一种配电网有源消弧装置电压控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种配电网有源消弧装置电压控制方法。该方法用于控制接于中性点与大地之间的有源消弧装置的输出电压，使其在单相接地故障时与故障相电压相反数保持一致，从而达到故障消弧的目的。该方法通过向中性点注入特定的电流来达到控制输出电压的目的，此电流包含与故障电流相对应的有功、无功和谐波分量。控制方法的具体实现包括中性点电压外环和输出滤波器电感电流内环两部分。外环采用比例积分器与比例谐振控制器的组合形式，调节中性点电压以生成电流内环给定值；内环采用比例调节器调节输出滤波器电感电流，使其跟踪电流内环给定值，并通过输出滤波器电容电压前馈以达到提高电流控制精度的目的。不需要检测电容电流，可实现在接地电阻变化及故障电流畸变下的消弧。

A voltage control method for active arc suppression device in distribution network

The invention discloses a voltage control method for an active arc suppression device in a distribution network. The method is used to control the output voltage of the active arc extinguishing device connected to the neutral point and the earth, so that it is consistent with the opposite number of the fault phase voltage in the single-phase grounding fault, thus achieving the purpose of the fault arc suppression. This method achieves the purpose of controlling the output voltage by injecting a specific current into the neutral point, which contains the active and reactive power and the harmonic components corresponding to the fault current. The implementation of the control method includes two parts: neutral point voltage outer loop and output filter inductor current inner loop. The outer ring adopts the combination of the proportional integrator and the proportional resonant controller to adjust the neutral point voltage to generate the given value of the current inner loop, and the inner loop uses the proportional regulator to adjust the output filter inductance current of the output filter to make it track the current inner loop given value, and to improve the current control precision by the output filter capacitance voltage feedforward. The purpose of it. No need to detect capacitance current, it can realize the arc resistance of grounding resistance change and fault current distortion.

