一种配电网接地故障消弧切换方法及系统与流程

[0001]
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种配电网接地故障消弧切换方法及系统。


背景技术：

[0002]
随着配电网中电力线缆和非线性负荷的增加，在发生瞬时性单相接地故障的情况下所产生的短路电流，其中除了包含对地电容电流外，还存在大量有功分量和谐波，导致接地故障电弧难以自行熄灭。在传统方式上所采用的消弧线圈，无论是实行人工调谐方式抑或是实行自动调谐方式，都只能补偿接地故障电流的基波无功分量，无法补偿其有功分量和谐波分量。目前国内外研究较多的是通过逆变器等装置进行有源消弧，这种方法理论上可产生任意补偿电流，包括故障电流的基波有功和无功电流以及谐波电流，且能够对其输出电流大小进行无级调节，以实现真正意义上的全补偿。针对不同控制对象，有源消弧方法可分为电流消弧方法和电压消弧方法这两大类，然而这两类消弧方法在单独使用的过程中均存在一定的缺陷：电流消弧方法受对地参数的影响较大且补偿响应时间较长，电压消弧方法需要优先保证故障选相的准确性等。因此，如何根据电流消弧方法和电压消弧方法的优点制定出应对配电网接地故障消弧的方案，是本发明所需要解决的问题。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种配电网接地故障消弧切换方法及系统，可实现电流消弧方法和电压消弧方法在运行过程中的即时切换，保障对配电网接地故障的有效消弧，具有实用价值。
[0004]
为了解决上述问题，本发明提出了一种配电网接地故障消弧切换方法，所述方法包括：
[0005]
通过有源逆变器向配电网注入电流信号，基于所述电流信号测量配电网对地等效参数；
[0006]
测量配电网的当前零序电压与当前三相电压，并基于所述当前零序电压与所述当前三相电压判断配电网是否发生接地故障；
[0007]
在判断配电网发生接地故障之后，结合所述配电网对地等效参数获取各相补偿电流，并基于电流消弧法向配电网注入所述各相补偿电流；
[0008]
确定配电网中的故障相，从所述各相补偿电流中提取出所述故障相所对应的补偿电流，并基于所述补偿电流确定接地电阻阈值；
[0009]
获取所述故障相的实际接地电阻，并判断所述实际接地电阻是否超过所述接地电阻阈值；
[0010]
在判断所述实际接地电阻超过所述接地电阻阈值之后，基于电压消弧法将所述故障相的当前相电压控制为零。
[0011]
可选的，所述通过有源逆变器向配电网注入电流信号，基于所述电流信号测量配电网对地等效参数包括：
[0012]
通过有源逆变器向配电网注入第一电流信号，同时通过电压互感器采集配电网中性点处的第一零序电压，获取所述第一电流信号与所述第一零序电压之间的第一关系式；
[0013]
通过所述有源逆变器向配电网注入第二电流信号，同时通过所述电压互感器采集配电网中性点处的第二零序电压，获取所述第二电流信号与所述第二零序电压之间的第二关系式；
[0014]
对所述第一关系式和所述第二关系式进行融合分析，获取配电网对地等效参数。
[0015]
可选的，所述配电网对地等效参数包括线路对地电容值和线路对地泄漏电阻。
[0016]
可选的，在基于所述当前零序电压与所述当前三相电压判断配电网是否发生接地故障之后，还包括：
[0017]
若判断配电网未发生接地故障，则返回通过有源逆变器向配电网注入电流信号。
[0018]
可选的，所述确定配电网中的故障相包括：
[0019]
基于所述当前三相电压，将配电网中每一相交流电所对应的当前电压值与上一时刻的电压值进行作差运算，并从中获取差值小于零的故障相。
[0020]
可选的，在判断所述实际接地电阻是否超过所述接地电阻阈值之后，还包括：
[0021]
若判断所述实际接地电阻未超过所述接地电阻阈值，则返回基于电流消弧法向配电网注入所述各相补偿电流。
[0022]
