一种面向交直流混联配电网的单相接地故障自愈控制方法

本发明属于交直流混联配电网控制领域，更具体地，涉及一种面向交直流混联配电网的单相接地故障自愈控制方法。

背景技术：

1、以负荷为主的配电网环节处于电力系统的末端，直接面向电力用户，承担着分配电能、服务客户的重任。随着电力电子技术的不断成熟，电力电子变换器的成本以及损耗在不断降低，通过换流器进行连接的交直流混联配电网正在成为智能配电网的发展趋势。与传统配电网相比，交直流混联配电网智能度更高，具有网络拓扑灵活、潮流可控性高、扩展性强等一系列优势，更易于新能源的接入。

2、目前，配电网发生概率最高的故障为单相接地故障，占配电网故障总数的80％以上。配电网单相接地故障导致的森林火灾、电力设备烧毁和人身触电等事故时有发生，特别是电弧接地故障极易引发铁磁谐振和相间短路等次生事故。而永久性接地故障的故障电流致使故障点附近存在跨步电压，对人畜安全构成威胁。传统基于消弧线圈的方案存在弧光过电压产生风险、响应速度慢、补偿效果欠佳等弊端。传统基于消弧柜的方案存在投入和退出时对系统冲击大，且可能引发铁磁谐振等问题。基于电力电子装置的有源柔性消弧技术的出现可有效解决以上问题，然而，传统有源柔性消弧技术存在功能单一、仅能在接地故障时发挥效用、利用效率低、成本偏高等问题。

3、除此之外，在无联接变压器的交直流混联配电网场景下，单相接地故障将导致零序电流流经各个交流配电网，使得非故障电网也出现故障特征，以致非故障电网继电保护装置误触发并造成用户供电错误中断的情况。因此，如何应对交直流混联配电网出现的各类接地故障，具有重要研究意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种面向交直流混联配电网的单相接地故障自愈控制方法，其目的在于应对各类单相接地故障，提高配电网的供电可靠性。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种面向交直流混联配电网的单相接地故障自愈控制方法，当单相接地故障发生在中性点不接地的配电网时，方法包括：故障的配电网侧换流器采用有源柔性消弧控制策略控制其开关管，中性点小电阻接地的配电网侧换流器采用零序电压协同控制策略控制其开关管，其余配电网侧换流器采用零序电流抑制策略控制其开关管；所述有源柔性消弧控制策略包括：换流器进入电容电流全补偿状态，当全补偿状态持续时间超过预设灭弧时间时，换流器切换至电容电流欠补偿状态，并判断单相接地故障是否清除；若单相接地故障已经清除，换流器切换至故障恢复状态；若单相接地故障未清除且是低阻接地故障，换流器切换至低频电流注入状态，并在低阻接地故障被清除后切换至故障恢复状态；若单相接地故障未清除且是高阻接地故障，等待故障清除后换流器切换至故障恢复状态；换流器从故障恢复状态切换至正常工作状态。

3、更进一步地，所述有源柔性消弧控制策略下，换流器根据u0mw1控制其开关管；电容电流全补偿状态下，采用第一qpir控制器对i0g1进行零序电流闭环控制得到u0mw1，以将i0g1控制到i0ref1，i0ref1为：

4、

5、电容电流欠补偿状态下，采用第一qpir控制器对i0g1进行零序电流闭环控制得到u0mw1，以将i0g1控制到i0ref2，i0ref2为：

6、

7、低频电流注入状态下，采用第二qpir控制器对i0g1进行零序电流闭环控制得到u0mw1，以将i0g1控制到i0ref3，i0ref3为：

8、

9、其中，u0mw1为有源柔性消弧控制策略下的调制波，i0g1为换流器零序电流，i0ref1为电容电流全补偿状态下换流器的零序电流参考，u0g1为策略实施的换流器交流侧电网零序电压幅值，r01为单相线路对地电阻，θ0g1为策略实施的换流器交流侧电网零序电压的相角，ω为基波角频率，c01为单相线路对地电容，i0ref2为电容电流欠补偿状态下换流器的零序电流参考，kuc为电容电流欠补偿系数，i0ref3为低频电流注入状态下的零序电流参考，i0lf为低频注入电流的幅值，ωlf为低频注入电流的角频率，t为时间。

