[发明专利]一种配电网单相接地故障主从式消弧系统

说明书

本发明涉及一种配电网单相接地故障主从式消弧系统，包括与配电网相接的消弧线圈与柔性从消弧装置；所述柔性从消弧装置由级联H桥变流器串联滤波电感组成；当配电网发生单相接地故障时，消弧线圈工作于过补偿状态，补偿接地故障电流中的大部分无功分量，控制柔性从消弧装置注入补偿电流，补偿接地故障残流中的无功分量、有功分量及谐波分量。本发明采用消弧线圈与柔性从消弧装置共同实现对接地故障电流的全补偿，降低接地故障残流，并可解决工程中存在的因配电网规模扩大导致的消弧线圈补偿容量不足的问题。

技术领域

本发明涉及配电网安全设计技术领域，特别是一种配电网单相接地故障主从式消弧系统。

背景技术

随着配电网的规模扩大、电力电子设备以及非线性负载的用量增加，单相接地故障电流中的有功和谐波分量增多。传统的消弧线圈只能补偿单相接地故障电流中的容性无功基波分量，经传统消弧线圈补偿后的故障残流中仍存在有功及谐波分量，足以维持电弧的燃烧，故传统消弧线圈逐渐不能满足配电网安全稳定运行的要求。故障点电弧无法有效熄灭可能会引发更大的事故，威胁设备和人员安全。

已有的主从式消弧系统虽然可以补偿单相接地故障电流中的无功、有功和谐波分量，但是其从消弧装置采用单个H桥经过升压变压器后接入配电网中性点，其输出谐波含量较高，单个H桥单元的开关元件流过的电流大，动作频率高，发热量严重，且可能出现功率倒灌现象。

综上，现有主从式消弧系统存在的几个问题：一、从消弧装置输出的谐波分量较大。二、单个H桥单元的开关元件流过的电流大，动作频率高，发热严重。三、从消弧装置的单个H桥单元经固定变比的升压变压器接入配电网，消弧过程中中性点电压将抬升，可能出现功率倒灌，造成H桥变流器损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种配电网单相接地故障主从式消弧系统，采用消弧线圈与柔性从消弧装置共同实现对接地故障电流的全补偿，降低接地故障残流，并可解决工程中存在的因配电网规模扩大导致的消弧线圈补偿容量不足的问题。

本发明采用以下方案实现：一种配电网单相接地故障主从式消弧系统，包括与配电网相接的消弧线圈与柔性从消弧装置；

所述柔性从消弧装置由级联H桥变流器串联滤波电感组成；

当配电网发生单相接地故障时，消弧线圈工作于过补偿状态，补偿接地故障电流中的大部分无功分量，控制柔性从消弧装置注入补偿电流，补偿接地故障残流中的无功分量、有功分量及谐波分量。

进一步地，所述消弧线圈为带铁芯的电感器。

进一步地，本发明的主从式消弧系统与配电网的连接关系为：所述柔性从消弧装置与所述消弧线圈并联后经Z型变压器接入配电网中性点。当配电网发生单相接地故障时，控制柔性从消弧装置注入补偿电流为：

式中，为母线零序电压，L为消弧线圈电感值，C_k为线路单相对地电容值，r_k为线路单相对地电阻值，k为馈线编号，N为馈线数量，ω为基波角频率，ω＝2πf₀。

进一步地，本发明的主从式消弧系统与配电网的连接关系还可以为：所述消弧线圈接入配电网中性点，所述柔性从消弧装置挂接于配电网母线。此时，所述柔性从消弧装置采用单相、两相或三相的方式接入配电网；当柔性从消弧装置采用级联H桥变流器时，既能够经Z型变压器挂接于配电网中性点，又能够挂接于配电网的任意相；当柔性从消弧装置采用两相级联H桥变流器时，能够挂接于配电网的任意两相；当柔性从消弧装置采用三相级联H桥变流器时，挂接于配电网的三相。

当配电网发生单相接地故障时，若柔性从消弧装置经Z型变压器挂接于配电网中性点，控制柔性从消弧装置注入补偿电流为：