一种电力网中性点柔性接地电流补偿系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电力网中性点柔性接地电流补偿系统，包括：接地变压器、电力电子装置、控制器以及整流电路；中，所述接地变压器一次绕组中性点接地，二次绕组相线和中性线接入到所述电力电子装置的输出端，所述控制器连接到所述电力网母线的每一相和所述电力电子装置，用于测量所述电力网母线的电压和电流以及所述电力电子装置的各个回路的电压和电流，并且控制所述电力电子装置向所述接地变压器的二次绕组输入电流，所述整流电路为所述电力电子装置提供直流电。本发明专利技术的系统能够实现多种电力网中性点接地方式并可在线切换，解决了电力电子器件承受高电压问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电力网中性点柔性接地电流补偿系统
本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种电力网中性点柔性接地电流补偿系统。
技术介绍
三相交流电力系统中性点，即星形连接的变压器和电机的中性点，与大地之间的电气连接方式，称为电网中性点接地方式。中性点接地方式涉及电网的安全可靠性、经济性，直接影响设备绝缘水平的选择、系统过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。110kV及以上电网一般采用大电流接地方式，即中性点有效接地方式，这样中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，非故障相电压升高不会超过1.4倍运行相电压；暂态过电压水平也较低；故障电流很大，继电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短。在实际运行中，为降低单相接地电流，部分变压器采用不接地方式。3～66kV配电网一般采用小电流接地方式，中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相系统，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，即中性点非有效接地方式。这种方式电网允许带单相接地故障短时运行，供电质量较好。在我国一般认为系统属于小电流接地系统电力网，美国和西欧一般把的系统归属于小电流接地系统。中性点小电流接地方式主要可分为以下三种：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地及中性点经电阻接地。我国电气设备设计规范中规定：35kV电网如果单相接地电容电流大于10A，3kV～10kV电网如果接地电容电流大于30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式。随着供电网络的发展，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得电网单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障发展为事故的可能性增加。为了避免单相接地故障扩大，配电网采用中性点经电阻接地方式，配合继电保护快速切除故障线路日渐增多，我国《城市电网规划设计导则》(施行)第59条中规定“35kV、10kV城网，当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用电阻方式”。中性点经电阻接地是在电网中性点与大地之间串联接入电阻器，当发生单相接地故障时，线路接地点产生较大的零序电流，零序保护作用于跳闸，切除故障线路及故障点，快速恢复系统正常运行状态。中性点电阻接地系统一般采用星形或曲折星形接法的接地变压器接入电网，电阻器接入接地变压器中性点，电阻器需要短时承受接地故障时的相电压和接地电流，应具有相应的容量和散热元件，电阻箱需要专门设计制造。由于电缆瞬时性故障概率较小，以电缆线路为主的电力网一般倾向于采用中性点经电阻接地，以快速切除故障。由于单相接地故障的故障电阻和线路的阻抗随着故障性质和距离不同有较大差异，因此，中性点经电阻接地方式可能出现保护拒动。中性点经消弧线圈接地系统一般采用星形或曲折星形接法的接地变压器接入电网，消弧线圈(即可变单相电感器)接入接地变压器中性点和接地网之间。其基本原理是：电力网正常运行时，接地变压器中性点对地电压为零，消弧线圈电流为零；当电网出现单相接地故障时，非接地相电压升高，接地变压器中性点对地电压升高(金属性接地可升高到相电压)，消弧线圈产生感性电流。流经消弧线圈的电感电流与不接地相对地分布电容电流的和为流过接地点的电流，电感电容上电流相位相差180度，相互补偿。架空线路的瞬时性故障比例很高，采用架空线路为主的电力网一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。但是，由于消弧线圈和接地变压器都有有功损耗，实际上不可能完全补偿电容电流。为了避免谐振，通常配电网中采用过补偿。配电网中性点接地方式一直有较多的争论，配置方法也各有不同。近年来，一些专家提出在消弧线圈上并联电力电子换流装置，提高补偿精度；另一些专家提出并联电阻以实现快速切除故障。以上方法，都需要附加的电力电子器件和电阻器要承受高压相电压，电源提供和设备制均存在很大问题。以上方法，电力网中性点接地方法比较单一，设备制造困难。配电网中通常需要配置无功补偿设备，以减少电力网损耗，现多采用无源的电容器组/静态无功补偿或有源的静止无功发生器。配电网中的谐波通常采用无源或有源滤波器进行滤除。从理论上，无功补偿、谐波消除、对地电容电流补偿都是一种无功补偿技术，现有电力电子技术可以实现，可以统一按照无功功率进行补偿。