基于有源逆变的谐振接地系统零序电压柔性控制方法.pdf

本发明公开了基于有源逆变的谐振接地系统零序电压柔性控制方法，该方法可实现零序电压的跟踪控制，适应于具有一定不对称度的谐振接地系统中，包括以电流为控制量的变脱谐度控制中性点电压方法、以电压为控制量的变阻尼控制中性点电压方法。该控制方法简单易行，可实现中性点位移电压与接地故障电流的最优控制。

1.  基于有源逆变的谐振接地系统零序电压柔性控制方法，其特征在于，变脱谐度控制方法以电流为控制量将中性点位移电压U₀限制在以内，U_A为A相电压电势，为系数，逆变器注入电流控制系数应满足：
式1
 式2
为防止接地电流过大，将接地电流I_d限制在n以内，逆变控制系数应满足：
 式3
式4
式中：C_Σ=C_A+C_B+C_C为系统总分布电容，C_A、C_B和C_C为三相对地分布总电容，L₁为消弧线圈等效电感；U₀₁为消弧线圈等效电感为L₁时中性点电压，V₁为消弧线圈等效电感为L₁的脱谐度，；d₀为自然阻尼率，d₀=1/wC_Σr_Σ，r_Σ=r_A+r_B+r_C为系统分布总电阻，r_A、r_B和r_C为三相对地分布总电阻；ω为系统角频率；、分别为将零序电压限制在处的消弧线圈欠补偿和过补偿的逆变器控制系数；、分别为将接地电流限制在n以内的消弧线圈欠补偿和过补偿逆变器控制系数；
式1和式3为随调式消弧线圈欠补偿限制中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需令>；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数<；若两者同时满足只需<<；
式2和式4为随调式消弧线圈过补偿限制中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需令<；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数>；若两者同时满足只需<<。

2.  基于有源逆变的谐振接地系统零序电压柔性控制方法，其特征在于，变阻尼率控制方法以电压为控制量将中性点位移电压U₀限制在以内，U_A为A相电压电势，为系数，逆变器注入电流控制系数应满足：
 式5
式6
以变阻尼率的等效预调式消弧线圈在发生单相接地故障时，为防止接地电流过大，将接地电流I_d限制在n以内，逆变控制系数应满足：
式7
式8
式5和式7为等效随调式消弧线圈注入正阻性电流时中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需控制逆变系数<；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数>；若两者同时满足只需<<；
式6和式8为等效随调式消弧线圈注入负阻性电流时中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需控制逆变系数>；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数<；若两者同时满足只需<<。

3.  根据权利要求1和权利要求2所述的，其特征在于，基于有源逆变的谐振接地系统零序电压柔性控制方法，变脱谐度控制方法适用于随调式消弧线圈，变阻尼率控制方法适用于所有谐振接地系统中，用于随调式消弧线圈时只需改变公式中d₀（此时为自然阻尼率和阻尼电阻阻尼率之和）和脱谐度V₁=0；在同时满足控制要求取值出现矛盾时，以满足接地电流要求优先取控制系数。