【技术实现步骤摘要】
一种配电网有源消弧装置电压控制方法
本专利技术涉及接地故障有源消弧领域，具体地，涉及一种配电网有源消弧装置电压控制方法。
技术介绍
在配电网中，供电的可靠性具有非常重要的意义，供电可靠性问题大多起源于单相接地故障。配电网规模扩大使接地故障电流增加，故障电弧无法自然熄灭，易导致电力供应的中断。传统的接地故障消弧装置主要针对接地电流中的容性分量，没有考虑其有功分量和谐波分量，且需要检测电容电流，消弧效果有限。此外，消弧线圈和线路对地电容可能发生串联谐振，产生过电压从而引起跨线故障和线路绝缘损坏。因此，接地电流全补偿和消弧线圈电感连续可调技术在实际应用中引起了广泛的重视，而有源消弧装置在配电网中的应用也愈加重要。配电网有源消弧装置由一个三相不可控整流器、单相逆变器、LC滤波器以及隔离变压器Ti构成，其中整流器和逆变器经过直流电容器并联连接。通过采集配电网三相电压和中性点电压，有源消弧装置可产生一幅值和相位可控的零序电流，经过输出电感电容滤波后，向配电网中性点注入该电流来抑制零序电压，从而抑制故障点电流，破坏电弧重燃的条件，实现接地电流全补偿、在接地电阻变化及故障电流畸变下消弧的目的，具有精度高、响应迅速的特点，可广泛应用于配电网系统，有效解决单相接地故障问题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种配电网有源消弧装置电压控制方法，通过控制接于中性点与大地之间的有源消弧装置的输出电压，使其在单相接地故障时与故障相电压相反数保持一致，以将故障点对地电压控制为零，从而达到故障消弧的目的。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是，一种配电网有源消弧装置电压控制方法，其特征在于，包括消弧参考电流生成方法、中性点电压外环和输出滤波器电感电流内环。其中，消弧参考电流生成方法，其特征在于，所生成的消弧参考电流包含有功、无功和谐波分量，分别与线路泄漏电流、电容电流及故障电流谐波相对应，并具有的形式，其中UC为故障相电压，RS为配电网单相泄漏电阻值，CS为配电网单相对地电容值，Ih为故障电流谐波分量；中性点电压外环，其特征在于，电压给定值为单相接地故障相电压的相反数，反馈值为中性点电压，外环控制器由比例积分器与比例谐振控制器组合而成，具有的形式，其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kr为谐振系数，ω0为基波频率，在控制器参数中，比例、积分系数的目的是抵消配电网等效一阶传递函数中的极点；输出滤波器电感电流内环，其特征在于，电流给定值为上述中性点电压外环所生成的调节量，反馈值为输出滤波器电感电流，内环控制器采用比例调节器，内环还包括输出滤波器电容电压前馈，前馈系数为逆变器增益的倒数，比例调节器的输出与电容电压前馈值叠加后得到PWM调制波。本专利技术的有益效果是：1)不需要检测电容电流，通过输出电容电压前馈和电感电流反馈，实现在接地电阻变化及存在谐波干扰下的良好的消弧效果；2)通过补偿接地电流中的有功、无功和谐波分量，实现接地故障电流全补偿，从而达到接地故障可靠熄弧的目的。下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1为配电网有源消弧拓扑结构图。图2为系统简化电路图。图3为配电网等效模型。图4为有源消弧系统电压控制示意图。图5为有源消弧系统电压控制简化框图。图6为配电网有源消弧拓扑结构图。具体实施方式以下结合附图对配电网系统分析及有源消弧装置电压控制方法进行说明。图1为带一条馈线的10kV配电网系统拓扑结构，UX(X＝A，B，C)分别表示A，B，C三相电源电压，RX和CX分别表示每相对地泄漏电阻和对地电容。假定单相接地故障发生在C相，接地故障电阻为RF，谐波源采用接于A相的零序谐波电流源模拟，其电流为ih。配电网中性点通过有源消弧装置接地，如图1中虚线框中所示，其中包含了一个三相不可控整流器、单相逆变器、LC滤波器以及隔离变压器Ti。整流器和逆变器经过直流电容器并联连接。为简化分析，上述有源消弧装置用可控电流源Ii代替。假设配电网三相对地分布参数是对称的，三相对地电阻、电容和阻抗分别为RS、CS和ZS，同时假定系统电压为基频正序，接地电流、故障相电压、中性点对地电压分别用IF，UF和UN表示，由此得到图2所示的系统简化电路图。可以看出，中性点对地电压和故障相电压在谐波域是相等的。因此，为了限制接地电流为零，将IF的值设为零，于是得到Ii的表达式为定义全补偿电流为在接地阻抗变化和零序谐波存在的情况下，始终能保证系统的接地电流为零的注入电流，该电流由零序接地电流的有功、无功和谐波分量组成，分别与线路泄漏电流、电容电流及故障电流谐波相对应。用-UC代替UNf，可以得到注入电流的表达式为其中UC为故障相电压，Ih为故障电流谐波分量。可以明显看出，如果控制注入电流Ii为Iful_com，故障相电压和接地电流可以被限制为零，从而达到了消除故障电弧的目的。由于Ii的表达式是建立在IF等于零，即UF等于零的前提下，此时UN＝-UC，也就是说，接地电流全补偿等效为将中性点对地电压控制为UC(即故障相电压)的相反数。因此，通过控制中性点对地电压为故障相电压的相反数，可以实现接地电流的全补偿。在分析接地电流全补偿原理的基础上，为实现配电网有源消弧装置电压控制，分别从基波域和谐波域对配电网零序电路进行建模，其在基波域相当于电压源E0和阻抗Zeq串联，在谐波域等效为电流源ih，得到图3所示的配电网等效模型。为了进一步分析控制方法，将模型转换到了隔离变压器的低压侧，根据戴维宁定理，E0和Zeq可以表示为等效电压源E0表示三相对地参数不对称引起的不对称电压，等效阻抗Zeq表示有源消弧装置的负载，即配电网的零序阻抗，二者不仅与配电网的分布参数有关，而且也与接地电阻有关。当发生高阻接地故障时，泄漏电阻可以忽略，此时有源消弧装置的负载主要呈容性。通过对配电网等效模型分析，在已获得需注入的消弧参考电流的前提下，可对配电网采用有源消弧装置双闭环控制方法。图4为有源消弧系统电压控制示意图，图5为有源消弧系统电压控制简化框图。该控制方法由中性点电压外环和输出滤波器电感电流内环组成。控制器电压外环采用比例积分器与比例谐振控制器的组合形式，调节中性点电压以生成电流内环给定值，用来实现系统在基频处零稳态误差，以及抑制接地故障谐波电流和负载变化引起的电压波动，由图5可得到中性点电压UNs的传递函数：由于Gad/Zeq约等于sCo，在电压外环带宽范围内，Gin的大小可以等效为1，从而可以得到G2的表达式为可以看出如果Gu在基频处趋于无穷大，那么G2将会趋于零，此时E0可以被完全抑制。对于接地故障电流中主要存在的3次，5次，7次谐波分量，前向通道Gad/(sCo)对谐波就有一定的抑制作用，采用PI控制器结合谐振控制器就能达到良好的控制效果。对于其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kr为谐振系数，ω0为基波频率，通过选取合适的参数，在基频处，前向通道传递函数的增益趋于无穷大，从而不仅实现了系统零稳态误差，而且对E0有明显抑制作用。在不同的接地故障电阻情况下，电压环前向通跟踪性能和对低频谐波电流更好的抑制效果。当接地故障电阻增大时，剪切频率也随着增大，表明在高阻接地故障下，带宽越大，响应速度越快，由于实际的接地故障电阻通常都较大，因此控制系统低频段性能容易保证。内环采用比例调节器调节输出滤波器电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网有源消弧装置电压控制方法，其特征在于，包括消弧参考电流生成方法、中性点电压外环和输出滤波器电感电流内环。

【技术特征摘要】
1.一种配电网有源消弧装置电压控制方法，其特征在于，包括消弧参考电流生成方法、中性点电压外环和输出滤波器电感电流内环。2.根据权利要求1所述的消弧参考电流生成方法，其特征在于，所生成的消弧参考电流包含有功、无功和谐波分量，分别与线路泄漏电流、电容电流及故障电流谐波相对应，并具有的形式，其中UC为故障相电压，RS为配电网单相泄漏电阻值，CS为配电网单相对地电容值，Ih为故障电流谐波分量。3.根据权利要求1所述的中性点电压外环，其特征在于，电压给定值为单相接地故障相电压的相反数，反馈值为中性点电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，马明文，汪发良，曾祥君，颜灵杰，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43