基于单相有源滤波技术的新型消弧线圈的研究

随着城市配电网容量的日益增大,非线性负荷及电缆线路的大量增加,在接地故障电流日益提高的同时,其中的谐波及有功分量也随之大幅提高.而传统的消弧线圈无法对接地故障电流中的谐波及有功分量实现补偿,导致接地点残流难以控制在规定范围内,这严重威胁电网的安全运行.为此,提出一种基于单相有源滤波技术的新型消弧线圈,通过有源注入的方式实现对接地电流的全补偿.详细介绍了它的工作原理和预随调相结合的调谐方式,并设计了基于H-Infinity控制理论的注入电流控制方法.计算机仿真及10 kV高压物理模拟实验验证了其有效性.     

基于主从逆变器的无感消弧有源接地补偿系统

设计了一种基于主从逆变器的无感消弧有源接地补偿系统,由补偿接地故障电流的基波分量与有功分量的主逆变器以及补偿谐波分量的从逆变器组成。在电网正常时,通过恒频注入法和不对称电压法综合计算得到故障电流的基波分量与有功分量;在电网发生单相接地后,检测流过中性点的故障电流,利用快速傅里叶算法提取出谐波分量,然后迅速投入主从逆变器进行补偿输出,实现故障电流的全补偿,从而使得残流在总体上达到一个较低的水平。计算机仿真验证了以上设计的可行性和有效性。     

基于二次注入的配电网接地故障有源电压消弧方法

针对中性点非有效接地配电网中存在的单相接地故障消弧问题,提出了一种基于二次注入的配电网接地故障有源电压消弧方法。该方法通过向配电网中性点注入工频电流来达到单相接地故障消弧目的,确保电网安全稳定运行。注入电流的参考值由二次注入特定电流的方法得到,将注入电流偏差信号通过比例谐振控制器,驱动逆变器开关管产生逆变电流,经滤波电路后注入电网中性点,抑制故障点电压和电流到零。仿真及10kV接地故障实验表明,该方法响应速度快、灵敏度高,能补偿配电网接地故障电流的无功电流分量、有功电流分量及谐波分量,实现瞬时接地故障快速可靠灭弧。     

一种新型中性点有源接地补偿系统的建立与实验

针对传统的无源消弧线圈不能补偿配电网故障电流的有功分量和谐波分量,无法保证残流在规定范围之内,容易产生弧光接地过电压等问题,设计了一种基于双逆变器的新型中性点有源接地补偿系统。该系统由测控系统和补偿系统构成。在电网正常时,测控系统通过不对称电压法与恒频注入法综合计算得到接地故障电流的基波无功分量与有功分量;在电网发生单相接地后,检测流过中性点的故障电流,利用快速傅里叶算法提取出谐波分量,然后迅速投入补偿系统进行输出补偿。补偿系统主要由双逆变器构成,分别用于补偿接地故障电流中的基波分量、有功分量以及谐波分量,达到故障电流的全补偿、零残流的理想效果。计算机仿真与逆变器实验验证了以上设计的可行性和有效性。     

基于模型预测控制的配电网单相接地故障有源消弧

针对配电网非有效接地系统长期存在单相接地故障消弧的难题,现多采用附加有源补偿和消弧线圈相结合的方案对接地故障电弧进行抑制,而有源补偿系统的控制策略的性能直接决定了消弧的性能,本文设计了一种基于预测控制的有源消弧的实现方案,分析了采用注入电流方式的有源消弧的原理,采用三级联多电平H桥的有源补偿的拓扑,优选了代价函数,设计了基于预测控制的有源电流消弧闭环控制系统方案。该方案较PI控制策略的有源电流消弧闭环控制系统具有无需进行参数整定,即能实现对多次谐波电流的精确追踪,能进一步实现对接地电流的有效补偿。仿真分析以及实验验证均表明：本文所提的方案能够更加有效的抑制接地故障电流,满足不同场景下可靠消弧的要求     

一种基于消弧线圈和静止同步补偿器协同作用的配电网消弧结构与方法

由于线路对地电容的存在,中性点非有效接地系统发生单相线路接地故障后会引起较大的接地故障电流甚至弧光。本文提出一种基于消弧线圈和三相级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)协同作用的新型配电网单相线路接地故障消弧结构和方法,该结构将STATCOM中性点通过消弧线圈接地,当单相接地故障发生后,消弧线圈补偿接地故障电流中的大部分基波分量,另外通过对STATCOM增加共模控制回路,来补偿接地故障电流中剩余的基波、谐波和有功分量。实现了无源与有源消弧措施的结合,提升了单相接地故障电流的补偿效果,避免了使用STATCOM中性点直接接地来补偿接地故障电流时直流侧电压大幅升高和所需级联H桥单元增加的问题。另一方面该方法能够同时实现STATCOM无功补偿功能与消弧功能,提高了设备利用率。最后,通过Matlab/Simulink仿真和低压版实验系统的结果验证了该方法的可行性和有效性。     

