CN106356833A - 一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法，用于获取最优注入电流参数，并向配电网中性点注入相应的注入电流，实现对单相接地故障电压及故障电流的抑制。本发明实施例方法包括：确定测量的故障相电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值，然后根据该相位参考值和幅值参考值注入相应的注入电流。该方法简化控制过程，除去了复杂的多项参数检测，获取注入电流参考值，从而控制注入相应的电流，实现配电网接地故障的快速消弧。

Description

一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法

技术领域

本发明涉及配电网单相接地故障消弧领域，尤其涉及一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法。

背景技术

配电网作为电力系统的终端部分，其安全稳定运行直接关系着广大用户的用电质量。但配电网的运行环境复杂多变，容易发生各类随机故障，其中单相接地故障是配电网中影响恶劣且最常发生的故障。目前为抑制故障电流，防止接地电弧的产生，我国配电网更多地选择中性点经消弧线圈接地方式。

目前配电网故障消弧一般有中性点经消弧线圈接地方式、电压消弧法和注入电流法等方法。其中注入电流法是一种新型的配电网单相接地故障抑制方法，装置连接于配电网中性点与大地之间，当发生单相接地故障时，向配电网注入一特定幅值与相位的电流，使用有源方法调节系统的零序电压，通过抑制故障相对地电压至零，达到抑制单相接地故障电流、实现故障消弧和配电网保护的目的。该方法可在故障发生瞬间，判断故障相。通过检测配电网的对地参数从而计算注入电流参考值，通过控制柔性接地装置中电力电子元器件开关的通断来控制其输出电流，并注入配电网进行故障抑制。

然而这种注入电流法对装置的控制性能要求极高，需要实时精确调节注入电流的相位和幅值。而由于注入电流参考值与配电网对地参数相关，不仅十分复杂，而且难以获取，因此目前对于注入电流的控制，业界还没有十分有效的方法。因此如何控制注入电流，实现配电网接地故障的快速消弧是本领域技术人需要解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法，简化控制过程，获取注入电流参考值，通过向配电网中性点注入合适的电流，控制配电系统的零序电压和单相接地故障电流，实现配电网接地故障的快速消弧。

本发明实施例提供了一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法，包括：

确定测量的故障相电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值；

根据所述相位参考值和所述幅值参考值注入所述注入电流。

优选地，

确定测量的故障相对地电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值具体包括：

改变所述注入电流相位，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流相位，定义为所述相位参考值；

改变所述注入电流幅值，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流幅值，定义为所述幅值参考值。

进一步地，

改变所述注入电流相位，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流相位，定义为所述相位参考值还包括：

设定第一注入电流幅值初值为配电网正常运行时的对地电容电流幅值和设定第一注入电流相位初值为滞后故障相电压相位90度；

调整所述注入电流相位，比较所述故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的所述注入电流相位，定义为所述相位参考值。

进一步地，

改变所述注入电流幅值，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流幅值，定义为所述幅值参考值还包括：

设定第二注入电流幅值初值为所述配电网正常运行时的对地电容电流幅值和设定第二注入电流相位初值为所述相位参考值；

调整所述注入电流幅值，比较所述故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的所述注入电流幅值，定义为所述幅值参考值。

优选地，

确定测量的故障相电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值之前还包括：

测量配电网零序电压有效值，若所述配电网零序电压有效值超过15％额定相电压时，判定所述配电网发生故障；

比较各相对地电压大小，判断所述各相对地电压中电压最低相为所述故障相。

本发明实施例提供了一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制装置，包括：

计算模块，用于确定测量的故障相电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值；

注入模块，用于根据所述相位参考值和所述幅值参考值注入所述注入电流。

优选地，

所述计算模块包括：

相位计算子模块，用于改变所述注入电流相位，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流相位，定义为所述相位参考值；

幅值计算子模块，用于改变所述注入电流幅值，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流幅值，定义为所述幅值参考值。

优选地，

所述控制装置还包括：

判断模块，用于测量配电网零序电压有效值，若所述配电网零序电压有效值超过15％额定相电压时，判定所述配电网发生故障；

比较模块，用于比较各相对地电压大小，判断电压最低相为所述故障相。

优选地，

所述相位计算子模块具体包括：

第一设定单元，用于设定第一注入电流幅值初值为配电网正常运行时的对地电容电流幅值和设定第一注入电流相位初值为滞后故障相电压相位90度；

第一运算单元，用于调整所述第一注入电流相位，比较所述故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的所述第一注入电流相位，定义为所述相位参考值。

