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电力系统及其自动化学报 2023年第1期35卷 136-142页

作者：赵国军陈坤燚李沁曾伟柯贤旺湖北民族大学智能科学与工程学院恩施445000

为解决传统电流型有源消弧法受对地参数测量误差影响较大、消弧困难的问题,提出一种改进型电流有源消弧法。该方法在故障后首先从中性点注入幅值为90%的配网总电容电流,以保证注入电流的负误差;再通过调整注入电流的相位,引起故障残流... 详细信息

为解决传统电流型有源消弧法受对地参数测量误差影响较大、消弧困难的问题,提出一种改进型电流有源消弧法。该方法在故障后首先从中性点注入幅值为90%的配网总电容电流,以保证注入电流的负误差;再通过调整注入电流的相位,引起故障残流的变化,从而计算出准确的注入电流;随后改变注入电流的幅值和相位,将故障点电流抑制到零附近。最后通过PSCAD/EMTDC仿真实验表明,对于任意单相接地故障,均能实现可靠消弧,而且配电网线路结构变化不会对该方法的消弧性能带来影响。

关键词：配电网单相接地故障电流消弧法对地电容测量误差有源消弧法

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基于多变量解耦控制的配电网单相接地故障集成化柔性消弧方法

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电力自动化设备 2021年第11期41卷 133-139页

作者：郭谋发郭彩虹郑泽胤福州大学电气工程与自动化学院福建福州350116

随着静止无功补偿装置、柔性消弧装置、大功率逆变器等电力电子装备应用逐渐增多,配电网柔性化加快发展,但已有电力电子装备存在功能单一、成本高等问题。基于直流侧并接储能元件的直挂式级联H桥变流器,将多变量解耦控制方法与电流消弧... 详细信息

随着静止无功补偿装置、柔性消弧装置、大功率逆变器等电力电子装备应用逐渐增多,配电网柔性化加快发展,但已有电力电子装备存在功能单一、成本高等问题。基于直流侧并接储能元件的直挂式级联H桥变流器,将多变量解耦控制方法与电流消弧方法相结合,实现柔性电力电子装备输出电流在dq0坐标系下的独立调节,使单套柔性电力电子装备同时集成配电网有功功率、无功功率双向流动控制,以及单相接地故障柔性消弧功能,有效提高电力电子装备的利用效率。理论分析以及功率控制和单相接地故障消弧建模仿真结果验证了所提方法的可行性。

关键词：配电网单相接地故障集成化柔性消弧方法多变量解耦控制电流消弧法有功功率无功功率

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配电网新型消弧方法及其关键技术研究

配电网新型消弧方法及其关键技术研究

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作者：赵国军湖北民族大学

学位级别：硕士

配电网结构复杂,运行环境多变,极易发生单相接地故障。单相接地故障产生的电弧可能会引发弧光过电压、森林火灾以及电缆沟起火等危险事故,严重影响电网安全稳定运行。国内配电网普遍采用谐振接地方式,以消除接地短路导致的电弧危害。但... 详细信息

