补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装置及方法

摘要

本发明公开了一种补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装置及方法，装置：带有二次绕组的Z型接地变压器模块、单相消弧线圈模块、晶闸管控制的低压电抗器模块、单相全桥逆变器模块、三相PWM整流器模块和控制器模块；方法：采用三相PWM整流器和单相全桥逆变器相结合的模式使消弧线圈对接地电流中有功分量进行补偿，在配电网发生单相接地故障时，以为指令电流控制单相全桥逆变器模块补偿接地电流中的有功分量，通过采用合适的PWM控制策略，产生驱动信号来调控相应电力电子器件，使其输出与这部分有功分量电流大小相等相位相反的补偿电流，使接地电流中的有功分量得到最优补偿，保证消弧线圈的可靠稳定运行，提高配电网运行的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种消弧线圈装置及方法，具体是一种补偿单相接地故障电流中有功分 量的消弧线圈装置及方法。

背景技术

随着城市及工矿企业配电网的不断扩大，配电网单相接地故障电流中的有功分量的幅值 也大幅增加。通常的消弧线圈仅能产生感性电流，实现对单相接地故障电流中的工频无功分 量进行补偿，却不能对由于配电网本身的有功损耗、消弧线圈接入系统的零序回路等因素形 成的单相接地故障电流有功分量进行补偿。若不采取补偿措施，则在配电网发生单相接地故 障时可能会产生电弧接地过电压、加大跨步电压和接触电压，影响供电的安全性和可靠性， 对人身安全造成威胁。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要提供一种补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装 置及方法，解决单相接地故障电流中有功分量补偿的问题。

技术方案：本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：本发明消弧线圈装置包括带 有二次绕组的Z型接地变压器模块、单相消弧线圈模块、晶闸管控制的低压电抗器模块、单 相全桥逆变器模块、三相PWM整流器模块和控制器模块；所述的带有二次绕组的Z型接地变 压器模块原边的一端连接电网三相母线，另一端引出配电网人为中性点，而带有二次绕组的 Z型接地变压器模块的副边连接三相PWM整流器模块；单相消弧线圈模块一次绕组一端与中 性点连接，另一端可靠接地；单相消弧线圈模块二次绕组通过晶闸管控制的低压电抗器模块， 完成消弧线圈电感的连续调节；单相全桥逆变器模块通过控制晶闸管的导通角完成对接地电 流中有功分量的补偿；三相PWM整流器模块为单相全桥逆变器模块提供稳定的直流电压；控 制器模块分别向晶闸管控制的低压电抗器模块、单相全桥逆变器模块、三相PWM整流器模块 发出控制信号；

本发明的消弧线圈控制方法包括如下步骤：

(1)硬件系统上电后，关闭所有中断，进行系统所有模块初始化，然后打开中断；

(2)正常运行时检测电网的对地参数C_Σ、r_Σ，并相应调节消弧线圈；

(3)在直流侧预充电阶段，给直流侧预充电；

(4)预充电结束后，检测电网是否发生单相接地故障；

(5)若电网发生单相接地故障时，要使残流中的有功分量电流得到补偿，即投入逆变器 后接地电阻的阻性电流为零，则需要满足式

即以为指令电流控制单相全桥逆变器模块补偿接地电流中的有功分量；

若没有发生单相接地故障，则从步骤(2)开始重新执行；

(6)执行命令，并判断单相接地故障是否消失，若单相接地故障没有消失，从步骤(5) 开始重新执行；若单相接地故障消失，则从步骤(2)开始重新执行。

有益效果，本发明提出的一种能补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装置及方 法，该装置采用三相可控整流和单相逆变技术对接地电流中的有功分量进行补偿。配电网发 生单相接地故障时，单相接地故障电流中的有功分量的大小由配电网三相对地总的等效绝缘 电阻大小决定，也就是说通过该等效绝缘电阻的大小即可确定单相接地故障电流中的有功分 量电流的大小，然后再基于交直交整流逆变单元，通过采用的PWM控制策略，产生驱动信 号来调控相应电力电子器件，使其输出与这部分有功分量电流大小相等相位相反的补偿电流， 使接地电流中的有功分量得到有效补偿，保证消弧线圈的可靠稳定运行，提高配电网运行的 安全性。