优选地，

所述幅值计算子模块具体包括：

第二设定单元，用于设定第二注入电流幅值初值为所述配电网正常运行时的对地电容电流幅值和设定第二注入电流相位初值为所述相位参考值；

第二运算单元，用于调整所述第二注入电流幅值，比较所述故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的所述第二注入电流幅值，定义为所述幅值参考值。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例简化了控制过程，采用了简单而又实用有效的方法获取注入电流参考值，根据计算获取的注入电流相位参考值和注入电流幅值参考值注入相应的注入电流，从而控制配电系统的零序电压，实现配电网接地故障的快速消弧。此外，本发明实施例无需对消弧线圈频繁调档，避免了谐振过电压的产生，成本低，响应速度快，装置与配电网通过注入变压器隔离，不会给系统带来任何冲击。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法中配电网单相接地故障消弧补偿的原理图；

图4为本发明实施例提供的另一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法中注入电流与配电网各相电压的相量示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制装置的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制装置中计算模块组成部分的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制装置中相位计算子模块内部组成和幅值计算子模块内部组成的示意图；

图9为本发明实施例提供的一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法应用后故障相对地电压波形的示意图。

其中，附图标记如下所述：

501.判断模块；502.比较模块；503.计算模块；5031.相位计算子模块；5032.幅值计算子模块；50311.第一设定单元；50312.第一运算单元；50321.第二设定单元；50322.第二运算单元；504.注入模块。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法，用于得到最优注入电流，并注入配电网中性点，实现对单相接地故障电压及故障电流的抑制。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法，如图1所示，包括：

101、确定测量的故障相电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值；

102、根据相位参考值和幅值参考值注入对应的注入电流。

其中步骤101确定测量的故障相对地电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值具体包括：

1011、改变注入电流相位，查找使故障相电压最小时对应的注入电流相位，定义为相位参考值；

需要说明的是，步骤1011具体为固定幅值初值，以△θ为相位步长调整注入电流相位取值，比较故障相对地电压的大小，查找故障相电压最小时对应的注入电流相位，定义为最优注入电流相位，即相位参考值。

1012、改变注入电流幅值，查找使故障相电压最小时对应的注入电流幅值，定义为幅值参考值；

需要说明的是，步骤1012具体为固定相位初值为上述的最优注入电流相位，以△θ为幅值步长调整注入电流幅值取值，比较故障相对地电压的大小，查找故障相电压最小时对应的注入电流幅值，定义为最优注入电流幅值，即相位参考值。

步骤1011和步骤1012的执行顺序可以互换，互换之后的实施方式基本相同，并不会造成实质性的影响，此处不再赘述。

需要说明的是，步骤102具体为根据相位参考值和幅值参考值向配电网中性点注入对应的注入电流，从而抑制零序电压和零序电流，实现故障消弧。

上述是对本发明实施例的各个步骤进行详细的描述，下面将对步骤1011和步骤1012进行详细的描述，请参阅图2，本发明实施例提供的另一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法包括：

步骤1011改变注入电流相位，查找使故障相电压最小时对应的注入电流相位，定义为相位参考值还包括：

2011、设定第一注入电流幅值初值和第一注入电流相位初值；

第一注入电流幅值初值为配电网正常运行时的对地电容电流幅值；

第一注入电流相位初值为滞后故障相电压相位90度；

2012、调整注入电流相位，比较故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的注入电流相位，定义为相位参考值。

此外，

步骤1012改变注入电流幅值，查找使故障相电压最小时对应的注入电流幅值，定义为幅值参考值还包括：

2021、设定第二注入电流幅值初值和第二注入电流相位初值；

第二注入电流幅值初值为配电网正常运行时的对地电容电流幅值；

第二注入电流相位初值为相位参考值；

2022、调整注入电流幅值，比较故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的注入电流幅值，定义为幅值参考值。

图3为使用柔性接地装置的配电网单相接地故障抑制原理图，柔性接地装置与消弧线圈并联，采用电流控制方案，利用PWM有源逆变技术对其输出电流的幅值和相位进行控制，其输出电流为I_i。E_A、E_B、E_C表示配电网的三相电源，r₀、C₀分别为各相对地泄漏电阻及电容，U_N为中性点电压；假设单相接地故障发生在C相，故障相对地电压(故障电电压)为U_C，接地电阻为Rf。