配电网结构复杂,运行环境多变,极易发生单相接地故障。单相接地故障产生的电弧可能会引发弧光过电压、森林火灾以及电缆沟起火等危险事故,严重影响电网安全稳定运行。国内配电网普遍采用谐振接地方式,以消除接地短路导致的电弧危害。但配电网容量增加、电力电子设备及非线性负荷的广泛应用,使得接地故障电流中存在较大的有功分量和谐波分量。然而,消弧线圈仅能补偿对地容性电流,对故障电流中的其它分量无能为力,电弧难以消除。为此,开展配电网新型消弧方法及其关键技术的研究,具有重要的理论与实际意义。现有消弧方法主要有电流消弧法和电压消弧法两类。本文对两类消弧方法的性能进行了分析,结果表明:传统有源电流消弧法的容性电流补偿计算式未计及故障距离和负载阻抗,会导致较大的残流,影响消弧性能。而当对地电容参数具有负误差时更有利于减小残流。电压消弧法以控制故障相母线电压为零作为消弧条件,然而,在重载长馈线末端发生小过渡电阻接地短路时,采用该方法会增大故障电流,导致无法消弧。可见,传统消弧方法还存在一些问题,消弧性能无法得到保障,需要进一步研究。为解决传统有源电流消弧法受对地参数测量误差影响较大、消弧困难的问题,提出了一种改进型有源电流消弧法。接地故障后,首先从中性点注入幅值为90%的配网总电容电流,以保证注入电流的负误差;再通过调整注入电流的相位,引起故障残流的变化,从而计算出准确的注入电流;随后调整注入电流的幅值和相位到准确值,将故障点电流抑制到零附近。通过PSCAD/EMTDC仿真实验表明,所提方法能够实现可靠消弧,而且配电网线路结构变化不会对该方法的消弧性能带来影响。改进型有源电流消弧法需要逆变器具有良好的控制性能才能实现可靠消弧。为此,提出了适用于改进型有源电流消弧法的逆变器设计方法。首先分析了逆变器向配电网中性点注入电流时的等效负载性质,结果表明:等效负载是有源负载,等效源具有较大幅值和较宽的变化范围;随过渡电阻和故障距离的变化,等效负载阻抗呈阻性、阻感性和阻容性;逆变器同时输出不同频次的谐波电流时,需要考虑负载性质改变和等效电压的扰动。鉴于此,提出了消弧逆变器输出滤波器和控制器的设计方法。输出滤波器采用滤波电容分流法进行设计,保证了逆变器能输出包含多频次的电流。采用电容串联电阻来抑制阻感负载情况下带来的谐振失稳问题,并给出了串联电阻的计算方法。控制器采用了定带宽设计法,带宽选定在幅频特性重合段。控制器参数设计准则为:保证阻容负载情况下传函幅频特性低频段具有较高增益。采用PSCAD/EMTDC仿真验证了结论的正确性和所提设计方法的可行性。电流消弧法进行故障电流全补偿时,需要对地参数测量、谐波电流检测以及输出多频次电流精确控制,实现难度较大。鉴于此,在无源电压消弧法的基础上,提出了变阻抗故障电流旁路消弧方法。该方法通过调整故障电流旁路的可变阻抗来实现故障点电压抑制和故障点电流旁路,以此达到电弧消除的目的。为实现故障旁路阻抗的调整,提出了一种可调阻抗的电路结构。该电路结构由阻抗调节支路和串联谐振支路组成。阻抗调节支路可根据电网的状态实现阻抗连续调整,以抑制故障支路的基波电流;故障支路的谐波电流则通过串联谐振支路抑制。为实现可靠消弧,采用数值分析方法明确了故障电流与可变阻抗之间的关系,在此基础上提出了变阻抗旁路的控制策略。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提方法的正确性和可行性。

关键词：配电网单相接地故障电流消弧法消弧逆变器变阻抗旁路消弧法

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基于级联H桥变流器的配电网接地故障柔性消弧及选线方法研究

基于级联H桥变流器的配电网接地故障柔性消弧及选线方法研究

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作者：游建章福州大学

学位级别：硕士

随着配电网规模的扩大和非线性负荷的增加,中性点非有效接地配电网的接地故障电流增大且谐波含量增加,使接地故障的电弧难以自行熄灭,其产生的热量和过电压可能引起火灾和设备绝缘击穿等事故;另外永久性经电阻接地故障将产生跨步电压,... 详细信息

