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CN109167345B - 一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法及装置 - Google Patents

一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法及装置 Download PDF

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CN109167345B
CN109167345B CN201811123691.9A CN201811123691A CN109167345B CN 109167345 B CN109167345 B CN 109167345B CN 201811123691 A CN201811123691 A CN 201811123691A CN 109167345 B CN109167345 B CN 109167345B
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刘红文
王科
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    • H02H9/08—Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil

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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

本申请公开一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法及装置，所述方法包括：连续测量三相电压、零序电流及零序电压；当检测到发生故障时，根据三相电压判断故障相；获取故障相正常运行时的电压，线路对地电容，泄漏电阻，故障接地电阻，消弧线圈电感，电阻和可控电压源内阻，计算可控电压源输出的电压；通过SPWM或SVPWM调制算法，输出可控电压源输出的电压。本申请通过接入电压源的方式，不用考虑消弧线圈电感参数与线路对地电容接近工频谐振的状态问题，更容易控制，能有效补偿故障电流，使故障点熄弧。本申请通过计算得到输出电压的相位和幅值，通过控制可控电压源的幅值和相位实现故障点电流熄灭，保证电网安全稳定运行及故障点不引起火灾等事故。

Description

一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法及装置
技术领域
本申请涉及输变电技术领域，特别涉及一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法及装置。
背景技术
中压配电网现普遍采用小电流接地方式(中性点不接地或经消弧线圈接地)。中性点经消弧线圈接地的运行方式又称谐振接地，在发生单相接地故障时，可通过接在中性点与地之间的电感线圈产生的感性电流补偿故障点的容性电流，使故障点电弧熄灭。然而，消弧线圈只能补偿容性电流，不能补偿有功电流，再者，为避免线性谐振，消弧圈补偿度不能太高。导致接地故障补偿不足，接地点故障电流不能熄弧，引起线路跳闸、山火和人身触电。因此，如能实现接地故障电流全补偿，接地点电弧将得到有效控制。
目前有的全补偿方式为通过中性点接入电流源进行补偿，但是在消弧线圈的电感参数和线路对地电容接近工频谐振状态时，难以保证注入系统的电流值，给灭弧造成了困难。
发明内容
本申请的目的在于提供一种接地故障全补偿的可控电压源输出电压计算方法，以解决现有技术中通过中性点接入电流源进行补偿导致灭弧困难的问题。
一方面，根据本申请的实施例，提供了一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法，包括：
连续测量三相电压、零序电流及零序电压；
根据所述零序电流及所述零序电压，检测是否发生单相接地故障；
当检测到发生单相接地故障时，根据所述三相电压判断故障相；
获取所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r；
根据所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压；
通过SPWM或SVPWM调制算法，控制可控电压源的全桥电路晶闸管的开断时间，输出所述可控电压源输出的电压。
进一步地，所述根据故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压的步骤，包括：
根据所述消弧线圈电感L，所述电阻RL，所述泄漏电阻R0和所述线路对地电容C0，计算线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1；
根据所述故障相正常运行时的电压故障接地电阻Rf，所述可控电压源内阻r和所述线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，计算可控电压源输出的电压。
进一步地，所述根据消弧线圈电感L，电阻RL，泄漏电阻R0和线路对地电容C0，计算线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，包括：
其中，j是虚步，ω是角频率。
进一步地，所述根据故障相正常运行时的电压故障接地电阻Rf，所述可控电压源内阻r和所述线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，计算可控电压源输出的电压，包括：
其中，为可控电压源输出的电压。
另一方面，根据本申请的实施例，提供了一种基于可控电压源的接地故障灭弧装置，包括：
测量单元，用于连续测量三相电压、零序电流及零序电压；
检测单元，用于根据所述零序电流及所述零序电压，检测是否发生单相接地故障；
判断单元，用于当检测到发生单相接地故障时，根据所述三相电压判断故障相；
