[发明专利]一种基于锁相环的配电网单相接地故障消弧方法

说明书

本发明涉及一种基于锁相环的配电网单相接地故障消弧方法，包括以下步骤：配电网发生单相接地故障后，将采集到的零序电压信号分解为两路正交的信号，并在dq坐标系中对其进行幅值和相位解耦；控制q轴分量为零，得到零序电压幅值；将瞬时角频率转化为相位角，得到零序电压相角；利用得到的零序电压的幅值和相位，计算参考消弧注入电流，并以此计算注入补偿电流，控制变流器向配电网中性点注入该注入补偿电流。本发明能够精确快速地跟踪到目标电压的相位和幅值信息，准确地输出补偿电流，有效地促进电弧的熄灭，提升消弧系统的稳态性能。

技术领域

本发明涉及配电网安全设计技术领域，特别是一种基于锁相环的配电网单相接地故障消弧方法。

背景技术

由于配电网沿线的气候、地质、环境等运行情况复杂，容易发生单相接地故障，且电缆的广泛使用导致线路对地电容电流的增大，使得单相接地故障电流随之上升。而电力电子设备的大量投入在推动配电网柔性化发展的同时，也导致单相接地故障电流中含有一定的有功和谐波成分，由于传统消弧线圈仅能补偿接地故障电流中的无功分量，接地故障残流较大，电弧易于重燃，这给配电网供电可靠性带来了极大挑战。

目前已有的配电网单相接地故障主从式柔性消弧系统，其中消弧线圈补偿接地故障电流中的大部分无功分量，而从消弧装置通过控制变流器注入所需的电流，补偿故障接地电流中的部分无功分量和有功分量，实现故障电流的全补偿，抑制故障相电压的恢复，促进电弧熄灭。而在计算补偿电流的过程中，通常存在目标电压突变、谐波影响等问题导致参考电流异常，因此需要寻求一种精确可行的采集电压信息方法，保证消弧系统的可靠消弧。此外，为减小变流器投入过程中由于跟踪误差而产生的电流冲击，确保消弧系统的安全性，需要采用一种可靠的启动方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于锁相环的配电网单相接地故障消弧方法，能够精确快速地跟踪到目标电压的相位和幅值信息，准确地输出补偿电流，有效地促进电弧的熄灭，提升消弧系统的稳态性能，且采用变流器软启动的方法，避免其投入时对配电网的冲击，确保消弧系统运行的可靠性。

本发明采用以下方案实现：一种基于锁相环的配电网单相接地故障消弧方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：配电网发生单相接地故障后，将采集到的零序电压信号分解为两路正交的信号，并在dq坐标系中对其进行幅值和相位解耦；

步骤S2：控制q轴分量为零，得到零序电压幅值；将瞬时角频率转化为相位角，得到零序电压相角；

步骤S3：利用得到的零序电压的幅值和相位，计算参考消弧注入电流，并以此计算注入补偿电流，并使用比例积分(Proportional Integral，PI)控制器控制变流器向配电网中性点注入该注入补偿电流。

进一步地，在变流器开始向配电网中性点注入补偿电流前，使变流器的输出电压跟踪中性点的电压，并将注入补偿电流的输出起始时刻选取为参考消弧注入电流的过零点，以减小冲击电流。

进一步地，步骤S1具体为：

步骤S11：配电网发生单相接地故障后，利用二阶广义积分器(Second OrderGeneralized Integrator，SOGI)作为相位检测器(Phase Detector，PD)将采集到的零序电压信号分解为两路正交的信号u_α、u_β：

u_α＝U cos(ωt+θ′)；

u_β＝U sin(ωt+θ′)；

式中，U为分解后正交信号的幅值，θ′为零序电压u₀与αβ坐标系中的α轴的夹角；

步骤S12：将两路正交的信号u_α、u_β进行派克变换得到：