[发明专利]一种基于三相级联H桥变流器的配电网接地故障消弧方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三相级联H桥变流器的配电网接地故障消弧方法。

背景技术

配电网运行过程中存在大量因雷击、树枝等外物短时触碰导线、绝缘子污损击穿及电缆绝缘劣化等复杂原因引起的瞬时性单相接地故障。非有效接地方式，特别是谐振接地方式具有限制单相接地故障电流，自动消除瞬时单相接地故障，有利于熄灭接地电容电流在故障点形成的电弧，提高供电可靠性等优点，在国内外中压配电网中得到广泛应用。但是随着配电网规模的日益扩大和非线性负荷及电缆线路大量增加，导致线路对地电容电流增大，另外一方面发生单相接地故障时，传统的无源消弧技术无法补偿接地故障电流中大幅提高的有功电流分量和谐波电流分量，系统消弧能力降低，故障点的电弧难以自熄，接地电弧电流的能量及间歇性弧光接地产生的过电压严重威胁系统绝缘，易引起故障扩大。

现有的消弧装置按照能否补偿接地故障电流的谐波和有功分量分为有源消弧装置和无源消弧装置，其中有源消弧装置可补偿接地故障电流中的谐波和有功分量。另外，影响配电网接地故障消弧的主要因素有接地故障电流大小和故障相恢复电压，因此，按照控制对象不同分为电流消弧方法和电压消弧方法，电流消弧方法以接地故障电流为控制对象，即控制接地故障电流为零；电压消弧方法以故障点电压为控制对象，即控制故障相恢复电压为零。

现有的无源电流消弧方法以消弧线圈为代表，其在配电网发生单相接地故障时，中性点电压加在消弧线圈上产生感性无功电流，补偿故障电容电流，达到降低接地电流促使电弧熄灭的目的。现有的有源电流消弧装置以消弧线圈配合单个逆变器的主从式消弧线圈为代表，其中该消弧装置通过接地变压器和升压变接入配电网，接地故障发生后，消弧线圈补偿接地故障电流中的基波分量，逆变器补偿接地故障电流中的谐波分量和有功分量。

已有电压消弧方法因故障点位置无法确定，故一般用母线处故障相电压来近似故障点电压，其中无源电压消弧技术通过控制断路器，在故障相人为制造一个接地故障点，旁路原故障点，钳制故障相电压，使故障点恢复电压小于绝缘介质的击穿电压，阻止故障电弧重燃。根据人为接地设备的不同可分为直接接地、经电抗器接地、经氧化锌非线性电阻接地、经多级电阻接地等方式。已有有源电压消弧方法通过注入补偿电流，使母线处故障相电压为零。

现有的柔性自适应消弧方法在考虑线路参数影响的基础上，通过计算接地过渡电阻的大小作为电压消弧方法和电流消弧方法的切换条件。在高阻接地故障时采用电流消弧方法，低阻接地故障时采用电压消弧方法。

现有的无源电流消弧技术存在如下缺陷：无源电流消弧技术只能补偿接地故障电流的无功分量，无法补偿接地故障电流的谐波分量和有功分量，消弧效果有限。

现有的有源电流消弧技术存在如下缺陷：现有的有源电流消弧方法利用电源电压计算补偿电流，接地故障发生后需先进行故障相识别，利用单个逆变器作为补充消弧装置时，输出容量有限，谐波特性较差，需要升压变压器和接地变压器接入配电网且需添加给直流侧充电的设备，另外还需考虑其和主消弧装置的配合问题。

现有的无源电压消弧技术存在如下缺陷：直接接地方式因故障选相准确率受高阻接地及谐振过电压等因素的影响，错误的选相结果将引发相间故障；经阻抗接地方式，发生金属性等低阻接地时，旁路阻抗分流小，影响消弧效果。接地断路器在动作过程中，故障电弧无法得到有效抑制。另外，消弧装置退出运行时刻，对地电容存储的电荷只能通过三相电压互感器释放，可能导致互感器饱和，从而引发铁磁谐振。实际应用中还存在接地设备的参数配置困难等问题。

现有的有源电压消弧技术存在如下缺陷：开环控制时补偿电流计算较为复杂，闭环控制时补偿电流的反复调整使消弧装置的响应时间较长，无法满足接地故障消弧对快速性的要求。

现有的柔性自适应消弧方法存在如下缺陷：只考虑了线路参数对消弧效果影响，未分析故障馈线负荷电流的影响，且以过渡电阻大小作为两种消弧方法的切换条件，然而过渡电阻大小无法直接测量且计算较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于三相级联H桥变流器的配电网接地故障消弧方法，将零序电压的大小作为切换条件，自适应选择电压消弧方法和电流消弧方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于三相级联H桥变流器的配电网接地故障消弧方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤S1：将三相星型连接的三相级联H桥多电平变流器的中性点接地，三相独立运行且分别通过电抗器连接至10kV配电网母线的三相线上；