qout为柔性接地装置输出无功功率，消弧模式下此值较大，当故障消失后，输出无功功率迅速减小，通过检测无功功率变化率超过其阈值Kset且Qout小于输出阈值Qset时，判定单相接地故障消失。
通过快速检测故障消失或切除来使柔性接地装置从消弧补偿模式快速切换到过电压抑制模式来阻尼铁磁谐振的发生。
基于本实施例所介绍的控制方法，下面进行实际算例的分析：
未投入柔性接地装置时，配电网存在中性点偏移电压400V左右，0.8s柔性接地装置启动运行，中性点偏移电压迅速下降并稳定运行在20V，1.3s发生单相接地故障，装置检测到接地故障后闭锁，1.32s左右转入消弧补偿模式，接地点电流从20A左右下降到3A左右，2.5s故障切除，装置随之闭锁，而单相接地故障消失诱发铁磁谐振，此时仍然存在较高的中性点电压，2.7s左右，装置再次转入常态运行及过电压阻尼模式，铁磁谐振被抑制，电压被控制在20V左右，具体的中性点电压和接地电流的仿真图分别如图4和图5所示。
实施例三
本公开实施例三提供了一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例二所述的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法中的步骤。
详细步骤与实施例二提供的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法相同，在此不再赘述。
实施例四
本公开实施例四提供了一种电子设备。
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例二所述的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法中的步骤。
详细步骤与实施例二提供的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统，其特征在于，包括设置在配电网不接地系统母线上的接地变压器以及与接地变压器电连接的柔性接地装置；
其中，所述柔性接地装置包括依次串联的变压器单元、滤波单元、逆变单元和电源单元；所述变压器单元副边的阳极与所述接地变压器连接，阴极接地；所述变压器单元原边与所述滤波单元连接；所述逆变单元采用单相逆变器；所述电源单元包括相互并联的二极管整流电路和电容；
所述应用于配电网不接地系统的柔性接地系统包括两种运行模式，分别为常态运行及过电压阻尼模式和单相接地故障下的消弧模式；
所述柔性接地装置对中性点偏移过电压进行抑制，同时在单相接地故障时实现消弧补偿；
在消弧补偿模式下，实时检测输出无功功率Qout，无功功率每一采样周期进行一次计算更新，计算如下：
其中，N代表每一工频周波的采样点数，U0代表零序电压，I0代表柔性接地装置输出电流；
i为：
通过检测无功功率变化率超过其阈值Kset且Qout小于输出阈值Qset时，判定单相接地故障消；即满足下式：
其中，Qout为柔性接地装置输出无功功率，消弧模式下此值较大，当故障消失后，输出无功功率迅速减小，通过检测无功功率变化率超过其阈值Kset且Qout小于输出阈值Qset时，判定单相接地故障消失。
2.如权利要求1中所述的一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统，其特征在于，所述二极管整流电路的整流桥臂分别与交流电的三相连接。
3.一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法，采用了权利要求1-2中任一项所述的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01：柔性接地系统处于常态运行及过电压阻尼模式，则转入步骤S02；
步骤S02：检测是否发生单相接地故障，若是则转入步骤S03；
步骤S03：闭锁逆变单元，完成故障相的判断，转入步骤S04；
步骤S04：柔性接地系统的运行模式转换为单相接地故障下的消弧模式，实时检测单相接地故障是否消失，若是则闭锁逆变单元，转入步骤S01；
步骤S05：闭锁逆变单元，进行柔性接地系统所处的运行模式的过渡转换，转入步骤S04。
4.如权利要求3中所述的一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法，其特征在于，在步骤S02中，没有发生单相接地故障时，柔性接地系统一直处于常态运行及过电压阻尼模式。
5.如权利要求3中所述的一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法，其特征在于，在步骤S02中，在常态运行及过电压抑制模式下，实时检测输出有功功率，有功功率在每个采样周期进行一次更新计算，当监测到有功功率超过功率设定阈值时，判定为发生单相接地故障。
6.如权利要求3中所述的一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法，其特征在于，在步骤S03中，故障相的判断过程为：采集闭锁时间内的三相对地电压，计算所采集到的三相对地电压的绝对值累加和，比较所计算的三相对地电压的绝对值累加和，通过故障相对地电压值最小判断故障所在相。
7.如权利要求3中所述的一种应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法，其特征在于，在步骤S04中，若单相接地故障没有消失，柔性接地系统则继续处在单相接地故障下的消弧模式，运行在消弧模式下并实时检测单相接地是否消失，直到故障消失。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求3-7中任一项所述的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法中的步骤。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求3-7中任一项所述的应用于配电网不接地系统的柔性接地系统的控制方法中的步骤。
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