智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种配电网中性点接地故障点熄弧、稳压技术，特别是一种智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统，其结构要点在于，包括有数据采集系统、控制电路、驱动电路、逆变电路、滤波电路、接入电路和控制电源；其中数据采集系统的数据采集端连接到电力系统，输出端与控制电路连接，控制电路的控制输出端分别连接驱动电路和控制电源；逆变电路依序通过滤波电路和接入电路与电力系统的输入端连接。本发明的优点在于，根据分析提出以失谐度和阻尼率、无功补偿电流和有功补偿电流为参量的电压恢复开环和闭环控制方法，首创性提出采用有源全补偿方式有效控制熄弧后的系统电压恢复速度，保证故障及时自愈，同时使得系统电压能尽快恢复正常。
【专利说明】智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种配电网中性点接地故障点熄弧、稳压技术，特别是一种智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统。
【背景技术】
[0002]据统计，在电网运行中，95%以上的停电事件由配电网引起。而单相接地是配电网最主要的故障形式，占到故障总数的80%左右，因此当发生故障时不需要停电对实现智能电网自愈甚至无缝自愈具有重要的意义。配电网中性点采用非有效接地方式(俗称小电流接地方式，传统上主要包括不接地和经消弧线圈接地)时，单相接地(俗称小电流接地)的故障电流小(一般为几十安培以内)、不需要立即切除故障，系统可带故障运行一段时间，同时可避免短路故障造成的健全线路电压骤降问题。
[0003]中性点采用非有效接地方式能够将故障引起的系统停电减少50%以上。由于故障电流得到限制，绝大多数小电流接地故障在故障电流过零瞬间电弧可能自然熄弧。熄弧之后，如果电弧绝缘的恢复速度低于电压的上升速度，则故障点再次被击穿形成间歇性接地故障，周而复始最终形成永 久接地故障，且容易引起弧光过电压；如果电弧绝缘的恢复速度超过电压的上升速度，故障点电弧将不再重燃，使系统恢复正常运行，即形成瞬时性接地故障，其持续时间从几个周波到数十秒不等。其中瞬时性接地故障不对用户供电产生任何影响，属于无缝自愈， 同时也可以避免或减小弧光过电压的产生，是单相接地故障自愈的理想方式。
[0004]接地故障自行熄弧的目标可以通过增加故障电弧熄弧率并减小熄弧后的电弧重燃率实现。前者可以在消弧线圈补偿技术的基础上通过电力电子技术补偿接地点电流的工频有功、无功和谐波分量实现；后者可以通过控制熄弧后故障相的电压恢复速度，使其低于电弧绝缘的恢复速度实现。另外，为了避免健全相电压升高对线路绝缘的损伤，希望熄弧后系统电压尽快恢复正常，因此在实现上出现了矛盾，导致了或者形成永久性故障，或者故障无法及时自愈而导致电网运行出现不稳定因素。
[0005]具体到提高系统的熄弧率，目前常采用通过消弧线圈补偿的办法。消弧线圈的调整方式有手动和自动之别。其中消弧线圈的手动调节方式可以减小故障点电流，但误差较大，自动调节方式虽然可以进一步减小接地点电流，但仍存在几安培的电流，还有谐波电流也得不到补偿。当接地电流达到5安培时，电弧则不能自然熄弧。可见消弧线圈补偿方式的熄弧效果不能满足要求。
[0006]对于经消弧线圈接地系统，故障相恢复电压U,与系统失谐度V和阻尼率d之间的关系为:
[0007]
d + JV 會
ur(^)-Umejim^+0[l-e^a,,](1-1)
[0008]其中吡为相电压幅值，《为工频角频率。[0009]从中可以得出，传统消弧线圈尽管对电压恢复有一定抑制作用，但由于系统失谐度V和阻尼率d相对固定，其电压的恢复过程属系统自然特性，不能通过其它措施予以控制或调整。而电压恢复一般在几个周波之内完成，不能给电弧绝缘恢复预留充足的时间。特别是过补偿量较大(失谐度较大)时，会出现拍频现象，不仅电压恢复时间大大提前，恢复电压的最大值还将超过正常相电压，非常不利于电弧绝缘恢复。传统消弧线圈调谐也不以抑制电压恢复为主要目标。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够有效控制熄弧后的系统电压恢复速度，保证故障及时自愈，同时系统电压能尽快恢复正常的智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统。
