一种配电网柔性接地控制方法与流程

本发明涉及一种配电网柔性接地控制方法，属于配电网技术领域。

背景技术：

随配电系统进一步发展，规模显著增大，对接地故障电流控制的要求进一步提高；以往被忽略的系统对地泄漏电流(即有功电流，约占电容电流的1％-8％左右)需要考虑。但谐振接地方式只能补偿故障点无功电流，不能补偿有功电流和谐波电流，电流抑制效果有限。为此，国内外提出了中性点负电阻等概念，从中性点注入有功电流补偿系统对地泄漏电流，研发了基于电力电子技术的注入中性点电流的系列装置，如基于IGBT的消弧接地补偿装置、柔性零残流消弧线圈接地方式等。但这些电力电子消弧装置都以故障点电流为控制对象，注入电流补偿电网对地电容电流和电阻(泄漏)电流，强迫故障点电流小于一定范围；受故障点电阻不确定等因素影响，注入电流控制复杂，故障抑制效果有限。

且现有消弧线圈补偿的方式仅能补偿瞬时性接地故障，对于间歇性弧光故障无能为力，易产生过电压，间歇性弧光过电压可高达3-8倍，危及设备安全。由于间歇性电弧接地故障大多起因于绝缘放电，在中压配电网中开始的弧光放电电流小，电阻大，可能高达数十干欧，通常历经数小时，甚至数月，才能下降到100欧姆，故弧光故障可能在配电网中生存时间长达数月，无法被感知，存在严重的人身设备安全隐患。另外一种配电网接地故障处理方法就是通过二次设备，检测并快速切除故障，会导致跳闸率上升，可高达3倍，降低供电可靠性。且配电自动化设备投资大，通讯控制复杂，运维成本高，且同样难以对1千欧以上的高阻接地故障进行感知与处理。

因此，有必要研发一种配电网间歇性接地故障消弧技术，破解弧光过电压难题。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种间歇性接地故障消弧与故障相主动降压安全运行方法，通过外加电压源，调控零序电压，强迫故障点电压低于故障电弧重燃电压，达到熄弧和抑制弧光过电压目的，将接地故障相主动降压到能消除闪络的安全电压运行，可实现消除故障，使故障点电流为零，保持较长时间安全运行的配电网柔性接地控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种配电网柔性接地控制方法，建立间歇性接地故障消弧的理论和技术，提出接地故障相主动降压安全运行方法；

所述接地故障相主动降压安全运行方法，包括以下步骤：

第A1步，分析配电网在各种运行环境和条件下，单相接地故障消弧的机理，分析影响消弧的因素；

第A2步，研究故障消失前后配电网参数的变化情况；

第A3步，选取故障检测特征参数；

第A4步，对故障前后配电系统对地介损变化量进行精确测量，用于灵敏感知、检测接地故障，解决高阻接地故障难以检测的难题

第A5步，在调控故障相电压消弧过程中，测量计算电压源注入的电流调控外加电压源的大小和相位，实现故障点电弧熄灭，通过将故障相电压降低至安全域运行内，使得接地故障完全消除，系统可保持一段时间降压持续运行。

本发明针对配电网间歇性接地故障消弧和接地保护难题，通过外加电压源，主动调控零序电压，将故障相电压控制到电弧重燃电压以下，实现主动电压消弧，使故障点电流为零，保持较长时间安全运行，大大减少了停电时间和范围。本发明实现便利，大范围应用基础条件好，经济性突出。本发明普适性强，可在国内外广泛推广，带来了巨大的直接经济效益和广泛的应用前景。

作为优选技术措施，还包括：利用非有效接地配电系统自有特性，提出非有效接地配电系统单相降压对称运行方法；

所述非有效接地配电系统单相降压对称运行方法，包括以下步骤：

第B1步，利用配电系统自有特性，对配电网接地故障相主动降压机理进行分析；

根据非有效接地配电系统电源和负荷变压器绕组采用三角形接线的特点即单相降压运行不影响相间电压，即不影响电源和负荷正常运行，得出单相降压对称运行具备可行性；

第B2步，基于注入零序电流对故障相电压调控机理，通过向中性点注入零序电流，调控任意相电压，实现单相降压对称运行。

本发明首先，结合现有带接地故障运行2小时的规程及降压运行经验，对配电系统三相运行等效网络模型进行了分析，然后利用配电系统单相降压后线电压仍对称运行的自有特性，建立配电系统单相降压运行的数学及物理模型，最后提出非有效接地配电系统单相降压对称运行方法，进而通过将故障相电压降低至安全域运行内，实现故障点电弧熄灭，使得接地故障完全消除，系统可保持一段时间降压持续运行。

作为优选技术措施，第B1步，为调控任意相电压，采用有源逆变装置向中性点注入电流Ii；通过接地变压器向中性点注入电流Ii，中性点对地电压U0发生偏移，各相出现零序电压，即A、B、C三相对地电压发生变化，但各相之间的线电压不受影响；

由于一般配电网电源、负荷为三角形接线，零序电压变化不影响电源和负荷，故电源和负荷不受C相降压的影响，因此非有效接地配电系统具有单相降压时保持线电压对称运行的自有特性，单相降压对称运行具备可行性；在C相调控电压降低后，其它相相电压会随之升高，给绝缘薄弱的线路带来安全风险，因此，本发明将针对这一问题提出单相降压对称运行方法。

