配电网单相接地故障有源消弧技术综述

多种形式的新能源、大量电力电子用户等越来越多的接入配电网是必然的发展趋势,这可能会导致接地故障电流中的无功分量、有功分量及谐波含量越来越大。采用消弧线圈的无源消弧技术依旧存在单相接地故障残流的无功分量、有功分量和谐波分量较大等问题。采用外加注入主动干预方式的有源消弧技术成为解决此类问题的有效手段。本文对配电网单相接地故障有源消弧技术的研究现状进行总结综述,主要阐述了有源消弧装置结构和控制算法两部分内容。首先,从成本、优缺点、连接方式等方面对消弧装置硬件结构进行分析。其次,将电压消弧算法、电流消弧算法、综合消弧算法的优缺点进行对比研究。最后从有源消弧技术的硬件结构和控制算法两个方面进行了展望,并给出了后续研究可能存在的问题以及可能的研究方向。     

基于模型预测控制的配电网单相接地故障有源消弧

针对配电网非有效接地系统长期存在单相接地故障消弧的难题,现多采用附加有源补偿和消弧线圈相结合的方案对接地故障电弧进行抑制,而有源补偿系统的控制策略的性能直接决定了消弧的性能,本文设计了一种基于预测控制的有源消弧的实现方案,分析了采用注入电流方式的有源消弧的原理,采用三级联多电平H桥的有源补偿的拓扑,优选了代价函数,设计了基于预测控制的有源电流消弧闭环控制系统方案。该方案较PI控制策略的有源电流消弧闭环控制系统具有无需进行参数整定,即能实现对多次谐波电流的精确追踪,能进一步实现对接地电流的有效补偿。仿真分析以及实验验证均表明：本文所提的方案能够更加有效的抑制接地故障电流,满足不同场景下可靠消弧的要求     

配电网单相接地故障残余电流转移消弧方法

根据消弧线圈和故障转移灭弧装置的优缺点,提出了一种残余电流转移的消弧方法。该方法首先利用消弧线圈将故障点电流补偿到较小数值,再投入故障转移装置转移故障点的残余电流,使电弧可靠熄灭。为了避免转移装置错误投入带来负面影响,采用两级开关结构,并用限流电阻对第一级合闸电流进行限制。通过检测限流电阻的电压或电流,可实现转移装置投入正确性以及电弧是否熄灭的判别,为故障转移装置的投退提供了可靠依据。仿真结果表明,该方法能够解决消弧线圈残流过大的问题,同时也能够避免故障转移装置错误投入带来的风险。     

基于二次扰动的配电网单相接地故障有源电流消弧方案

采用有源电流注入是谐振接地配电网单相接地故障时有效抑制残余电流的措施,但注入电流严重依赖于配电网对地参数的测量精度。提出了一种不需要测量配电网参数,通过二次电流扰动直接计算单相接地故障时注入指令电流,进而实现配电网单相接地故障的有源电流消弧方案。利用有源逆变装置在配电网正常运行时二次注入同相异幅工频电流,根据中性点的偏移电压与故障相电压的电路关系,直接得到各相的指令电流;设计了采用幂次趋近律滑模控制策略的有源电流消弧的控制系统,并分析其稳定性。仿真与实验结果均表明：应用所研究的二次电流扰动法确定的有源消弧系统注入电流指令值,具有较高精度,可不依赖于配电网的测量参数;采用滑模控制策略较PI控制策略具有更好的响应特性,能够实现单相接地故障时有效抑制残余电流的需求,有助于故障电弧的熄灭。     

计及配电网线路阻抗影响的自适应接地故障消弧控制策略

接地故障电弧可靠熄灭是配电网安全运行的重要保障,针对现有有源消弧方法很难同时兼顾高阻与低阻接地故障消弧需求的问题,文中提出一种计及配电网线路阻抗影响的自适应接地故障主动调控方法.首先,推导了故障点残压、残流随接地电阻和故障距离的变化规律,证明电压消弧受线路阻抗影响的机理.其次,通过对比配电网接地故障电流完全消弧与未完全...     