获取单元，用于获取所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r；
计算单元，用于根据所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压；
输出单元，用于通过SPWM或SVPWM调制算法，控制可控电压源的全桥电路晶闸管的开断时间，输出所述可控电压源输出的电压。
进一步地，所述计算单元包括：
第一计算子单元，用于根据所述消弧线圈电感L，所述电阻RL，所述泄漏电阻R0和所述线路对地电容C0，计算线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1；
第二计算子单元，用于根据所述故障相正常运行时的电压故障接地电阻Rf，所述可控电压源内阻r和所述线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，计算可控电压源输出的电压。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法及装置，所述方法包括：连续测量三相电压、零序电流及零序电压；根据所述零序电流及所述零序电压，检测是否发生单相接地故障；当检测到发生单相接地故障时，根据所述三相电压判断故障相；获取所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r；根据所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压；通过SPWM或SVPWM调制算法，控制可控电压源的全桥电路晶闸管的开断时间，输出所述可控电压源输出的电压。本申请通过接入电压源的方式，不用考虑消弧线圈电感参数与线路对地电容接近工频谐振的状态问题，更容易控制，能有效补偿故障电流，使故障点熄弧。本申请通过计算得到输出电压的相位和幅值，通过控制可控电压源的幅值和相位实现故障点电流熄灭，保证电网安全稳定运行及故障点不引起火灾、人身触电事故。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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他的附图。
图1为根据本申请实施例示出的一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法的流程图；
图2为根据本申请实施例示出的可控电压源对单相接地故障灭弧的三相等效电路图；
图3为根据本申请实施例示出的只有三相电源时计算故障接地电流的等效电路；
图4为根据本申请实施例示出的只有可控电压源时计算故障接地电流的等效电路；
图5为根据本申请实施例示出的一种基于可控电压源的接地故障灭弧装置的结构图。
具体实施方式
参阅图1，本申请的实施例提供了一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法，包括：
步骤S1、连续测量三相电压、零序电流及零序电压；
步骤S2、根据所述零序电流及所述零序电压，检测是否发生单相接地故障；
从零序电流的大小判断是否接地；从零序电压的大小判断是否接地；
步骤S3、当检测到发生单相接地故障时，根据所述三相电压判断故障相；
测量三相电压，根据三相电压的相位和幅值大小，判断故障相。具体为，线路哪一相接地，哪一相电压会降低，或三相相位角度的变化。故障选相为常规技术，就不详细说明了。
步骤S4、获取所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r；
步骤S5、根据所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压；
步骤S6、通过SPWM或SVPWM调制算法，控制可控电压源的全桥电路晶闸管的开断时间，输出所述可控电压源输出的电压。
SPWM调制算法就是以正弦波作为基准波(调制波)，用一列等幅的三角波(载波)与基准正弦波相交，由交点来确定逆变器的开关模式。
SVPWM是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。
本申请通过接入电压源的方式，不用考虑消弧线圈电感参数与线路对地电容接近工频谐振的状态问题，更容易控制，能有效补偿故障电流，使故障点熄弧。本申请通过计算得到输出电压的相位和幅值，通过控制可控电压源的幅值和相位实现故障点电流熄灭，保证电网安全稳定运行及故障点不引起火灾、人身触电事故。
进一步地，所述根据故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压的步骤，包括：
根据所述消弧线圈电感L，所述电阻RL，所述泄漏电阻R0和所述线路对地电容C0，计算线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1；
根据所述故障相正常运行时的电压故障接地电阻Rf，所述可控电压源内阻r和所述线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，计算可控电压源输出的电压。
进一步地，所述根据消弧线圈电感L，电阻RL，泄漏电阻R0和线路对地电容C0，计算线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，包括：
其中，j是虚步，ω是角频率。
进一步地，所述根据故障相正常运行时的电压故障接地电阻Rf，所述可控电压源内阻r和所述线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，计算可控电压源输出的电压，包括：
其中，为可控电压源输出的电压。
本申请提供的公式推导过程如下：
如图2所示：首先需要计算故障点电流。根据叠加定理，分别计算只有三相电源单独作用和只有可控电压源单独作用时的故障点电流，再求和。
图3为只有三相电源作用时计算故障电流的等效电路图。计算得到流过接地电阻的电流If1：
其中，r为可控电压源内阻，为故障相正常运行时的电压，Rf为故障接地电阻，Z1为线路对地参数和消弧线圈参数的并联阻抗，具体为
其中，RL为消弧线圈内阻，R0为线路对地泄露电阻。