另外，本发明实施例还提供了一种配电网接地故障消弧切换系统，所述系统包括：
[0023]
参数测量模块，用于通过有源逆变器向配电网注入电流信号，基于所述电流信号测量配电网对地等效参数；
[0024]
故障判断模块，用于测量配电网的当前零序电压与当前三相电压，并基于所述当前零序电压与所述当前三相电压判断配电网是否发生接地故障；
[0025]
电流控制模块，用于在判断配电网发生接地故障之后，结合所述配电网对地等效参数获取各相补偿电流，并基于电流消弧法向配电网注入所述各相补偿电流；
[0026]
阈值确定模块，用于确定配电网中的故障相，从所述各相补偿电流中提取出所述故障相所对应的补偿电流，并基于所述补偿电流确定接地电阻阈值；
[0027]
电阻判断模块，用于获取所述故障相的实际接地电阻，并判断所述实际接地电阻是否超过所述接地电阻阈值；
[0028]
电压控制模块，用于在判断所述实际接地电阻超过所述接地电阻阈值之后，基于电压消弧法将所述故障相的当前相电压控制为零。
[0029]
可选的，所述参数测量模块包括：
[0030]
第一获取单元，用于通过有源逆变器向配电网注入第一电流信号，同时通过电压互感器采集配电网中性点处的第一零序电压，获取所述第一电流信号与所述第一零序电压之间的第一关系式；
[0031]
第二获取单元，用于通过所述有源逆变器向配电网注入第二电流信号，同时通过所述电压互感器采集配电网中性点处的第二零序电压，获取所述第二电流信号与所述第二零序电压之间的第二关系式；
[0032]
参数分析单元，用于对所述第一关系式和所述第二关系式进行融合分析，获取配电网对地等效参数。
[0033]
可选的，所述配电网对地等效参数包括线路对地电容值和线路对地泄漏电阻。
[0034]
可选的，所述阈值确定模块用于基于所述当前三相电压，将配电网中每一相交流电所对应的当前电压值与上一时刻的电压值进行作差运算，并从中获取差值小于零的故障相。
[0035]
本发明实施例可综合电流消弧法和电压消弧法对配电网接地故障进行有效消弧，期间以接地电阻阈值作为切换条件，使得电流消弧法和电压消弧法可及时发挥各自优势：在电流消弧法应用过程中优先准确地判定出故障相，以满足应用电压消弧法的前提条件；应用电流消弧法可保障在前期低阻接地故障时的降流高效性，避免应用电压消弧法所带来的增大残流风险；应用电压消弧法可有效抑制电流消弧法所带来的间歇性电弧过电压，可最大程度地辅助电弧消除工作，具有较好的实用价值。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0037]
图1是本发明实施例公开的一种配电网接地故障消弧切换方法的流程示意图；
[0038]
图2是本发明实施例公开的基于有源逆变器的配电网结构原理示意图；
[0039]
图3是本发明实施例公开的一种配电网接地故障消弧切换系统的组成示意图。
具体实施方式
[0040]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
请参阅图1，图1示出了本发明实施例中的一种配电网接地故障消弧切换方法的流程示意图，所述方法包括如下：
[0042]
s101、通过有源逆变器向配电网注入电流信号，基于所述电流信号测量配电网对地等效参数；
[0043]
在本发明实施例中，结合图2所示出的基于有源逆变器的配电网结构原理示意图，对配电网的对地参数进行如下分析：
[0044]
(1)通过有源逆变器向配电网注入第一电流信号同时通过电压互感器采集配电网中性点处的第一零序电压获取所述第一电流信号与所述第一零序电压之间的第一关系式为：
[0045]
[0046]
(2)通过所述有源逆变器向配电网注入第二电流信号同时通过所述电压互感器采集配电网中性点处的第二零序电压获取所述第二电流信号与所述第二零序电压之间的第二关系式为：
[0047][0048]
(3)对所述第一关系式和所述第二关系式进行融合分析，获取配电网对地等效参数，其中所述配电网对地等效参数包括线路对地电容值和线路对地泄漏电阻。