计及配电网接地故障消弧的逆变器设计*

针对现有的有源电压消弧方法未考虑线路阻抗和负荷影响,在配电网重载工况下会出现故障点电流较大,存在难以稳定消弧的问题,首先通过复合序网模型图分析了计及线路阻抗和负荷影响的电压消弧法的原理,推导出消弧逆变器的控制目标,并提出了一种适用于配电网有源电压消弧的逆变器设计方法。该逆变器采用平均值电压闭环,确定了控制器和滤波器的参数,实现了逆变器输出电压、相位的精确控制。最后,在PSCAD/EMTDC和实验室中分别搭建了仿真模型与实物样机进行验证,结果表明逆变器闭环参数设计合理,消弧逆变器具有良好的故障电流抑制性能。     

配电网单相接地故障柔性自适应消弧新方法

针对已有消弧柜和柔性电压消弧技术未考虑故障线路阻抗压降问题,提出基于故障点处电压抑制的配电网单相接地故障柔性电压消弧新方法.通过2次注入补偿电流计算中性点至故障点压降,再调控零序电压至该压降,将故障点处电压抑制为0.为防止2次注入任意电流导致接地故障电流增大的问题,提出将柔性电流消弧法作为柔性电压消弧新方法投入前的过渡...     

电流型有源消弧法性能分析与改进

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。     

消弧线圈接地方式下的配电网单相接地故障模型分析

我国中压配电网的短路故障类型80％为单相接地故障,由于非有效接地系统在发生单相接地故障后能够持续运行1～2 h,所以针对消弧线圈接地方式下的单相接地故障模型的分析十分必要,通过建立消弧线圈接地方式的配电网单相接地故障模型,从理论上分析在金属性接地、高阻接地以及中间状态下的不同过渡电阻等情况,利用ATP/EMTP仿真分析...     

计及信息畸变的低压有源配电网故障定位方法

故障监测信息畸变是影响低压有源配电网故障定位准确性的重要因素,在分析故障监测信息及其畸变类型的基础上,基于信息畸变因子建立了畸变信息模型,设计了计及信息畸变的故障定位模型,提出了计及故障监测信息畸变的低压有源配电网故障定位方法.针对低压配电网多分支的结构特点,在建立分支结构故障等效模型的基础上,提出了故障定位的分层求解...     

考虑可平移负荷管理的主动配电网故障恢复方法

针对主动配电网故障恢复问题,计及系统需求侧管理资源中的可平移负荷制定故障恢复方案。首先给出主动配电网负荷平移基本模型,其次以 故障恢复期间失电负荷电量最小为目标函数,计及负荷平移约束、功率平衡约束、网络辐射状等必要约束条件建立主动配电网故障恢复方法。对混沌 粒子群算法引入自适应惯性权重系数进行改进,并基于改进混沌粒子群算法对建立的模型设计求解流程。算例分析验证了所提方法的有效性。     

基于SVG两相电流注入的配电网单相接地故障消弧方法

针对中压配电网单相接地故障,研究了基于级联H桥静止无功发生器(SVG)两相电流注入的有源消弧方法。当配电网正常运行时,SVG工作于无功补偿模式;当配电网发生单相接地故障时,SVG中性点接地,SVG两个非接地相桥臂向配电网中注入消弧补偿电流,从而减小接地点的故障电流,通过复用已有的SVG设备,替代了传统的消弧线圈。文中讨论了SVG消弧电流注入方式与SVG直流侧电压平衡控制之间的关系,并详细分析了SVG两相电流注入消弧的工作模式和消弧控制器的设计方法。基于MATLAB/Simulink环境的10 kV仿真平台以及380 V三相四级联的低压SVG样机进行仿真和实验验证,仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。     

考虑复故障的有源配电网故障定位方法

配电网受到极端扰动后可靠故障定位是提升配电网供电可靠性的重要手段.在极端扰动中,配电网中发生复故障的概率增大,主要体现在故障重数多、故障类型多、高阻接地等特征.文章提出一种考虑复故障的有源配电网故障定位方法.基于μPMU优化配置下的区域划分,形成各个监测域.通过搜索算法确定可疑监测域,并启动故障定位算法,利用不平衡电流分量幅值比较的故障区段检测判据定位故障.通过PSCAD/EMTDC和Matlab,验证了该方法不受故障位置和故障类型的影响,适用于多重、多类型故障等复杂场景,且有较高的抗过渡电阻能力.     

