一种基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法技术

一种基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法，本发明专利技术采用基于交流斩波电路的电压源，可在配电网发生单相接地故障时向中性点注入电流，达到抑制故障电流、故障相电压的目的，控制方法为双PI控制，包括电流内环PI控制器和电压外环PI控制器，均具有

An Arc Suppression Control Method Based on AC Chopper Circuit for Single Phase Grounding Fault in Distribution Network

【技术实现步骤摘要】
一种基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法
本专利技术涉及电力领域，具体涉及一种基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法。
技术介绍
已知的，由于我国配电网具有线路长、多、复杂等因素，经常导致其故障频发，严重干扰电网的安全稳定运行及用户用电的质量。其中，最常见的为单相接地故障，为了解决单相接地故障带来的影响，目前一般采用消弧线圈来对接地电弧进行消除，但是由于消弧线圈不能补偿有功电流，导致其消弧能力有限。因此，进一步研究配电网单相接地故障消弧技术一直是本领域技术人员的诉求。申请人经过检索发现，中国专利，专利申请号为201710075754.7，专利名称为基于双闭环控制的配电网故障有源电压消弧方法及装置，公开号为CN106655144A,公开日为：2017年05月10日，其公开了一种有源电压消弧装置，但是，其电源输出并不理想，无法做到方便的调控，且其控制方法PR控制器过大的增益可能导致系统处于不稳定状态，同时，其参数设计不方便，无法满足实际需要等。综上，如何提供一种基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法就显得尤为重要。
技术实现思路
为克服
技术介绍
中存在的不足，本专利技术提供了一种基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法，本专利技术采用基于交流斩波电路的电压源后，实现了电压源的前级可调，使得注入电流的生成更加便捷，消弧效果有所提升，同时，PI控制器的使用不仅使得本专利技术対故障消弧具有快速性和可靠性，并且消除了PR控制器可能带来的增益过大而导致的系统不稳定问题等。为实现如上所述的专利技术目的，本专利技术采用如下所述的技术方案：一种基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法，所述控制方法具体包括如下步骤：第一步、建立消弧装置，所述消弧装置包括基于交流斩波电路的电压源，LC滤波器和注入变压器，所述基于交流斩波电路的电压源为单管反串联双向功率开关斩波调压电路，在上述电路拓扑中包含四个反并联快恢复二极管的全控型开关器件IGBT，经LC滤波器接在注入变压器低压侧，注入变压器高压侧接在配电网中性点；第二步、接上步，使用双PI闭环控制策略，包括电压外环PI控制器与电流内环PI控制器，其均具有的形式；加入外环和内环PI控制器后，电压外环闭环传递函数变为：，其中，,，Rf为接地电阻，L1、C1、R1为系统等效参数，LP为中性点消弧线圈电感，KP1为外环PI控制器比例系数，KI1为外环PI控制器积分系数，Gi为电流内环闭环传递函数：，其中，，，；L0、C0为LC滤波器的参数，KP2为内环PI控制器比例系数，Ki2为内环PI控制器积分系数，Kinv为交流斩波电路增益，控制回路首先将中性点电压与故障相电压相反值做差，然后将差值送至电压外环的PI控制器，外环PI控制器对信号进行比例调节和积分之后产生电流信号，将其与输出电流做差，再将差值送至电流内环PI控制器，内环PI控制器对信号进行比例调节和积分之后产生PWM信号，再控制基于交流斩波的电压源产生所需要的输出电压；第三步、接上步，使用Bode图对PI控制器参数进行优化，使得系统可以达到需要的性能，在电流内环与电压外环的开环传递函数Bode图中，分别通过改变内环及外环PI控制器的参数KP、KI，绘制多个曲线，通过选取幅值裕度为6dB和相位裕度为45°来选取最优曲线。所述的基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法，所述第一步中通过加入交流斩波电路的电压源，提高对电弧的的抑制速度和效果。所述的基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法，所述第一步中LC滤波器由L0和C0组成。所述的基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法，所述第一步中注入变压器和系统参数被等值为L1、C1和R1。采用如上所述的技术方案，本专利技术具有如下所述的优越性：本专利技术实现了对电压源的直接控制，在电压源前级可控的情况下，改进了系统的输出精度和响应速度，减小了导通损耗和谐波含量，提高了系统的稳定性和工作效率，同时本专利技术克服已有技术使用公式计算获取所需参数的缺点，不便于参数的后期调控，使设计人员无法直观了解系统的具体性能，本专利技术通过依靠Bode来获得具体参数的做法，直观绘制内环及外环PI控制器的参数KP、KI，多个曲线，根据幅值裕度、相位裕度选取最优曲线，让设计过程变得可视化，也改善了最终系统的性能等，适合大范围的推广和应用。附图说明图1为本专利技术的等效电路图；图2为本专利技术接入后配电网拓扑图；图3为配电系统的等效过程；图4为双PI控制原理图；图5为参数设计方法；图6为接地电阻25Ω时的仿真图像；图7为接地电阻200Ω时的仿真图像。具体实施方式通过下面的实施例可以更详细的解释本专利技术，本专利技术并不局限于下面的实施例；结合附图1～7所述的一种基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法，所述控制方法具体包括如下步骤：第一步、建立消弧装置，所述消弧装置包括基于交流斩波电路的电压源，LC滤波器和注入变压器，所述基于交流斩波电路的电压源为单管反串联双向功率开关斩波调压电路，在上述电路拓扑中包含四个反并联快恢复二极管的全控型开关器件IGBT，经LC滤波器接在注入变压器低压侧，注入变压器高压侧接在配电网中性点；其中通过加入交流斩波电路的电压源，提高对电弧的的抑制速度和效果；所述LC滤波器由L0和C0组成，注入变压器和系统参数被等值为L1、C1和R1；第二步、接上步，使用双PI闭环控制策略，包括电压外环PI控制器与电流内环PI控制器，其均具有的形式；加入外环和内环PI控制器后，电压外环闭环传递函数变为：，其中，,，Rf为接地电阻，L1、C1、R1为系统等效参数，LP为中性点消弧线圈电感，KP1为外环PI控制器比例系数，KI1为外环PI控制器积分系数，Gi为电流内环闭环传递函数：，其中，，，；L0、C0为LC滤波器的参数，KP2为内环PI控制器比例系数，Ki2为内环PI控制器积分系数，Kinv为交流斩波电路增益，控制回路首先将中性点电压与故障相电压相反值做差，然后将差值送至电压外环的PI控制器，外环PI控制器对信号进行比例调节和积分之后产生电流信号，将其与输出电流做差，再将差值送至电流内环PI控制器，内环PI控制器对信号进行比例调节和积分之后产生PWM信号，再控制基于交流斩波的电压源产生所需要的输出电压；采用双PI校正的复合抗扰控制策略后，不仅降低了配电网对地参数变化带来的波动，也提高系统响应速度，同时解决了现有技术存在的稳定性问题；第三步、接上步，使用Bode图对PI控制器参数进行优化，使得系统可以达到需要的性能，在电流内环与电压外环的开环传递函数Bode图中，分别通过改变内环及外环PI控制器的参数KP、KI，绘制多个曲线，通过选取幅值裕度为6dB和相位裕度为45°来选取最优曲线，幅值裕度和相位裕度的大小通过大量仿真及模拟实验得到，选取这个幅值裕度和相位裕度可以确保系统拥有良好的动态性能和稳态性能。本专利技术在有源消弧装置的控制方向上引入了一种新的参数设计方法，通过Bode图来对PI控制器参数进行设定，使得参数的设计变得更加方便和直观。本专利技术的具体实施例如下：本专利技术的目的是通过加入交流斩波的电压源，提高对电弧的的抑制速度和效果，基于此目标提出的双PI控制方法，在前向通道和内环中都加入PI控制器，解决现有消弧系统无法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法，其特征是：所述控制方法具体包括如下步骤：第一步、建立消弧装置，所述消弧装置包括基于交流斩波电路的电压源，LC滤波器和注入变压器，所述基于交流斩波电路的电压源为单管反串联双向功率开关斩波调压电路，在上述电路拓扑中包含四个反并联快恢复二极管的全控型开关器件IGBT，经LC滤波器接在注入变压器低压侧，注入变压器高压侧接在配电网中性点；第二步、接上步，使用双PI闭环控制策略，包括电压外环PI控制器与电流内环PI控制器，其均具有

