[0001] 本发明涉及配电网安全与保护技术领域，特别是一种配电网柔性消弧装置拓扑及多功能实现方法。

[0002] 随着有源配电网的推广，越来越多的可再生能源和电力电子设备接入系统，导致电力潮流呈现双向流动。这种变化可能会使传统的保护措施失效，导致配电网故障未能及时处理，进而引发二次灾害。数据显示，单相接地故障是配电网中最常见的故障类型。这种故障通常伴随着高温电弧，可能导致弧光过电压、电力设备烧损以及火灾等事故。此外，接地点周围存在的跨步电压，可能会对人体造成触电伤害。单相接地故障电流主要由配电网的对地电容电流和泄漏电阻电流引起。尽管消弧线圈可以补偿接地故障电流中的容性无功分量，但无法补偿其中的阻性有功分量和谐波分量。因此，故障点会存在较大的残余电流，使电弧难以可靠熄灭。

[0003] 柔性消弧装置以电力电子变流器为基础，具备四象限运行能力，能够精确调控输出电压和电流，将接地故障电流降为零，因此在行业内备受关注，应用前景十分广阔。该装置可以连接到配电网接地变压器的中性点，与消弧线圈并联，形成主从消弧模式，或者单独连接在配电网接地变压器的中性点，进行接地故障全补偿。此外，它还可以通过单相、两相或三相方式直接连接到配电线路的任意位置，同时具备从配电网吸收能量的能力。然而，单相接地故障非时常发生，在配电网正常运行期间，柔性消弧装置将时刻处于热备用状态，导致额外安装的柔性消弧装置成本效益低。因此，应考虑将柔性消弧功能集成于配电网已有的并网变流器中，节省额外的硬件成本，且并网变流器可实现谐波抑制、无功补偿和柔性消弧等解耦控制，多种功能之间相互独立运行，从而提高并网变流器的利用率。同时，设计一种具有创新的拓扑结构并网变流器，由三相级联H桥串联单相双绕组变压器构成，和三相级联H桥串联消弧线圈的结构相比，该拓扑的无源部分应做到利用器件本身结构特性进行消弧，不需要进行额外的整定计算。与单独三相级联H桥作用时相比，该拓扑可以有效降低耐压和成本，提高系统的经济性。

[0004] 鉴于此，本发明以解决上述问题为导向，提出具体的实现方法，以做到解决上述现存的所有问题。

[0012] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

[0013] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0014] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0015] 本实施例提供了一种配电网柔性消弧装置拓扑及多功能实现方法，参考图1‑5，针对配电网中的电能质量治理及单相接地故障抑制问题，提出一种新型多功能集成化柔性消弧装置拓扑结构。该拓扑以三相级联H桥变流器为基础，其公共连接的中性点经两个单相双绕组变压器二次侧接地，两个单相双绕组变压器经转换开关连接在配电网线路中。当配电网发生单相接地故障时，通过投切转换开关，由两个单相双绕组变压器向中性点馈入故障相电源电压的负值，通过电压消弧法的原理将故障相电压抑制为零，达到抑制故障电弧、降低故障点电流的目的。由于变压器内部阻抗压降的存在，单凭变压器只能补偿故障电流中的部分有功分量和无功分量，其消弧效果无法达到最优。通过三相级联H桥输出零序补偿电压，降低内部阻抗压降的影响，补偿故障电流中剩余的有功以及无功分量，提高装置的消弧补偿量，优化消弧效果。该拓扑可以实现将有源消弧和无源消弧相结合，二者在消弧容量和消弧效果上互补，与三相级联H桥单独工作时相比，串联变压器可以有效减小H桥的级联数和耐压，降低装置成本和器件损坏的概率，提升系统的经济性能。通过三相级联H桥串接单相双绕组变压器的新型拓扑结构，选用相应的物理模型和控制方法，实现多种功能在统一拓扑结构上协同运行。多功能具体表现为谐波抑制、无功补偿和柔性消弧的协同实现。当系统正常运行时，该拓扑结构能够根据非线性负载的接入情况对负载电流中的谐波成分进行补偿，同时根据电网运行状况确定无功功率的补偿需求；当发生单相接地故障时，系统识别并定位故障相，将电气信号传递给控制器进行综合运算，控制器向该拓扑发出调制信号，装置动作进行单相接地故障柔性消弧，在此过程中该拓扑能够同时保持谐波电流抑制以及无功功率补偿功能。多种功能的实现能够提高装置的利用率，更好地实现系统的安全稳定运行，提升总体的电能质量。

[0016] 在本实施例中，通过仿真软件对本方法的有效性进行了验证，仿真拓扑结构如图1所示。设置总仿真时长为0.8s，在0.2s时刻装置向配电网注入谐波补偿电流，0.3s时刻A相发生单相接地故障，在0.35时刻变压器转换开关导通并入配电网进行一次消弧，在0.4s时刻级联H桥向配电网注入零序补偿电流进行二次消弧。母线馈线处的三相电流波形如图2所示，可以看出在进行谐波抑制后三相电流波形的畸变减小，并且在单相接地故障发生后装置进行消弧时，谐波抑制功能仍在进行。进行谐波抑制前后的母线馈线处A相电流谐波含量分别如图3和图4所示，可以看出进行谐波抑制后电流的总谐波失真率（THD）从8.45%降低为1.54%，小于5%，满足国际电工委员会（IEC）的标准。在配电网单相接地故障电阻Rf为100Ω时的柔性消弧结果如图5所示，故障电流和故障相电压均被有效抑制。因此，所提方法的可行性和有效性得到验证。

[0017] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。