电磁混合式消弧线圈的全补偿故障消弧原理及其柔性控制策略

随着非线性负荷和电力电子设备等的大量使用,接地故障电流中的有功和谐波分量大幅增加,仅补偿了无功电流后的残流足以维持电弧,易导致过电压及事故进一步发展。本文提出了基于磁控电抗器(MCR)和有源补偿器(APC)的电磁混合式消弧线圈(EHPC),并详细论述了其两种运行状态和全补偿故障消弧原理。分析了扫频法测量对地电容的影响因素,并提出改进措施。理论推导了中性点位移电压、故障相电压和线路零序电流与接地故障电流各分量之间的关系,提出了针对接地故障电流无功、有功和谐波分量的解耦补偿和柔性控制策略。经仿真分析和实验平台验证,接地故障电流能够得到快速有效的全补偿,达到电流和电压双重消弧,表明了本文所述原理和控制策略的正确性和可行性。     

配电网单相接地故障有源消弧技术综述

多种形式的新能源、大量电力电子用户等越来越多的接入配电网是必然的发展趋势,这可能会导致接地故障电流中的无功分量、有功分量及谐波含量越来越大。采用消弧线圈的无源消弧技术依旧存在单相接地故障残流的无功分量、有功分量和谐波分量较大等问题。采用外加注入主动干预方式的有源消弧技术成为解决此类问题的有效手段。本文对配电网单相接地故障有源消弧技术的研究现状进行总结综述,主要阐述了有源消弧装置结构和控制算法两部分内容。首先,从成本、优缺点、连接方式等方面对消弧装置硬件结构进行分析。其次,将电压消弧算法、电流消弧算法、综合消弧算法的优缺点进行对比研究。最后从有源消弧技术的硬件结构和控制算法两个方面进行了展望,并给出了后续研究可能存在的问题以及可能的研究方向。     

配电网新型消弧技术综述

随着配电网中电力电子设备和非线性负载增多,单相接地故障电流中除了基波容性电流外,还包含大量有功分量和谐波分量,传统消弧线圈无法补偿有功分量和谐波分量,导致故障点残流增大,影响故障电弧的自行熄灭,难以满足系统可靠性和安全性需求。阐述了有源电压消弧、无源电压消弧和有源电流消弧等新型消弧技术的原理、技术特点以及技术关键点,探讨了新型消弧技术综合控制思路,为后续技术研究以及装置推广应用提供参考。     

基于级联H桥变流器和dq变换的配电网故障柔性消弧方法

为解决配电网单相接地故障消弧的难题,提出一种基于级联H桥变流器和dq变换的柔性消弧新方法。配电网的三相经级联H桥变流器接地,柔性控制非故障相变流器经连接电感注入电流,补偿接地点的电弧电流,抑制故障相恢复电压,促进电弧快速熄灭、不易重燃。为了实现对稳定性和间歇性电弧接地故障电流的全补偿,结合级联H桥变流器的特性,提出一种基于dq坐标变换的故障谐波及暂态电流分量的检测方法。根据级联H桥变流器注入电流对接地故障电流、故障相恢复电压的作用机理,研究各类电弧接地故障的统一柔性消弧方法,仿真结果表明所提消弧方法的有效性,可以提高配电网接地故障熄弧率,促进柔性交流输电(FACTS)技术在智能配电网接地故障保护中的研究与应用。     

快速调匝式消弧线圈及接地选线一体化装置研究

文章分析了自动调谐消弧线圈现状及存在的问题,提出并实现了采用主从式结构的快速调匝消弧线圈、预调与随调相结合的调谐方式以及单相接地故障选线原理,并详细阐述了它的工作方式和软硬件设计。电网正常运行时监测系统对地电容变化,对地电容发生变化时精确计算电容电流,接地故障时进行全补偿消弧,并给出选线结果。从消弧线圈具有16档细调功能,故障时投入可以精确补偿系统对地电容电流,补偿精度达到1安培以内。模拟试验表明这种新型快速调匝式消弧线圈能够有效地熄灭电力系统发生的各种单相接地电弧,并可以进行正确选线,它的推出将大大提高中压配电网的运行可靠性。     