[0049]
具体的，将步骤(1)中的所述第一关系式与步骤(2)中的所述第二关系式进行相减，可得：
[0050][0051]
此时可获取所述线路对地泄漏电阻为：
[0052][0053]
以及所述线路对地电容值为：
[0054][0055]
式中，为a相线路的电源电压，为b相线路的电源电压，为c相线路的电源电压，ω为配电网角频率，c
0a
为a相对地电容，c
0b
为b相对地电容，c
0c
为c相对地电容，r
a
为a相对地泄漏电阻，r
b
为b相对地泄漏电阻，r
c
为c相对地泄漏电阻。
[0056]
需要说明的是，所述有源逆变器采用三相级联h桥多电平变流器，在实施过程中通过将所述有源逆变器的中性点接地，并将其独立的三相支路通过电抗器连接至配电网母线的三相线路上，以此辅助完成所述有源逆变器向配电网注入电流信号的工作。
[0057]
s102、测量配电网的当前零序电压与当前三相电压，并基于所述当前零序电压与所述当前三相电压判断配电网是否发生接地故障；
[0058]
在本发明实施例中，通过电压互感器采集配电网的当前零序电压并与系统所保存的上一周期的零序电压进行比较，判断二者所产生的幅值变化量是否超过预设阈值，其判断结果包括：若判断所述幅值变化量超过预设阈值，说明配电网发生接地故障，则继续执行步骤s103；若判断所述幅值变化量未超过预设阈值，说明配电网未发生接地故障，则返回执行步骤s101。
[0059]
s103、结合所述配电网对地等效参数获取各相补偿电流，并基于电流消弧法向配电网注入所述各相补偿电流；
[0060]
在本发明实施例中，通过所述有源变压器向配电网三相电所注入的总补偿电流
为：
[0061][0062]
假设r
a
＝r
b
＝r
c
＝r0，c
0a
＝c
0b
＝c
0c
＝c0，可将以上所述总补偿电流的表达式整理为：
[0063][0064]
由此可知，所述有源变流器向配电网注入的所述各相补偿电流为：
[0065][0066]
其中，为所述有源变压器注入a相线路的补偿电流，为所述有源变压器注入b相线路的补偿电流，为所述有源变压器注入c相线路的补偿电流，r
f
为a相过渡电阻，为当前a相电压，为当前b相电压，为当前c相电压。
[0067]
s104、确定配电网中的故障相，从所述各相补偿电流中提取出所述故障相所对应的补偿电流，并基于所述补偿电流确定接地电阻阈值；
[0068]
在本发明实施例中，首先基于所述当前三相电压，将配电网中每一相交流电所对应的当前电压值与上一时刻的电压值进行作差运算，并从中获取差值小于零的故障相，具体表现为：从所述当前三相电压中提取配电网中的a相交流电所对应的当前电压值，与系统所保存的上一周期的a相电压值进行作差，获取a相跳变差值δu
a
，同理获取b相跳变差值δu
b
以及c相跳变差值δu
c
，再从上述三个跳变差值中提取出值小于零的一个或者多个跳变差值，并将其指定为故障相的跳变差值；其次，从步骤s103中的所述各相补偿电流中提取出所述故障相所对应的补偿电流，此处结合图2所示出的配电网结构原理示意图可知所述故障相为a相线路，由于一般线路压降不允许超过电源电压的5％，则配电网母线到a相线路上的故障点所产生的压降最大允许值为同时根据电力技术人员所预先设定的最大补偿度v，结合a相线路的补偿电流可确定线路允许的残流最大值为最终确定接地电阻阈值为：
[0069]
s105、获取所述故障相的实际接地电阻，并判断所述实际接地电阻是否超过所述接地电阻阈值；
[0070]
在本发明实施例中，通过电压互感器直接采集a相线路上的故障点电压值再通过电流互感器直接采集该故障点处所流经的残流值此时可获取a相线路故障点的实际接地电阻为再判断所述实际接地电阻r
f
是否超过所述接地电阻阈值r
fset
，其判断结果包括：若判断所述实际接地电阻r
f
超过所述接地电阻阈值r
fset
，则继续执行步骤s106；若判断所述实际接地电阻r
f