配电网接地故障选线技术及其应用

配网单相故障接地情况复杂,导致选线装置准确率低,影响供电可靠性。为提高选线装置的选线准确率分析了消弧线圈并联中电阻接地选线原理,并在实际中试用以此为原理的故障选线产品,取得了较好效果,提高了配电网运行的可靠性。     

配电网单相接地故障定位技术实验研究

配电网中单相接地故障发生概率最大,传统的故障定位方法不能有效解决配电网多分支、长线路、高电阻等故障定位难题。研究发现,直流定位法不受分支数量、过渡电阻和线路长度的影响,能够较好地解决配电网定位难题。通过仿真和现场实验证实了直流定位法的可行性;在直流法的基础上,为简化定位操作,提出60Hz交流定位法,该方法可以地面检测,大大缩短定位时间。实验证明,直流法和交流法结合的综合定位法是配电网故障定位的可行方法。     

有源配电网的安全距离与安全分析方法

提出了有源配电网的安全距离与安全分析方法。首先,提出了状态距离的概念,并建立了按方向和长短分类的有源配电网安全距离概念族。其次,提出了有源配电网中各类安全距离的计算方法,考虑了安全距离不存在或无穷大的情况,且能求解正、反向潮流边界的安全距离。再次,提出了基于状态安全距离排序的安全分析方法,得到最危险和最安全的方向及代价最小的安全控制方案;分析结果还包括越界边界、越界点、位移以及垂向轴向越界方向、正反向越界模式等丰富信息。最后,通过算例验证了所提方法。文中发展完善了配电网安全距离这一重要概念,越界分析方法也丰富了现有安全分析内容。     

计及充换放储一体化电站的主动配电网故障恢复

建立了电动汽车区间负荷模型和充换放储一体化电站(简称一体站)区间负荷紧急支撑模型,提出一体站区间负荷紧急支撑策略及其孤岛区间负荷供电范围划分策略。基于区间理论分析,以系统孤岛负荷、开关动作次数和网损分别作为不同层的优化目标,建立主动配电网故障恢复多层优化区间模型。提出混沌模拟退火帝国竞争算法对故障恢复区间模型进行优化,并提出基于仿射数的区间Dist-Flow法用于潮流计算。算例结果表明所提方法快速、有效。     

考虑信息失效的有源配电网两阶段随机性控制方法

信息系统数据传输的延迟、丢包及误码将会导致配电网控制中心采集到的信息偏离真实值,为此提出一种在信息物理系统下考虑配电网信息失效的多场景两阶段随机性控制方法.首先,将趋势优化周期内各采样点的数据及预测值基于可能产生的信息失效情况离散为不同的场景集,并以总成本最小为目标运用随机性模型预测控制对周期内的各场景进行实时滚动优化,协调各分布式能源的出力.其次,在更短的实时修正周期内根据可调度能力进行精细化协调,进一步减轻信息失效对配电网的影响.最后,在改进的IEEE 33节点配电网中验证了所提方法在考虑信息失效时可有效提高配电网协调优化的安全性和经济性,并分析了不同信息失效情况下的差异性和灵敏度.     

基于故障距离分布函数的配电网故障定位

为提高配电网故障定位精度,提出了基于母线电压暂降特征信息和故障距离分布函数实现配电网故障定位的单点定位算法。由节点阻抗矩阵建立反映故障距离变化的故障距离分布函数,根据故障距离分布函数和故障后变电站端测量到的电压暂降数据计算故障距离,通过数据匹配和逐步逼近搜索法确定过渡电阻值,引入了排序算法对所有可能故障点进行排序,减弱了伪故障点对故障定位结果的影响。该方法也适用于三相不平衡配网,不需多次短路计算迭代。算例结果验证了该方法的有效性。