谐振接地电网预随调补偿方式及其实现

目前,越来越多的中压电网采用谐振接地方式以更加有效地熄灭接地电弧,采用这种接地方式的关键技术是消弧线圈补偿方式和消弧线圈的选择。文中提出了一种预调和随调相结合的补偿方式(简称预随调式),解决了预调式和随调式单独运用时存在的熄灭瞬时接地电弧难的问题。在这种补偿方式下,消弧线圈在正常运行时置于15%过补偿点附近,故障时再快速调整消弧线圈到全补偿点处。针对这种补偿方式,设计了一种主从式消弧线圈方案,它以自动调匝式消弧线圈为主体,串联辅以晶闸管电子开关投切的N个细调线圈,它们的电感值采用二进制组合,可构成2N个补偿值。该新型补偿方式及主从式消弧线圈可靠性在EMTP仿真实验并口10 kV高压物理模拟实验中得到了验证。     

电网谐波对消弧线圈接地系统的影响

为验证某制造厂新型自动调谐消弧线圈装置性能,笔者进行了消弧线圈成套装置金属接地、电阻接地、弧光接地等现场试验,结果发现,当电网具有较高谐波时,单相接地电流含有丰富的谐波成分,消弧线圈并不能补偿谐波接地电流,造成以谐波为主的残流值超标,影响补偿效果,对此问题应引起关注。     

基于自由偶次谐波原理的偏磁式消弧线圈研究新方法

目前偏磁式消弧线圈的研究是将励磁绕组电源简化为恒流源模型,得出消弧线圈的工作特性,但现场实践表明,消弧线圈实际工况中的偶次谐波电流分量已经大到不可以忽略,因此忽略偶次谐波电流而将励磁电流简化为恒流源在一定程度上影响了分析结果的准确度。针对此种研究方法的缺陷,考虑偶次谐波电流的实际影响,笔者提出了基于自由偶次谐波原理研究偏磁式消弧线圈工作特性的新方法,通过数学建模,得到了消弧线圈的调节特性和伏安特性。研究结果表明,基于自由偶次谐波原理的研究方法能够反映实际工况,并为偏磁式消弧线圈的优化设计提供了一个新的解决思路。     

基于调相法的消弧线圈自动跟踪补偿的测量方法

提出了一种基于调相法的消弧线圈自动跟踪补偿测量方法。对于消弧线圈并阻尼电阻接地的配电网,通过投切并联在消弧线圈两端的阻尼电阻以增加系统的阻尼率,同时调节消弧线圈的电感量,保证调节前后零序电压的相位互差90°,即可根据已知信息计算出系统的对地电容和对地电导的精确值。通过在Matlab中建立仿真模型并进行仿真实验,验证了所提出的新型调谐方法的正确性。这种调谐新方法操作简单,易于实现,并且在预调式和随调式消弧线圈中均可使用。     

计及配电线路参数影响的有源消弧算法分析与改进

考虑到配电网馈线自身阻抗及三相耦合作用的影响,对基于有源逆变器的单相接地故障全补偿零残流消弧算法进行了深入分析,并提出了改进思路。推导了全补偿故障消弧时有源逆变器的等效注入电流公式,表明有源消弧注入电流是由故障相电压和短路点的零序输入阻抗唯一确定。分析了有源电流和有源电压消弧算法,提出需利用消弧线圈电流折算、故障过渡电阻测量、单相接地故障区段定位等方法优化有源电流消弧算法;可通过监测负载电流和定位单相接地故障位置来优化有源电压消弧算法。研究结果对配电网单相接地故障有源消弧方法的改进提供了重要的理论依据。     

基于定相增量法的消弧线圈新型调谐方法

提出了一种基于定相增量法的消弧线圈新型调谐方法,对于消弧线圈并阻尼电阻接地的配电网,通过两次投切并联在消弧线圈两端的阻尼电阻,同时调节消弧线圈的电感量,保持调节前后零序电压的相位稳定,即可根据已知信息计算出系统的对地电容和对地电导的精确值。通过在MATLAB中建立仿真模型并进行仿真实验,验证了提出的新型调谐方法的正确性。这种调谐新方法操作简单,需要测量的数据较少,并且在预调式和随调式消弧线圈中均可使用。     

消弧线圈与接地故障转移装置配合使用的消弧方法

分析了现行消弧装置的优缺点,提出了一种自动补偿消弧线圈与故障相快速接地装置相配合使用的消弧方法,阐述了基于该消弧方法的消弧装置的整体结构以及各部分的工作方式,讨论了所使用的各部分装置的动作配合方案。该消弧方法兼有快速熄灭电弧和减小接地电流的优点,使小电流接地系统单相弧光接地问题得到很好的解决,能够进一步提高电网的安全性和供电质量。