作为优选技术措施，所述第B2步，利用有源逆变器装置向中性点注入零序电流控制中性点电压调控任意相电压；中性点电压与注入电流关系为：

各相电压幅值与注入电流关系为：通过向中性点注入零序电流，可以调控任意相电压，实现单相降压对称运行。

作为优选技术措施，根据基尔霍夫电流方程，外加电压源注入的电流为：

式(2)中，配电网对地零序导纳中性点接地导纳三相对地电导三相对地电容C＝3C0，故障对地电导为零序电压。

作为优选技术措施，考虑配电系统正常运行条件下的二相对地参数不对称产生的零序电压影响，式(2)中的零序电压U0用零序电压变化量代替；并考虑故障消弧后，故障点对地导纳Yf＝0，则式(2)可简化为：

因此，在调控故障相电压消弧过程中，测量计算电压源注入的电流调控外加电压源的大小和相位，使公式成立，即实现故障点电弧熄灭，表明通过将故障相电压降低至安全域运行内，使得接地故障完全消除，系统可保持一段时间降压持续运行；其中∑Y0为配电系统正常运行时的对地零序导纳。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对配电网间歇性接地故障消弧和接地保护难题，通过外加电压源，主动调控零序电压，将故障相电压控制到电弧重燃电压以下，实现主动电压消弧，使故障点电流为零，保持较长时间安全运行，大大减少了停电时间和范围。本发明实现便利，大范围应用基础条件好，经济性突出。本发明普适性强，可在国内外广泛推广，带来了巨大的直接经济效益和广泛的应用前景。

附图说明

图1本发明配电网单相降压运行示意图；

图2本发明三相电压相量关系图；

图3本发明配电网接地故障消弧原理示意图；

图4本发明配电网零序等值电路图；

图5本发明运行方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

如图1-5所示，本发明一种配电网柔性接地控制方法，包括以下内容：

A.利用非有效接地配电系统自有特性，提出非有效接地配电系统单相降压对称运行方法。

所述接地故障相主动降压安全运行方法，包括以下步骤：

第A1步，分析配电网在各种运行环境和条件下，单相接地故障消弧的机理，分析影响消弧的因素；

第A2步，研究故障消失前后配电网参数的变化情况；

第A3步，选取故障检测特征参数；

第A4步，对故障前后配电系统对地介损变化量进行精确测量，用于灵敏感知、检测接地故障，解决高阻接地故障难以检测的难题

第A5步，在调控故障相电压消弧过程中，测量计算电压源注入的电流调控外加电压源的大小和相位，实现故障点电弧熄灭，通过将故障相电压降低至安全域运行内，使得接地故障完全消除，系统可保持一段时间降压持续运行。

B.建立间歇性接地故障消弧的理论和技术，提出接地故障相主动降压安全运行方法。

现有接地故障的处理方法将故障相降到零，导致非故障相电压的升高，给线路绝缘带来了安全隐患，因此所述非有效接地配电系统单相降压对称运行方法，包括以下步骤：

第B1步，利用配电系统自有特性，对配电网接地故障相主动降压机理进行分析；

根据非有效接地配电系统电源和负荷变压器绕组采用三角形接线的特点即单相降压运行不影响相间电压，即不影响电源和负荷正常运行，得出单相降压对称运行具备可行性；

第B2步，基于注入零序电流对故障相电压调控机理，通过向中性点注入零序电流，调控任意相电压，实现单相降压对称运行。

如图1、图2所示，为调控任意相电压，采用有源逆变装置向中性点注入电流Ii。以调控C相电压为例进行说明：

通过接地变压器向中性点注入电流Ii，中性点对地电压U0发生偏移，各相出现零序电压，即A、B、C二相对地电压发生变化，但各相之间的线电压不受影响。

且由于一般配电网电源、负荷为三角形接线，零序电压变化不影响电源和负荷，故电源和负荷不受C相降压的影响，因此非有效接地配电系统具有单相降压时保持线电压对称运行的自有特性，单相降压对称运行具备可行性。然而由图2可知，在C相调控电压降低后，其它相相电压会随之升高，给绝缘薄弱的线路带来安全风险，因此，本发明将针对这一问题提出单相降压对称运行方法。

如图1所示，利用有源逆变器装置向中性点注入零序电流控制中性点电压调控任意相电压(如调控C相)。中性点电压与注入电流关系为：

各相电压幅值与注入电流关系为：通过向中性点注入零序电流，可以调控任意相电压，实现单相降压对称运行。

如图3所示，设配电网C相线路发生接地故障，图3所对应的配电网零序等值电路，即发生弧光接地故障时配电网零序等值电路，如图4所示。

根据基尔霍夫电流方程，外加电压源注入的电流为：

式(2)中，配电网对地零序导纳中性点接地导纳

三相对地电导三相对地电容C＝3C0，故障对地电导为零序电压。

考虑配电系统正常运行条件下的三相对地参数不对称产生的零序电压影响，式(2)中的零序电压U0用零序电压变化量代替；并考虑故障消弧后，故障点对地导纳Yf＝0，则式(2)可简化为：

因此，在调控故障相电压消弧过程中，测量计算电压源注入的电流调控外加电压源的大小和相位，使公式成立，即实现故障点电弧熄灭，表明通过将故障相电压降低至安全域运行内，使得接地故障完全消除，系统可保持一段时间降压持续运行。其中∑Y0为配电系统正常运行时的对地零序导纳。

以上可知，系统发生接地故障后，采取外加可调电压源实现主动降压熄弧，电压源输出电压由故障相降压的目标值唯一确定，可灵活调控故障相电压和接地故障残流，实现间歇性接地故障主动熄弧和接地故障相主动降压运行，解决现有消弧技术无法对间歇性接地故障进行熄弧的难题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。