未超过所述接地电阻阈值r
fset
，则返回执行步骤s103。
[0071]
s106、基于电压消弧法将所述故障相的当前相电压控制为零。
[0072]
在本发明实施例中，通过控制所述有源逆变器对地注入特定频率的电流信号，同时利用电压互感器实时采集配电网中性点处的当前零序电压，直至系统监测到所述当前零序电压等于a相线路的电源电压的负值时，即说明此时a相线路的当前相电压为零，接着利用现有的故障电弧探测器检测a相线路故障点的电弧是否熄灭：若该电弧熄灭，则控制所述有源逆变器逐渐减小所注入的电流信号；若该电弧未熄灭，则直接隔离a相故障线路，等待电力技术人员进行人工维护。
[0073]
请参阅图3，图3示出了本发明实施例中的一种配电网接地故障消弧切换系统的组成示意图，所述系统包括如下：
[0074]
参数测量模块201，用于通过有源逆变器向配电网注入电流信号，基于所述电流信号测量配电网对地等效参数；
[0075]
具体的，所述参数测量模块201包括第一获取单元、第二获取单元和参数分析单元；其中，所述第一获取单元用于通过有源逆变器向配电网注入第一电流信号，同时通过电压互感器采集配电网中性点处的第一零序电压，获取所述第一电流信号与所述第一零序电压之间的第一关系式；所述第二获取单元用于通过所述有源逆变器向配电网注入第二电流信号，同时通过所述电压互感器采集配电网中性点处的第二零序电压，获取所述第二电流信号与所述第二零序电压之间的第二关系式；所述参数分析单元用于对所述第一关系式和所述第二关系式进行融合分析，获取配电网对地等效参数，所述配电网对地等效参数包括线路对地电容值和线路对地泄漏电阻。
[0076]
故障判断模块202，用于测量配电网的当前零序电压与当前三相电压，并基于所述当前零序电压与所述当前三相电压判断配电网是否发生接地故障；
[0077]
电流控制模块203，用于在判断配电网发生接地故障之后，结合所述配电网对地等效参数获取各相补偿电流，并基于电流消弧法向配电网注入所述各相补偿电流；
[0078]
阈值确定模块204，用于确定配电网中的故障相，从所述各相补偿电流中提取出所述故障相所对应的补偿电流，并基于所述补偿电流确定接地电阻阈值；
[0079]
具体的，所述阈值确定模块204用于基于所述当前三相电压，将配电网中每一相交流电所对应的当前电压值与上一时刻的电压值进行作差运算，并从中获取差值小于零的故障相。
[0080]
电阻判断模块205，用于获取所述故障相的实际接地电阻，并判断所述实际接地电阻是否超过所述接地电阻阈值；
[0081]
电压控制模块206，用于在判断所述实际接地电阻超过所述接地电阻阈值之后，基于电压消弧法将所述故障相的当前相电压控制为零。
[0082]
其中，所述系统被配置用于执行上述的配电网接地故障消弧切换方法，针对所述系统中的各个模块的具体实施方式请参考图1所示出的方法流程图及具体实施内容，在此不再赘述。
[0083]
本发明实施例可综合电流消弧法和电压消弧法对配电网接地故障进行有效消弧，期间以接地电阻阈值作为切换条件，使得电流消弧法和电压消弧法可及时发挥各自优势：在电流消弧法应用过程中优先准确地判定出故障相，以满足应用电压消弧法的前提条件；应用电流消弧法可保障在前期低阻接地故障时的降流高效性，避免应用电压消弧法所带来的增大残流风险；应用电压消弧法可有效抑制电流消弧法所带来的间歇性电弧过电压，可最大程度地辅助电弧消除工作，具有较好的实用价值。
[0084]
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，read only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁盘或光盘等。
[0085]
以上对本发明实施例所提供的一种配电网接地故障消弧切换方法及系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。