消弧系统及方法与流程

本申请涉及配电网接地故障检测与处理，尤其涉及一种消弧系统及方法。

背景技术：

1、在“双高”背景下，配电线路点多面广，网架结构复杂，绝缘性故障、接触性故障以及断线故障多发；在配电网的各类故障中，单相接地故障占比最大，约为60％～80％；随着新能源的大量接入导致单相接地故障电流中有功分量和谐波分量比例不断上升，电弧难以自行熄灭；如果不对单相接地故障及时处理，引发人身触电、火灾事故以及设备绝缘击穿。因此，实现单相故障的主动调控是配电网安全可靠的重要保障。

2、故障消弧的发展经历了3个阶段，目前配电网广泛采用的是中性点无源消弧方法，这种方式虽然拓扑简单，在一定程度上能补偿单相接地故障电流。但是消弧线圈体积庞大，且长期处于闲置状态，利用率低；其次，消弧线圈只能补偿接地电流中的无功分量，无法补偿有功和谐波分量。

3、随着电力电子技术的发展，国内外学者对有源消弧方法已有初步研究。相比于无源消弧方法，有源消弧方法可实现接地故障电流的全补偿，中性点有源消弧方法采用有源逆变器与固定档位消弧线圈配合，通过有源逆变器在系统中性点注入补偿电流，进而控制系统中性点电压。但该方法存在直流侧取电困难和设备利用率低的问题，使得变流器直流侧电容能量有限，难以持续输出消弧所需的有功功率，因此直流侧电压不断下降，随着变流器直流侧电压的不断降低，此时接地故障电流不断增加，变流器失去消弧效果，严重威胁非中性点有源消弧装置乃至系统的运行安全。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供一种消弧系统及方法，可以解决现有技术中直流侧电容能量有限，无法持续消弧的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请第一方面提供一种消弧系统，该消弧系统包括消弧控制装置和非中性点有源消弧装置，非中性点有源消弧装置包括：与a相输电线路连接的a相h桥臂、与b相输电线路连接的b相h桥臂和与c相输电线路连接的c相h桥臂；

3、消弧控制装置，用于监测配电系统是否发生单相接地故障；若监测到配电系统发生单相接地故障，则控制非中性点有源消弧装置输出的有功功率为0；

4、消弧控制装置，还用于计算非故障相消弧所需要的无功功率参考值，获取非故障相的无功功率实际值，获取非故障相对应的直流侧电容电压参考值和直流侧电容电压实际值，将无功功率参考值、无功功率实际值、直流侧电容电压参考值和直流侧电容电压实际值输入至非中性点有源消弧装置；

5、非中性点有源消弧装置，用于根据无功功率参考值、无功功率实际值、直流侧电容电压参考值和直流侧电容电压实际值，控制两个非故障相桥臂分别向输电线路的对应非故障相注入消弧电流。

6、为实现上述目的，本申请第二方面提供一种消弧方法，该方法包括：

7、若监测到配电系统发生单相接地故障，则控制非中性点有源消弧装置输出的有功功率为0；

8、计算非故障相消弧所需要的无功功率参考值，获取非故障相的无功功率实际值，获取非故障相对应的直流侧电容电压参考值和直流侧电容电压实际值；

9、将无功功率参考值、无功功率实际值、直流侧电容电压参考值和直流侧电容电压实际值输入至非中性点有源消弧装置，以控制非中性点有源消弧装置的两个非故障相桥臂分别向输电线路的对应非故障相注入消弧电流。

10、采用本申请实施例，具有如下有益效果：

11、本申请在配电系统发生单相接地后，控制非中性点有源消弧装置输出的有功功率为零，仅输出消弧所需的无功功率，实现了单相接地故障的有效抑制，同时维持了消弧装置直流侧电容电压的稳定，使得直流侧电容能量充足，有效持续消弧。本申请采用p-q消弧方法有效避免了在非中性点有源消弧装置的直流侧增加额外的供能装置，非中性点有源消弧方案在不依赖外加供能装置的前提下，实现单相接地故障电流的全补偿与直流侧电容电压稳定，降低了装置整体的成本，并且保证了非中性点有源消弧装置的安全运行。

技术特征：

1.一种消弧系统，其特征在于，所述消弧系统包括消弧控制装置和非中性点有源消弧装置，所述非中性点有源消弧装置包括：与a相输电线路连接的a相h桥臂、与b相输电线路连接的b相h桥臂和与c相输电线路连接的c相h桥臂，且，所述a相h桥臂、b相h桥臂和c相h桥臂均设有直流侧电容；

2.根据权利要求1所述的消弧系统，其特征在于，所述非中性点有源消弧装置还包括a相控制模块、b相控制模块和c相控制模块，所述a相控制模块、b相控制模块和c相控制模块均包含功率环、稳压环、电流环和调制模块；

3.根据权利要求1所述的消弧系统，其特征在于，所述非故障相消弧所需要的无功功率参考值通过以下公式1计算得到：

4.根据权利要求1所述的消弧系统，其特征在于，所述消弧控制装置，还用于经历预设时长后控制所述非中性点有源消弧装置减少注入的消弧电流，监测所述输电线路的中性点电压是否成比例变化；若中性点电压成比例降低，则确定单相接地故障消除。

5.根据权利要求1所述的消弧系统，其特征在于，所述消弧控制装置，还用于经历预设时长后控制所述非中性点有源消弧装置减少注入的消弧电流，监测所述输电线路的中性点电压是否成比例变化；若中性点电压不成比例降低，则隔离故障线路。

6.根据权利要求1所述的消弧系统，其特征在于，所述消弧控制装置，还用于若未发生单相接地故障，则进入无功补偿模式，在无功补偿模式下控制所述非中性点有源消弧装置向所述输电线路分相注入无功补偿电流。

7.一种消弧方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述非中性点有源消弧装置，用于根据所述非故障相的无功功率参考值与无功功率实际值的差值以及所述非故障相与故障相之间的线电压，得到所述非故障相的消弧电流参考值；

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述非故障相消弧所需要的无功功率参考值通过以下公式1计算得到：

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结本申请公开了一种消弧系统及方法，消弧控制装置监测配电系统是否发生单相接地故障；若监测到配电系统发生单相接地故障，则控制非中性点有源消弧装置输出的有功功率为0；非中性点有源消弧装置根据获取的无功功率参考值、无功功率实际值、直流侧电容电压参考值和直流侧电容电压实际值，控制两个非故障相桥臂分别向输电线路的对应非故障相注入消弧电流。本申请在配电系统发生单相接地后，控制非中性点有源消弧装置输出的有功功率为零，仅输出消弧所需的无功功率，实现了单相接地故障的有效抑制，同时维持了消弧装置直流侧电容电压的稳定。本申请无需在非中性点有源消弧装置的直流侧增加额外的供能装置，降低了装置整体的成本。技术研发人员：刘红文,郭祺,涂春鸣,聂鼎,朱晓霰,徐肖伟,黄泽钧,张春丽受保护的技术使用者：云南电网有限责任公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/29