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决小电流接地系统电力网的中性点柔性接地和无功补偿问题，实现一种实现具备多种接地方式并可在线切换的中性点柔性接地方法，同时解决电力电子器件通过变压器低压绕组控制高压电网承受高电压的技术问题，并可实现正常运行时无功补偿和滤除谐波功能。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种电力网中性点柔性接地电流补偿系统，其特征在于，包括：接地变压器、电力电子装置、控制器以及整流电路；其中，所述接地变压器一次绕组接入到电力网母线并中性点接地，所述二次绕组相线和中性线接入到所述电力电子装置的输出端，所述控制器连接到所述电力网母线的每一相和所述电力电子装置，用于测量所述电力网母线的电压和电流以及所述电力电子装置的各个回路的电压和电流，并且控制所述电力电子装置向所述接地变压器的二次绕组输入电流；所述整流电路的输入端接入到所述电力网母线中，所述输出端接入到所述电力电子装置，所述整流电路还连接到所述控制器，所述控制器控制所述整流电路为所述电力电子装置提供直流电流。其中，所述接地变压器的铁芯形成零序磁通闭合回路，采用三相五柱式变压器、壳式变压器或三台单相变压器组中的任一种，所述接地变压器采用YN0/yn接线，一次绕组接入到所述电力网母线并中性点接地，所述接地变压器二次绕组按照三相四线制接线接入到所述电力电子装置的输出端。其中，所述电力电子装置为四桥臂全控型电路，所述电力电子装置在所述控制器的控制下向所述接地变压器二次绕组分相注入可控电流，所述接地变压器一次绕组将可控电流注入电力网和大地，等效为电力网中性点接地系统。其中，所述系统还包括整流变压器，所述整流变压器的一次绕组连接到所述电力网母线，二次绕组连接到所述整流电路的输入端，并且所述控制器连接到所述整流变压器，所述控制器控制所述整流变压器的输出电压。其中，当发生电力网单相接地故障时，所述电力电子装置为控制器采集电力网电压和电流，控制所述电力电子装置产生交流电流输入到所述接地变压器，所述接地变压器一次绕组向非故障相与大地之间注入容性电流，等效补偿电力网非故障相对地电容电流，使故障点入地电流减小，等效中性点经消弧线圈接地方式。其中，当发生电力网单相接地故障时，所述控制器采集电力网母线电压和所述变压器支路的电流，控制所述电力电子装置产生交流电流输入到所述接地变压器，通过所述接地变压器一次绕组向故障相线路注入，形成故障点入地电流，产生一定数值的零序电流，启动故障线路零序保护动作，故障线路断路器跳闸，切除故障线路，等效中性点经电阻接地方式。其中，所述当发生电力网单相接地故障时，所述控制器控制所述电力电子装置不产生交流电流输入到所述接地变压器，不影响配电网运行状态，等效中性点不接地方式。其中，在电网正常运行时，所述控制器控制所述电力电子装置向所述接地变压器二次绕组注入可控无功电流或谐波电流，通过所述接地变压器注入电力网，实现无功补偿或滤除谐波的功能。本专利技术提供的电力网中性点柔性接地电流补偿装置系统，电力电子装置接于所述变压器二次星形绕组的相线及中性点，具有以下优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力网中性点柔性接地电流补偿系统，其特征在于，包括：接地变压器、电力电子装置、控制器以及整流电路；其中，所述接地变压器一次绕组接入到电力网母线并中性点接地，所述接地变压器的二次绕组为星形带中性点结构，所述二次绕组相线和中性线接入到所述电力电子装置的输出端，所述控制器连接到所述电力网母线的每一相和所述电力电子装置，用于测量所述电力网母线的电压和电流以及所述电力电子装置的各个回路的电压和电流，并且控制所述电力电子装置向所述接地变压器的二次绕组输入电流；所述整流电路的输入端接入到所述电力网母线中，所述输出端接入到所述电力电子装置，所述整流电路还连接到所述控制器，所述控制器控制所述整流电路为所述电力电子装置提供直流电流。

【技术特征摘要】
1.一种电力网中性点柔性接地电流补偿系统，其特征在于，包括：接地变压器、电力电子装置、控制器以及整流电路；其中，所述接地变压器一次绕组接入到电力网母线并中性点接地，所述接地变压器的二次绕组为星形带中性点结构，所述二次绕组相线和中性线接入到所述电力电子装置的输出端，所述控制器连接到所述电力网母线的每一相和所述电力电子装置，用于测量所述电力网母线的电压和电流以及所述电力电子装置的各个回路的电压和电流，并且控制所述电力电子装置向所述接地变压器的二次绕组输入电流；所述整流电路的输入端接入到所述电力网母线中，所述输出端接入到所述电力电子装置，所述整流电路还连接到所述控制器，所述控制器控制所述整流电路为所述电力电子装置提供直流电流。2.根据权利要求1所述的电力网中性点柔性接地电流补偿系统，其特征在于，所述接地变压器的铁芯形成零序磁通闭合回路，采用三相五柱式变压器、壳式变压器或三台单相变压器组中的任一种，所述接地变压器采用YN0/yn接线，一次绕组接入到所述电力网母线并中性点接地，所述接地变压器二次绕组按照三相四线制接线接入到所述电力电子装置的输出端。3.根据权利要求1所述的电力网中性点柔性接地电流补偿系统，其特征在于，所述电力电子装置为四桥臂全控型电路，所述电力电子装置在所述控制器的控制下向所述接地变压器二次绕组分相注入可控电流，所述接地变压器一次绕组将可控电流注入电力网和大地，等效为电力网中性点接地系统。4.根据权利要求1所述的中性点柔性接地电流补偿系统，其特征在于，所述系统还包括整流变压器，所述整流变压...

【专利技术属性】
技术研发人员：时振堂，姜俊莉，张明，钱志红，李君，刘维功，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11