将各相对地导纳表示为并对中性点列写节点电流方程有：

$I_i=(E_A+U_N)Y_0+(E_B+U_N)Y_0+(E_C+U_N)(Y_0+\frac{1}{R_f})---\left(1\right)$

由于三相电源为对称电源，因此E_A+E_B+E_C＝0，且U_N＝U_C-E_C，故式(1)可表示为：

$I_i=U_C(3Y_0+\frac{1}{R_f})-E_C\·3Y_0---\left(2\right)$

若通过有源逆变装置注入电流

$I_i^{*}=-E_C\·3Y_0---\left(3\right)$

则故障相对地电压U_C被钳制到零，故障电流也被抑制，破坏了电弧燃烧的条件，从而有效地实现了故障消弧。

将代入式(3)，该式可表示为：

$\begin{array}{c}{I}_i^{*}=-E_C\·3Y_0\\ =-E_C\·3({\mathrm{j\ωC}}_0+\frac{1}{r_0})\end{array}---\left(4\right)$

式中r₀、C₀分别表示各相对地泄漏电阻及电容，而泄漏电阻导纳相对于泄漏电容电纳很小，因此，若只考虑对地泄露电容，注入电流相位滞后故障相电压相位90度，且注入电流幅值与对地电容电流幅值相等；若考虑泄漏电阻带来的影响，实际注入电流相位超前故障相电压相位应略大于90度，幅值则略大于实际对地电容电流幅值。

因此，取注入电流相位初值θ₀滞后故障相电压相位90度，取注入电流幅值初值I_i0＝I_C。

为尽可能简化控制过程、缩短控制时间、保证控制精度，需要对注入电流幅值和相位的调控范围及具体调控方法做进一步的分析。

图4所示为注入电流与配电网各相电压的相量图，图中I_c表示对地电容电流，I_r表示对地的泄漏电阻电流。由于线路与大地之间不仅存在对地泄露电容，还存在对地泄露电阻，结合图4和公式(4)可知泄漏电阻的存在会给注入电流幅值及相位带来一定的影响。一般而言，10～35kV等级的配电网中，泄漏电阻电流为对地电容电流的2％～5％，恶劣气象条件或绝缘老化时会有所增大，但一般不会超过电容电流的10％。

设一般配电网(电压等级35kV及以下)中最大电容电流小于等于150A，根据图2，此时注入电流幅值应小于等于滞后故障相电压的相位应小于等于因此可将注入电流幅值的调控范围限定在1A以内，相位的调控范围限定在6°以内。同时，为了保证调控的精度和速度，可适当选取注入电流相位及幅值的调整步长△θ与△I_i。

因此，基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法的具体实施方案中的步骤1011可以具体表述为：

选取注入电流相位的初值θ₀为滞后故障相电压90度，幅值的初值I_i0等于电容电流I_C，以△θ为相位的调整步长，比较注入电流相位取值为θ_x＝θ₀+x·Δθ(θ_x-θ₀＜6°)时故障相对地电压的大小，使得该电压最小的相位即为最优相位θ_m，也就是相位参考值θ_m。

基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法的具体实施方案中的步骤1012可以具体表述为：

固定相位为θ_m，以△I_i为幅值的调整步长，比较注入电流幅值取值为I_iy＝I_i0+y·ΔI_i(I_iy-I_i0＜1A)时故障相对地电压的大小，使得该电压最小的幅值即为最优幅值I_in.，也就是幅值参考值I_in。

上述是对本发明实施例的步骤1011和步骤1012进行详细的描述，下面将对故障判断和过程控制进行详细的描述，请参阅图5，本发明实施例提供的另一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法包括：

401、测量配电网零序电压有效值，若配电网零序电压有效值超过15％额定相电压时，判定配电网发生故障；

402、比较各相对地电压大小，判断各相对地电压中电压最低相为故障相；

403、确定测量的故障相电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值；

404、根据相位参考值和幅值参考值向配电网中性点注入对应的注入电流。

上述是对本发明实施例的故障判断和过程控制进行详细的描述，下面将对实施该方法的装置进行详细的描述，请参阅图6、图7和图8，本发明实施例提供的一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制装置，包括：