[0011]本发明的目的是通过以下途径来实现的:
[0012]智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统，其结构要点在于，包括有数据采集系统、控制电路、驱动电路、逆变电路、滤波电路、接入电路和控制电源；其中数据采集系统的数据采集端连接到电力系统，输出端与控制电路连接，控制电路的控制输出端分别连接驱动电路和控制电源；控制电源接到三相输入电源的输出端，三相输入电源依序通过三相整流电路、直流滤波电路与逆变电路连接，驱动电路的输出端与逆变电路连接；逆变电路依序通过滤波电路和接入电路与电力系统的输入端连接。
[0013]数据采集系统从电力系统中采集电网运行参数，包括母线、线路各监测点处的实时电压、电流信息；控制电路接收数据采集系统所获取的电网运行参数，并结合电力系统的结构和参数，对故障点 电流和系统电压进行估算或者预测，最后获得实时的需要补偿的电压，进一步的控制驱动电路驱动逆变电路，以输出所需要的PWM电压波(占空比可变的脉冲波形)。逆变电路的电压源于三相输入电源经过三相整流电路和直流滤波电路处理后的电压源；由于逆变电路输出的PWM电压波通过滤波电路滤除高谐波高频分量后，通过接入电路对电力系统注入对应的补偿电流，实现对中性点电压或相电压的控制，以确保电压的恢复速度低于电弧熄灭的速度，并在此前提下获得最快的电压恢复速度。
[0014]上述有源全补偿控制系统是源于以下的技术分析:
[0015]接地故障时(即故障点电弧导通状态下)，系统在强迫状态下运行，系统电压由故障性质决定，处于稳定状态，其中性点电压在0到相电压之间。当电弧熄灭断开后，系统失去外部约束条件，其电压由正常运行时的稳态电压和零序回路中的消弧线圈电感与线路对地电容之间的自然震荡电压叠加而成，电压恢复过程取决于系统参数。故障相恢复电压I可以近似表示为:
[0016]
【权利要求】
1.智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统，其特征在于，包括有数据采集系统、控制电路、驱动电路、逆变电路、滤波电路、接入电路和控制电源；其中数据采集系统的数据采集端连接到电力系统，输出端与控制电路连接，控制电路的控制输出端分别连接驱动电路和控制电源；控制电源接到三相输入电源的输出端，三相输入电源依序通过三相整流电路、直流滤波电路与逆变电路连接，驱动电路的输出端与逆变电路连接；逆变电路依序通过滤波电路和接入电路与电力系统的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统，其特征在于，所述逆变电路为一种双开关型电路，主开关器件为绝缘栅双极晶体管，其与续流二极管并接并集成为双极晶体管模块。
3.根据权利要求1所述的智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统，其特征在于，还包括有缓冲电路，其安装在逆变电路中，为RCD缓冲电路。
4.根据权利要求1所述的智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统，其特征在于，驱动电路为一种隔离驱动电路，或者为集成器件隔离驱动电路，或者为光电耦合隔离驱动电路。
5.根据权利要求1所述的智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统，其特征在于，所述的滤波电路为LC无源滤波器。
6.根据权利要求1所述的智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统，其特征在于，所述的接入电路为一种并联接入电路，其包括隔离变压器和电感L2,电感L2串联在隔离变压器一次侧，并与系统的接地电路并联连接，隔离变压器的二次侧连接滤波电路。
7.根据权利要求1所述的智能配电网中性点接地有源全补偿控制系统，其特征在于，所述的接入电路为一种串联接入电路，具体为一种变压器，其一次侧串联在系统接地电路中，二次侧连接滤波电路。
【文档编号】H02J3/12GK103715695SQ201310718953
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】李天友, 黄坚明, 李伟新, 江仰鉴, 梁金发, 李娟娟, 郭熠昀 申请人:国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司厦门供电公司