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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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     

计及故障距离的配电网单相接地有源消弧法

传统有源消弧法通过控制母线处故障相电压实现消弧,由于故障线路上存在电压降落,故障点电压与母线测量点电压存在偏差,难以实现可靠消弧.本文提出了一种基于故障距离估计的有源消弧方法,采用二分法估计故障距离,计算合适的参考电压,根据故障距离估计值和负荷阻抗调整逆变器参考电压,通过逆变器跟踪参考电压实现对故障电流和恢复电压的抑制,有效消除线路电压降落给消弧带来的影响.PSCAD/EMTDC仿真结果表明,该方法能有效抑制故障电弧,具有可行性.     

一种基于RTDS的消弧选线装置的试验研究

针对目前配电网调匝式消弧线圈无法实时模拟,消弧线圈自动跟踪补偿与接地选线装置（简称消弧选线装置）只能进行开环测试,无法考虑装置在系统中实际运行情况,文中介绍了一种基于RTDS实时仿真系统的消弧线圈自动跟踪补偿与接地选线装置的试验研究方法。为验证消弧选线装置的实际工作情况,在RTDS中模拟了调匝式消弧线圈,建立了配电网经消弧线圈接地的仿真系统,并将被测装置所需要的模拟信号输出,装置的控制信号再返回RTDS中,从而形成消弧选线装置的闭环测试环境。按照试验要求进行了各项试验,对测试输出波形做了理论分析,从仿真结果可知,所介绍的方法用于消弧选线装置试验是切实可行的。     

适应线路参数及负载变化的配电网柔性优化消弧方法

中性点非有效接地配电网长期存在单相接地故障消弧难题,在分析线路参数及负载对已有消弧方法的影响以及已有消弧方法优缺点的基础上,提出一种配电网单相接地故障柔性优化消弧方法。故障发生后,通过级联H桥变流器向配电网注入接地故障补偿电流,并根据母线处零序电压确定接地过渡电阻大小。接地电阻较大时,判断注入补偿电流后母线处三相电压变化趋势,选出故障相,根据故障选相结果调整变流器注入电流,控制母线处故障相电压为零,即采用电压消弧方法,否则继续注入接地故障补偿电流,即采用电流消弧方法。仿真结果表明所提方法能够有效抑制接地电弧重燃,解决了单一电流消弧方法和电压消弧方法因线路参数和负载影响而存在的不足。     

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。     

调匝式消弧线圈调谐原理的新研究

在消弧线圈接地系统电网模型理论分析的基础上,根据电网实际运行状况,对传统的位移电压的调谐算法进行改进,同时分析了线电压与自然不平衡电压的关系。在电网中单相接过渡电阻以改变其自然不平衡度,最终通过在"MNDW—Ⅱ型小电流接地电网动态模拟系统"平台上的相关实验,对比了两种调谐算法,证明了改进算法的可行性。     

自动调谐式与固定式消弧线圈并联运行分析

研究了自动调谐消弧线圈与固定式消弧线圈并联运行时，补偿容量的分配对补偿网络位移电压等的影响。配电网的电容电流越大，固定式消弧线圈可以分担的补偿度容量越大，减轻自动调谐消弧线圈补偿容量的作用就越明显。这种并联运行模式对于电容电流大的配电网络特别适用、性能优越，建议在大电容电流配电网中优先选用。     

变电站35 kV智能式消弧线圈选用与运行分析

通过对老型、新型消弧线圈性能特点的分析,结合当阳110 kV锦屏、岩屋庙变电站35kV消弧线圈设备选型及实际应用情况,论述了选用智能型消弧系统的必要性及高短路阻抗变压器式自动快速消弧装置结构简单、补偿精确、先进可靠等优点。     

自动消弧装置新型测控系统的研制

介绍了笔者研制的一种自动消弧装置的新型测控系统。从保证测量精确性和控制准确性两个方面入手,设计了测控系统的硬件和软件,使装置的整体性能得到大幅度的提高;针对实际运行现场干扰严重的情况,采取了有效的抗干扰措施,保证了装置运行的可靠性。     

消弧线圈接入后一次系统不平衡加剧原因分析

通过对西辽阳 10kV消弧线圈投运测试数据的分析,结合消弧线圈的工作原理,从理论上分析出 10kV系统不平衡加剧的原因,查找 10kV消谐装置影响的因素,并根据规程规定,选择消弧线圈的最佳运行档位。     

调匝式消弧线圈自动调谐新方法

对调匝式消弧线圈的自动调谐,提出了利用谐振法结合曲线拟合法测量电容电流的新方法:找出谐振点左右的3点,代入拟合曲线方程,求出谐振点的感抗值(等于系统容抗),由此求出电容电流.该方法具有状态识别功能,能区分线路投切状态和调谐状态,无需相互通信便可实现变电站内部和变电站之间的多台消弧线圈的自动并联.模拟电网试验和现场运行试验结果令人满意.