[发明专利]基于三相半桥逆变器的配电网接地故障消弧方法

说明书

本发明公开了一种基于三相半桥逆变器的配电网接地故障消弧方法，采用三相半桥逆变器代替消弧线圈，挂接于各相母线和地之间，当电网发生接地故障时，利用测量的相电压计算补偿电流，从三相半桥逆变器向配电网分相注入特定相同电流，补偿接地故障电流为零，达到接地故障消弧的目的。该装置结构简单，无需接入升压变压器和接地变压器，响应迅速、灵敏度高，具有良好的消弧效果。

技术领域

本发明涉及接地故障有源消弧领域，具体地，涉及一种基于三相半桥逆变器的配电网接地故障消弧方法。

背景技术

随着配电网的迅速发展及电力电缆的大量使用，当系统发生单相接地故障时，接地电流也越来越大，电弧不易自行熄灭，若不能得到有效抑制，易发展成永久性单相接地故障，且可能引起超过3倍相电压的系统过电压，导致健全相绝缘薄弱环节击穿，造成相间短路。影响接地故障消弧的主要因素有:接地故障电流大小和间歇性电弧过电压(包括故障相恢复电压的初速度、恢复时间与恢复电压幅值)。接地故障消弧方法按照有无电源参与可分为有源和无源消弧方法，按照补偿对象可分为电压消弧和电流消弧。

无源电压消弧方法采用分相断路器短路接地故障相，从而达到钳位故障相电压，阻止电弧重燃的目的，消弧柜、快速接地开关、低励磁阻抗变压器接地装置在本质上都属于此类。但在高阻接地故障时易出现故障相判断错误，可能使正常相对地短路，引发相间短路导致出线断路器跳闸，降低供电可靠性。其本质上是改变配电网的零序阻抗，不能补偿有功电流和谐波电流，消弧效果有限，且消弧线圈和线路对地电容可能发生串联谐振，容易产生谐振过电压，危及电网安全。

有源消弧方法采用基于电力电子的有源电流发生装置，通过向配电网注入宽频段零序电流，达到钳位中性点电压或抑制接地故障电流的目的。有源电压消弧方法是通过控制有源逆变器向配电网注入零序电流，控制零序电压为故障相电压的相反数，促使故障点恢复电压为零，从而实现故障消弧。有源电流消弧方法通过控制有源补偿装置向配电网中性点注入可控的补偿电流，完全补偿接地电流中的有功分量、无功分量和谐波分量，促使故障点100％消弧。

已有柔性消弧方法多采用单个逆变器单元作为消弧线圈的补充装置，需要升压变压器经Z型变压器接入配电网，且其存在开关频率较低、谐波含量高、输出容量有限和直流侧电容取源困难等问题。因此，如何快速准确的实现消弧目的，保障配电网安全稳定的运行，成为亟待解决的难题。

发明内容

为解决上述配电网消弧方法中存在的技术问题，本发明提出了基于三相半桥逆变器的配电网接地故障消弧方法，该方法解决了配电网接地故障电流快速可靠抑制的难题。在配电网接地故障发生时，迅速向配电网各母线注入特定电流，强迫故障点电压为零，实现瞬时故障可靠消弧。其拓扑结构图如图1所示。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于三相半桥逆变器的配电网接地故障消弧方法，包括以下步骤：

步骤S1：将三相半桥逆变器直流侧两电容联结点接地，三相独立运行且分别通过滤波电路连接至配电网三相母线上；

步骤S2：当电网发生接地故障时，检测配电网对地电容值C₀和泄漏电阻值R₀，计算故障补偿电流I^*，并确定各相注入电流大小；

步骤S3：采集各相实际电感电流，通过电流闭环控制，将得到的调制波与三角载波比较后生成逆变器开关管驱动脉冲，以控制三相半桥逆变器向配电网注入电流，达到消弧的目的。

进一步的，步骤S2中故障补偿电流和各相注入电流的计算方法如下：

当配电网对地参数平衡时，假设各相对地电容均为C₀，各相对地泄漏电阻均为R₀，故障补偿电流I^*：