【技术特征摘要】
1.一种基于交流斩波电路配电网单相接地故障消弧控制方法，其特征是：所述控制方法具体包括如下步骤：第一步、建立消弧装置，所述消弧装置包括基于交流斩波电路的电压源，LC滤波器和注入变压器，所述基于交流斩波电路的电压源为单管反串联双向功率开关斩波调压电路，在上述电路拓扑中包含四个反并联快恢复二极管的全控型开关器件IGBT，经LC滤波器接在注入变压器低压侧，注入变压器高压侧接在配电网中性点；第二步、接上步，使用双PI闭环控制策略，包括电压外环PI控制器与电流内环PI控制器，其均具有的形式；加入外环和内环PI控制器后，电压外环闭环传递函数变为：，其中，,，Rf为接地电阻，L1、C1、R1为系统等效参数，为中性点消弧线圈电感，KP1为外环PI控制器比例系数，KI1为外环PI控制器积分系数，Gi为电流内环闭环传递函数：，其中，，，；L0、C0为LC滤波器的参数，KP2为内环PI控制器比例系数，Ki2为内环PI控制器积分系数，Kinv为交流斩波电路增益，控制回路首先将中性点电压与故障相电压相反值做差，然后将差值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建华，郭晓静，刘方，赵发平，刘凯，刘然，佘彦杰，曾祥君，李理，陈帆，刘卫民，周燕，李雅琳，刘丽丽，贾梦青，李展高，李晨露，崔凯，郝文怡，杨世辉，陈炳杰，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司洛阳供电公司，国家电网有限公司，长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41