基于有源逆变的谐振接地系统零序电压柔性控制方法
技术领域
本发明涉及的是一种电气技术的控制方法，具体是基于有源逆变的谐振接地系统正常运行时控制中性点电压的技术。
背景技术
谐振接地系统中，消弧线圈能产生补偿接地电流的感性电流，限制接地电流的破坏作用，降低故障相恢复电压及电弧接地过电压的发生，提高电网运行的安全性和可靠性，因而在我国配电网中广泛使用。但在实际运行中，由于三相对地参数不平衡或三相不平衡负载，造成谐振接地系统中性点位移电压普遍存在，特别是消弧线圈全补偿时的谐振过电压，较大中性点位移电压使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，对配电网与电气设备造成不良影响，因此必须对中性点位移电压加以限制。根据DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：消弧线圈接地系统，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%。
传统的零序电压控制方案主要有：1）通过调节预调式消弧线圈并联阻尼电阻及随调式消弧线圈脱谐度来抑制中性点电压2）通过三相不平衡调补装置来抑制中性点电压，主要有投切电容器组或在某相中投入电容器、晶闸管投切电容器组及晶闸管投切电抗器、GTO电压型变流器的静止无功发生器。但上述方案均不能很好的实现中性点位移电压与接地故障电流的最优控制。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种基于有源逆变的谐振接地系统零序电压柔性控制方法，给出谐振接地系统中控制零序电压的逆变电流取值范围，以实现满足零序电压与接地故障电流的最优控制。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出一种基于有源逆变的谐振接地系统零序电压柔性控制方法，针对以变脱谐度的随调式消弧线圈、变阻尼率的等效预调式消弧线圈和预调式消弧线圈的接地系统中性点电压的控制方法分别如下：
方案a：变脱谐度的随调式消弧线圈中性点电压控制方法。
变脱谐度的随调式消弧线圈过补偿或欠补偿将中性点位移电压U₀限制在以内，U_A为A相电压电势，                                                为系数。逆变器注入电流控制系数应满足：
   式1
  式2
变脱谐度的随调式消弧线圈过补偿或欠补偿在发生单相接地故障时，为防止接地电流过大，将接地电流I_d限制在n（不同等级配电网取值不同）以内，逆变控制系数应满足：
  式3
  式4
式中：C_Σ=C_A+C_B+C_C为系统总分布电容，C_A、C_B和C_C为三相对地分布总电容，L₁为消弧线圈等效电感；U₀₁为消弧线圈等效电感为L₁时中性点电压，V₁为消弧线圈等效电感为L₁的脱谐度，；d₀为自然阻尼率，d₀=1/wC_Σr_Σ，r_Σ=r_A+r_B+r_C为系统分布总电阻，r_A、r_B和r_C为三相对地分布总电阻；ω为系统角频率；、分别为将零序电压限制在处的消弧线圈欠补偿和过补偿的逆变器控制系数；、分别为将接地电流限制在n以内的消弧线圈欠补偿和过补偿逆变器控制系数；
式1和式3为随调式消弧线圈欠补偿限制中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需令>；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数<；若两者同时满足只需<<；
式2和式4为随调式消弧线圈过补偿限制中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需令<；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数>；若两者同时满足只需<<；
若两者同时满足取值出现矛盾时，以满足接地电流要求优先取控制系数；
方案b：变阻尼率的等效预调式消弧线圈和预调式消弧线圈中性点电压控制方法。
变阻尼率的等效预调式消弧线圈将中性点位移电压U₀限制在以内，逆变器注入电流控制系数应满足：
  式5
 式6
变阻尼率的等效预调式消弧线圈在发生单相接地故障时，为防止接地电流过大，将接地电流I_d限制在n以内，逆变控制系数应满足：
 式7
 式8
式5和式7为等效随调式消弧线圈注入正阻性电流时中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需控制逆变系数<；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数>；若两者同时满足只需<<；
式6和式8为等效随调式消弧线圈注入负阻性电流时中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需控制逆变系数>；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数<；若两者同时满足只需<<；
以上两种控制方案中：变脱谐度控制中性点电压以电流为控制量，适用于随调式消弧线圈接地系统中；变阻尼率控制中性点电压以电压为控制量，适应于所有谐振接地系统中，在用于随调式消弧线圈时只需改变公式中d₀（此时为自然阻尼率和阻尼电阻阻尼率之和）和脱谐度V₁=0；若在两者同时满足取值出现矛盾时，以满足接地电流要求优先取控制系数；
有益效果：本发明提出的基于有源逆变的谐振接地系统零序电压柔性控制方法，该方法可实现谐振接地系统中零序电压与接地电流的最优控制，包括以变脱谐度和变阻尼率方式控制中性点电压。
附图说明：
图1基于有源逆变的谐振接地系统接线图；
图2基于有源逆变的谐振接地系统等效原理图；
图3变脱谐度方式下中性点位移电压曲线；
图4变阻尼率方式下中性点位移电压曲线。
具体实施方式
为使本发明实施的技术方案与功效更加清楚明了，下面结合本发明实施例中的附图，给出了详细的实施方式和具体操作过程，如下：
步骤①：电网正常运行时，如图1，通过电压互感器测量中性点电压U₀₁；
步骤②：变脱谐度方式的零序电压控制方法。
随调式消弧线圈等效电感为L₁时的中性点电压为U₀₁，投入逆变器，令逆变电流（取值尽可能满足[-1,1]），为投入消弧线圈后的不平衡电流，可由电流互感器检测到或根据配电网对地参数计算出，k为变压器变比，把逆变器及单相接地变压器等效为一阻抗Z_逆，则系统对地总阻抗及逆变器阻抗：
       式9
   式10
中性点位移电压：
式11
令式11中U₀等于，则随调式消弧线圈过补偿或欠补偿将中性点位移电压U₀限制在以内，逆变电流控制系数应满足：
  式12
  式13
在发生单相接地故障时，为防止接地电流过大（以金属性接地考虑）：
  式14
令式14中I_d等于n，求解得：
式15
式16
式12和式15为随调式消弧线圈欠补偿限制中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需令>；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数<；若两者同时满足只需<<；
式13和式16为随调式消弧线圈过补偿限制中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需令<；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数>；若两者同时满足只需<<；
变脱谐度方式以电流为控制量控制中性点电压，适用于随调式消弧线圈接地系统中；若在两者同时满足取值出现矛盾时，以满足接地电流要求优先取控制系数；
步骤③：变阻尼率方式的零序电压控制方法
随调式消弧线圈等效电感为L₁时的中性点电压为U₀₁，投入逆变器，令逆变电流，为中性点位移电压（可由电压互感器实时测量），则逆变器等效为一阻性元件，因此可等效为预调式消弧线圈，
系统对地总阻抗：
式17
中性点位移电压：
式18
令式18中U₀等于，求得：
 式19
  式20
在发生单相接地故障时，为防止接地电流过大（以金属性接地考虑）：
  式21
令式21中I_d等于n，求解得：
  式22
  式23
式19和式22为等效随调式消弧线圈注入正阻性电流时中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需控制逆变系数<；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数>；若两者同时满足只需<<；
式20和式23为等效随调式消弧线圈注入负阻性电流时中性点位移电压控制系数，若将中性点位移电压限制在某一值以内，只需控制逆变系数>；若满足接地电流I_d限制在n以内，只需控制逆变系数<；若两者同时满足只需<<；
变阻尼率方式以电压为控制量控制中性点电压，适用于所有谐振接地系统中，用于随调式消弧线圈时只需改变公式中d₀（此时为自然阻尼率和阻尼电阻阻尼率之和）和脱谐度V₁=0；若两者同时满足取值出现矛盾时，以满足接地电流要求优先取控制系数。