图4为只有可控电压源单独作用时的等效电路图，计算得到流过接地电阻的电流If2：
故总的故障电流If1为
要使总的故障电流为零，即达到熄弧的目的，则有
参阅图5，本申请的实施例提供了一种基于可控电压源的接地故障灭弧装置，包括：
测量单元101，用于连续测量三相电压、零序电流及零序电压；
检测单元102，用于根据所述零序电流及所述零序电压，检测是否发生单相接地故障；
判断单元103，用于当检测到发生单相接地故障时，根据所述三相电压判断故障相；
获取单元104，用于获取所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r；
计算单元105，用于根据所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压；
输出单元106，用于通过SPWM或SVPWM调制算法，控制可控电压源的全桥电路晶闸管的开断时间，输出所述可控电压源输出的电压。
进一步地，所述计算单元105包括：
第一计算子单元，用于根据所述消弧线圈电感L，所述电阻RL，所述泄漏电阻R0和所述线路对地电容C0，计算线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1；
第二计算子单元，用于根据所述故障相正常运行时的电压故障接地电阻Rf，所述可控电压源内阻r和所述线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，计算可控电压源输出的电压。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法及装置，所述方法包括：连续测量三相电压、零序电流及零序电压；根据所述零序电流及所述零序电压，检测是否发生单相接地故障；当检测到发生单相接地故障时，根据所述三相电压判断故障相；获取所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r；根据所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压；通过SPWM或SVPWM调制算法，控制可控电压源的全桥电路晶闸管的开断时间，输出所述可控电压源输出的电压。本申请通过接入电压源的方式，不用考虑消弧线圈电感参数与线路对地电容接近工频谐振的状态问题，更容易控制，能有效补偿故障电流，使故障点熄弧。本申请通过计算得到输出电压的相位和幅值，通过控制可控电压源的幅值和相位实现故障点电流熄灭，保证电网安全稳定运行及故障点不引起火灾、人身触电事故。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种基于可控电压源的接地故障灭弧方法，其特征在于，包括：
连续测量三相电压、零序电流及零序电压；
根据所述零序电流及所述零序电压，检测是否发生单相接地故障；
当检测到发生单相接地故障时，根据所述三相电压判断故障相；
获取所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r；
根据所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压；
通过SPWM或SVPWM调制算法，控制可控电压源的全桥电路晶闸管的开断时间，输出所述可控电压源输出的电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压的步骤，包括：
根据所述消弧线圈电感L，所述电阻RL，所述泄漏电阻R0和所述线路对地电容C0，计算线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1；
根据所述故障相正常运行时的电压故障接地电阻Rf，所述可控电压源内阻r和所述线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，计算可控电压源输出的电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据消弧线圈电感L，电阻RL，泄漏电阻R0和线路对地电容C0，计算线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，包括：
其中，j是虚步，ω是角频率。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据故障相正常运行时的电压故障接地电阻Rf，所述可控电压源内阻r和所述线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，计算可控电压源输出的电压，包括：
其中，为可控电压源输出的电压。
5.一种基于可控电压源的接地故障灭弧装置，其特征在于，包括：
测量单元，用于连续测量三相电压、零序电流及零序电压；
检测单元，用于根据所述零序电流及所述零序电压，检测是否发生单相接地故障；
判断单元，用于当检测到发生单相接地故障时，根据所述三相电压判断故障相；
获取单元，用于获取所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r；
计算单元，用于根据所述故障相正常运行时的电压线路对地电容C0，泄漏电阻R0，故障接地电阻Rf，消弧线圈电感L，电阻RL和可控电压源内阻r，计算可控电压源输出的电压；
输出单元，用于通过SPWM或SVPWM调制算法，控制可控电压源的全桥电路晶闸管的开断时间，输出所述可控电压源输出的电压。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算单元包括：
第一计算子单元，用于根据所述消弧线圈电感L，所述电阻RL，所述泄漏电阻R0和所述线路对地电容C0，计算线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1；
第二计算子单元，用于根据所述故障相正常运行时的电压故障接地电阻Rf，所述可控电压源内阻r和所述线路对地参数和补偿电感参数的并联阻抗Z1，计算可控电压源输出的电压。
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