[发明专利]一种四桥臂拓扑的配电网集成化消弧装置及方法

说明书

本发明涉及一种新型四桥臂拓扑的配电网集成化消弧装置及方法，集成化消弧装置采用四桥臂H桥变流器，其中三桥臂星型连接，经连接电感挂接在各相线，第四桥臂连接在三桥臂中性点和大地之间；集成化消弧方法为：系统正常运行时，集成化消弧装置动态跟踪补偿配电网无功功率、有功功率和三相不平衡负荷以及抑制三相对地参数不平衡电压；接地故障时，三相对地参数不平衡电压抑制切换至柔性消弧，补偿接地故障电流至零。本发明响应速度快，能够迅速有效的抑制接地故障电弧，功能丰富，设备利用率高。

技术领域

本发明涉及电网单相接地故障消弧领域，具体涉及一种新型四桥臂拓扑的配电网集成化消弧装置及方法。

背景技术

随着配电网规模的扩大，接地故障电容电流增大，消弧线圈无法补偿谐波和有功分量，接地故障残流较大，致使接地故障电弧无法自行熄灭，引发火灾和相间短路故障。且易发展为间歇性电弧接地故障，产生弧光过电压，造成电网设备击穿损坏。柔性消弧方法因能补偿接地故障电流中的无功、有功和谐波分量成为研究热点。

已有的柔性消弧装置主要有：一是主从式消弧装置，消弧线圈为主消弧装置，补偿接地故障电流中大部分电容电流；在其两端并接单相逆变器作为从逆变装置，补偿接地故障电流剩余的谐波电流和有功电流，但受逆变器电平数限制，输出谐波特性较差；二是三相级联H桥式消弧装置，以三相级联H桥变流器为消弧装置，三相直接并接于母线，中性点直接接地或者经开关接地，但需较多的H桥单元，投入成本较高。

另外，目前柔性消弧装置只在接地故障期间发挥作用，正常运行期间闲置，但接地故障持续时间短，柔性消弧装置中的电力电子模块利用率低，造成资源浪费。已有的多功能消弧装置将SVG中性点经消弧线圈接地，SVG单相耐压只需二分之一线电压，投入H桥单元较少，但受消弧线圈影响，响应速度慢；且未补偿接地故障电流中的有功和谐波分量，消弧效果有限；另外，仅具有无功补偿和消弧两种功能，装置利用率仍有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型四桥臂拓扑的配电网集成化消弧装置及方法，有效提高响应速度和装置利用率，能够迅速抑制接地故障电弧且经济性高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型四桥臂拓扑的配电网集成化消弧装置，所述集成化消弧装置采用四桥臂H桥变流器，其中三桥臂星型连接，直接挂接在各相线，第四桥臂连接在三桥臂中性点和大地之间；系统正常运行时，集成化消弧装置动态跟踪补偿配电网无功功率、有功功率和三相不平衡负荷以及抑制三相对地参数不平衡电压；接地故障时，三相对地参数不平衡电压抑制切换至柔性消弧，补偿接地故障电流至零。

进一步的，所述三桥臂采用三相H桥变流器，所述三相H桥变流器包括两电平三相半桥、三电平三相半桥、多电平三相半桥或三相级联式H桥。

进一步的，所述接地桥臂采用单相H桥变流器，所述单相H桥变流器包括两电平单相半桥、三电平单相半桥、多电平单相半桥、单相级联式H桥。

进一步的，所述三相H桥变流器采用高压等级三相变流器，直接挂设于6kV、10kV、35kV或者66kV电压等级的母线或线路上。

进一步的，所述三相H桥变流器采用低压等级三相变流器，经过升压变压器挂接于6kV、10kV、35kV或者66kV电压等级的母线或线路上。

一种新型四桥臂拓扑的配电网集成化消弧方法，包括以下步骤：

步骤S1:将星型连接的三相H桥变流器的中性点经单相H桥变流器接地，三相H桥通过连接电感挂接至配电网母线的三相线上；

步骤S2：实时采集系统母线三相电压、三相电流和零序电压以及变流器注入电流；

步骤S3：计算系统的瞬时无功功率、有功功率和三相不平衡负荷电流，同时计算母线零序电压和三相电源电压的幅值和相位；根据零序电压是否越线判定是否发生接地故障或者是否存在三相对地参数不平衡；