10、更进一步地，ωlf满足：

11、

12、其中，r0th为采用低频电流注入的过渡电阻阈值。

13、更进一步地，若rf超过r0th，单相接地故障为高阻接地故障，否则，单相接地故障为低阻接地故障，rf和r0th满足：

14、

15、r0th≤u0lfth/i0lf

16、其中，rf为过渡电阻，r0th为采用低频电流注入的过渡电阻阈值，为故障相电压相量，为零序电压相量，r01为单相线路对地电阻，ω为基波角频率，c01为单相线路对地电容，为零序电流相量，u0lfth为低频电流注入的低频零序电压阈值，i0lf为低频注入电流的幅值。

17、更进一步地，所述零序电压协同控制策略下，换流器根据u0mw3控制其开关管，u0mw3为：

18、

19、u0mmc3＝0.5upng1

20、其中，u0mw3为零序电压协同控制策略的调制波，u0mmc3为零序电压协同控制的换流器所承担零序电压幅值，θi0g3为零序电压协同控制策略的换流器的零序电流相角，upng1为采用有源柔性消弧控制策略的配电网的额定相电压幅值。

21、更进一步地，当单相接地故障发生在谐振接地的配电网时，方法包括：将故障的配电网中用于谐振接地的消弧线圈断开；故障的配电网侧换流器采用所述有源柔性消弧控制策略控制其开关管，中性点小电阻接地的配电网侧换流器采用所述零序电压协同控制策略控制其开关管，其余配电网侧换流器采用所述零序电流抑制策略控制其开关管。

22、更进一步地，当单相接地故障发生在中性点小电阻接地的配电网时，方法包括：故障的配电网侧换流器采用零序电压前馈控制策略控制其开关管，其余配电网侧换流器采用所述零序电流抑制策略控制其开关管。

23、更进一步地，所述零序电压前馈控制策略下，换流器根据u0mw3′控制其开关管，u0mw3′为：

24、u0mw3′＝k3u0g3

25、k3＝(upng3-0.5upng1)/upng3

26、其中，u0mw3′为零序电压前馈控制策略下换流器的调制波输出，k3为第二前馈电压系数，u0g3为零序电压前馈控制的换流器侧交流电网的零序电压，upng3为零序电压前馈控制的换流器侧交流电网的额定相电压幅值，upng1为采用有源柔性消弧控制策略的配电网的额定相电压幅值。

27、按照本发明的另一个方面，提供了一种面向交直流混联配电网的单相接地故障自愈控制系统，包括：处理器；存储器，其存储有计算机可执行程序，所述程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述的面向交直流混联配电网的单相接地故障自愈控制方法。

28、按照本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的面向交直流混联配电网的单相接地故障自愈控制方法。

29、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

30、(1)提供了一种面向交直流混联配电网的单相接地故障自愈控制方法，针对单相接地故障发生在中性点不接地的配电网的场景，提出的有源柔性消弧策略可应对各类单相接地故障，如瞬时性故障、永久性低阻故障和永久性高阻故障，可实现在大多数故障下的快速故障自愈，有利于提高配网的供电可靠性；

31、(2)针对单相接地故障发生在谐振接地的配电网的场景，提出将故障的配电网中用于谐振接地的消弧线圈断开，令故障系统从谐振接地短暂处于不接地，从而实施单相接地故障发生在中性点不接地的配电网的场景下的控制方法，在短暂不接地期间，原本由消弧线圈承担的电容电流补偿职能全部由该侧换流器承担，系统可连续安全运行；

32、(3)针对单相接地故障发生在中性点小电阻接地的配电网的场景，提出的零序电流抑制策略实现故障电网与非故障电网的隔离，保证换流器和电网的安全运行；

33、(4)除此之外，提出的零序电压协同控制策略与零序电压前馈控制策略，将交直流混联配网所需提供的零序电压按比例分布到各换流器中，充分利用各换流器的冗余电压容量，减低交直流混联配网的设计与建设成本。