随着配电网规模的扩大和非线性负荷的增加,中性点非有效接地配电网的接地故障电流增大且谐波含量增加,使接地故障的电弧难以自行熄灭,其产生的热量和过电压可能引起火灾和设备绝缘击穿等事故;另外永久性经电阻接地故障将产生跨步电压,存在安全隐患,因此对于接地故障应采取消弧措施实现接地故障电流的全补偿,抑制弧光接地过电压并利用选线方法选出和隔离故障馈线,使配电网恢复正常运行状态。要实现接地故障电流的全补偿硬件方面就必须弥补消弧线圈只能补偿无功基波电流的不足,并研究与之对应的补偿电流的计算和实现方法,故在借鉴了较成熟的静止无功发生器SVG和有源滤波器APF的工作原理的基础上,出现了将有源逆变器作为消弧装置的柔性消弧方法。已有柔性消弧装置通过控制连接于配电网中性点的单个有源逆变器实现消弧,其必须通过Z型变压器及升压变接入配电网;另外传统柔性消弧方法利用电源电压计算注入补偿电流值,其在故障发生后需先进行故障相识别。本文提出基于三相级联H桥变流器的配电网接地故障分相柔性消弧的新方法,柔性消弧装置采用三相级联H桥变流器,其通过连接电感直接挂接在各相线;柔性消弧方法则利用实时检测的三相电压计算注入补偿电流值,分相地控制级联H桥变流器注入补偿电流,控制故障点电压为零,实现接地故障消弧,其不受故障相别选择的影响,具有较好的适应性。在分析线路参数及负载对已有的电压和电流消弧方法影响以及已有电压和电流消弧方法优缺点的基础上,提出一种配电网单相接地故障柔性优化消弧方法。故障发生后,通过级联H桥变流器向配电网注入接地故障补偿电流,并根据母线处零序电压确定接地过渡电阻和补偿后故障点残余电流大小。接地电阻较大时,判断注入补偿电流后母线处三相电压变化趋势,选出故障相,根据故障相的识别结果调整变流器注入电流,控制母线处故障相电压为零,即采用电压消弧方法,否则继续注入接地故障补偿电流,即采用电流消弧方法。在接地故障电弧熄灭后,通过向配电网注入两次不同的间谐波电流,计算各馈线等效对地零序导纳的变化量选出并隔离故障馈线,恢复配电网正常运行。另外本文分析了注入电流频率和接地电阻大小对主动式选线方法的影响。仿真结果表明所提消弧装置、消弧方法和选线方法能够灵活地补偿接地故障电流,有效地抑制接地电弧重燃,并选出故障馈线。采用单相或三相级联H桥变流器进行故障消弧时,不需要进行故障选相,且柔性消弧方法解决了单一电流消弧方法和电压消弧方法因线路参数和负载影响而存在的不足。

关键词：配电网单相接地故障分相柔性消弧接地选线电流消弧法电压消弧法级联H桥变流器

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基于PSCAD与MATLAB的配电网消弧仿真系统设计

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机电工程技术 2023年第8期52卷 206-211页

作者：黄佩贤陈坤燚柯贤旺田浩赵国军湖北民族大学智能科学与工程学院湖北恩施445000

消弧技术的计算方法越来越复杂,对电力系统仿真软件的要求不断提高,PSCAD等仿真软件已无法独立完成对消弧方法的仿真。为此,以配电网单相接地故障为背景,为提高PSCAD仿真软件的计算能力,提出一种新的仿真方法。基于PSCAD/EMTDC建立模型... 详细信息

消弧技术的计算方法越来越复杂,对电力系统仿真软件的要求不断提高,PSCAD等仿真软件已无法独立完成对消弧方法的仿真。为此,以配电网单相接地故障为背景,为提高PSCAD仿真软件的计算能力,提出一种新的仿真方法。基于PSCAD/EMTDC建立模型,通过内部与MATLAB的接口,启动MATLAB数据引擎调用M文件;利用MATLAB强大的计算能力完成PSCAD自身无法完成的复杂计算公式,可充分利用两款软件的优点。基于对消弧的研究,采用所提方法进行仿真实验,并将实验结果与某文献中仿真方法进行对比。结果表明:该方法具有可行性,证明了PSCAD-MATLAB联合仿真在消弧仿真分析中的有效性。

关键词：电流消弧法电力系统仿真 PSCAD/EMTDC MATLAB 接口技术

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