判断模块501，用于测量配电网零序电压有效值，若配电网零序电压有效值超过15％额定相电压时，判定配电网发生故障；

比较模块502，用于比较各相对地电压大小，判断电压最低相为故障相。

计算模块503，用于确定测量的故障相电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值；

注入模块504，用于根据相位参考值和幅值参考值注入注入电流。

计算模块503包括：

相位计算子模块5031，用于改变注入电流相位，查找使故障相电压最小时对应的注入电流相位，定义为相位参考值；

幅值计算子模块5032，用于改变注入电流幅值，查找使故障相电压最小时对应的注入电流幅值，定义为幅值参考值。

相位计算子模块5031具体包括：

第一设定单元50311，用于设定第一注入电流幅值初值为配电网正常运行时的对地电容电流幅值和设定第一注入电流相位初值为滞后故障相电压相位90度；

第一运算单元50312，用于调整第一注入电流相位，比较故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的第一注入电流相位，定义为相位参考值。

幅值计算子模块5032具体包括：

第二设定单元50321，用于设定第二注入电流幅值初值为配电网正常运行时的对地电容电流幅值和设定第二注入电流相位初值为相位参考值；

第二运算单元50322，用于调整第二注入电流幅值，比较故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的第二注入电流幅值，定义为幅值参考值。

请参阅图6，判断模块501、比较模块502、计算模块503、注入模块504依次连接；

请参阅图7，计算模块503包含相位计算子模块5031和幅值计算子模块5032，这两个子模块互相连接；

请参阅图8，相位计算子模块5031内部的第一设定单元50311和第一运算单元50312连接；幅值计算子模块5032内部的第二设定单元50321和第二运算单元50322连接。

图9所示为最优注入电流下故障电压波形，可以看出，在该故障条件下，在0.1s时刻注入最优电流，故障点电压从6425.3V被抑制到零，利用柔性接地装置从源头上实现了单相接地故障的有源消弧。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制方法，其特征在于，包括：

确定测量的故障相电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值；

根据所述相位参考值和所述幅值参考值注入所述注入电流。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，确定测量的故障相对地电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值具体包括：

改变所述注入电流相位，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流相位，定义为所述相位参考值；

改变所述注入电流幅值，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流幅值，定义为所述幅值参考值。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，改变所述注入电流相位，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流相位，定义为所述相位参考值具体包括：

设定第一注入电流幅值初值为配电网正常运行时的对地电容电流幅值和设定第一注入电流相位初值为滞后故障相电压相位90度；

调整所述第一注入电流相位，比较所述故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的所述第一注入电流相位，定义为所述相位参考值。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，改变所述注入电流幅值，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流幅值，定义为所述幅值参考值具体包括：

设定第二注入电流幅值初值为所述配电网正常运行时的对地电容电流幅值和设定第二注入电流相位初值为所述相位参考值；

调整所述第二注入电流幅值，比较所述故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的所述第二注入电流幅值，定义为所述幅值参考值。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，确定测量的故障相电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值之前还包括：

测量配电网零序电压有效值，若所述配电网零序电压有效值超过15％额定相电压时，判定所述配电网发生故障；

比较各相对地电压大小，判断所述各相对地电压中电压最低相为所述故障相。

6.一种基于配电网的接地故障抑制装置的控制装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于确定测量的故障相电压最小时对应的注入电流的相位参考值和幅值参考值；

注入模块，用于根据所述相位参考值和所述幅值参考值注入所述注入电流。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述计算模块包括：

相位计算子模块，用于改变所述注入电流相位，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流相位，定义为所述相位参考值；

幅值计算子模块，用于改变所述注入电流幅值，查找使故障相电压最小时对应的所述注入电流幅值，定义为所述幅值参考值。

8.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

判断模块，用于测量配电网零序电压有效值，若所述配电网零序电压有效值超过15％额定相电压时，判定所述配电网发生故障；

比较模块，用于比较各相对地电压大小，判断电压最低相为所述故障相。

9.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述相位计算子模块具体包括：

第一设定单元，用于设定第一注入电流幅值初值为配电网正常运行时的对地电容电流幅值和设定第一注入电流相位初值为滞后故障相电压相位90度；

第一运算单元，用于调整所述第一注入电流相位，比较所述故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的所述第一注入电流相位，定义为所述相位参考值。

10.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述幅值计算子模块具体包括：

第二设定单元，用于设定第二注入电流幅值初值为所述配电网正常运行时的对地电容电流幅值和设定第二注入电流相位初值为所述相位参考值；

第二运算单元，用于调整所述第二注入电流幅值，比较所述故障相电压的大小，查找故障相电压最小时对应的所述第二注入电流幅值，定义为所述幅值参考值。