附图说明

图1是补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装置的结构框图。

图2是硬件电路的工作流程图。

图3是单相接地故障发生时系统的等值电路图。

图中，1、带有二次绕组的Z型接地变压器模块；2、单相消弧线圈模块；3、晶闸管控制 的低压电抗器模块；4、单相全桥逆变器模块；5、三相PWM整流器模块；6、控制器模块；L 为消弧线圈的电感；C_Σ为配电网总对地电容；r_Σ为配电网总对地的绝缘电阻；R_E为接地点 的过渡电阻；-r_nb为逆变器的等效电阻；为电源A相电压；为发生接地时电网的零序 电压；为接地残流；为发生接地时配电网接地电流的无功分量；为发生接地时配电 网接地电流的有功分量；为发生接地时消弧线圈提供的电感电流；为指令电流，也即逆 变器产生的电流。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明：

图1中，本发明提出的一种补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈装置，包括带 有二次绕组的Z型接地变压器模块、单相消弧线圈模块、晶闸管控制的低压电抗器模块、单 相全桥逆变器模块、三相PWM整流器模块、控制器模块，该装置采用三相PWM整流器模块和 单相全桥逆变器模块相结合的方式实现了对接地电流中有功分量的补偿，所述的带有二次绕 组的Z型接地变压器模块不仅形成配电网人为中性点，而且为三相PWM整流器模块提供工作 电源，所述的晶闸管控制的低压电抗器模块完成对消弧线圈电感的连续调节。

在6～10kV配电网中，所述的带有二次绕组的Z型接地变压器模块1原边的一端连接电 网三相母线，另一端引出配电网人为中性点，而带有二次绕组的Z型接地变压器模块1的副 边连接三相PWM整流器模块5；单相消弧线圈模块2一次绕组一端与中性点连接，另一端可 靠接地；单相消弧线圈模块2二次绕组通过晶闸管控制低压电抗器模块3，完成消弧线圈电 感的连续调节；单相全桥逆变器模块4通过控制晶闸管的导通角完成对接地电流中有功分量 的补偿；带有二次绕组的Z型接地变压器模块1副边的三相PWM整流器模块5为单相全桥逆 变器模块4提供稳定的直流电压；控制器模块6采用DSP TMS320F28335,并分别向晶闸管控 制的低压电抗器模块3、单相全桥逆变器模块4、三相PWM整流器模块5发出控制信号。

图2中，本发明提出的一种补偿单相接地故障电流中有功分量的消弧线圈的方法，具体 步骤如下：

(1)硬件系统上电后，关闭所有中断，进行系统所有模块初始化，并开中断；

(2)正常运行时检测电网的对地参数C_Σ、r_Σ，并相应调节消弧线圈；

(3)准备给直流侧预充电(直流侧预充电阶段)；

(4)预充电结束后，检测电网是否发生单相接地故障；

(5)图3中，L为消弧线圈的电感，C_Σ为配电网总对地电容，r_Σ为配电网总对地的绝 缘电阻，R_E为接地点的过渡电阻，-r_nb为逆变器的等效电阻，为电源A相电压，为发 生接地时电网的零序电压，为接地残流，为发生接地时配电网接地电流的无功分量，为发生接地时配电网接地电流的有功分量，为发生接地时消弧线圈提供的电感电流，为 指令电流，也即逆变器产生的电流。

若电网发生单相接地故障时，要使残流中的有功分量电流得到补偿，即投入逆变器后接 地电阻的阻性电流为零，发生谐振时只需要满足式

即以为指令电流控制单相全桥逆变器模块补偿接地电流中的有功分量。

若没有发生单相接地故障，则从步骤(2)开始重新执行；

(6)执行命令，并判断单相接地故障是否消失，若单相接地故障没有消失，从步骤(5) 开始重新执行；若单相接地故障消失，则从步骤(2)开始重新执行。