[0001] 本发明涉及配电网故障消弧技术领域，具体涉及一种自适应线路压降变化的柔性消弧方法。

[0002] 配电网结构复杂，运行环境多变，极易发生故障，并且故障多为单相接地故障，约占总故障的80％以上。单相接地故障产生的电弧会引起过电压，烧毁设备、甚至导致人身触电伤亡事故、森林火灾以及电网安全事故。因此，需要对故障电弧进行抑制，以提高供电可靠性。

[0003] 现有消弧方法主要分为无源消弧法和柔性消弧法。无源消弧法的典型代表是消弧线圈。单相接地故障发生时，消弧线圈产生的电感电流可以抵消故障点的对地电容电流，以此限制故障点电流的破坏作用，促使电弧自熄。随着配电线路不断电缆化以及非线性负荷的大量应用，使得接地故障电流中有功和谐波分量的比例显著提升。消弧线圈受其元件特性约束，只能补偿电流的基波分量，对有功分量和谐波分量无能为力，在一些工况下消弧线圈补偿后的剩余电流仍足以维持电弧燃烧。

[0004] 为了解决消弧线圈的局限性，基于逆变器控制的电力电子全补偿装置成为新的消弧技术手段，这种方法也被成为柔性消弧法。柔性消弧法以母线处故障相电压为抑制目标，将故障点电压抑制到电弧重燃电压以下，达到消弧目的。具体实现方式按照控制目标的不同，分为电流型柔性消弧法和电压型柔性消弧法。电流型柔性消弧法的控制目标给定值为电流，通过向中性点注入一定数值的电流来调控零序电压，从而使母线处故障相电压为零，以此达到消弧的目的。电压型柔性消弧法将母线处故障相电压为零作为控制目标给定值，以此实现消弧目的。然而，配电网线路会存在阻抗，由负荷电流引起的线路压降会导致母线处故障相电压与故障点电压存在差别。随着配电网规模的扩大、负荷容量的增加，两者的差距更为明显。柔性消弧法以母线处故障相电压为抑制目标时，受线路压降和过渡电阻的影响，可能无法有效抑制电弧。在低阻情况下，电压型柔性消弧法不仅无法抑制故障点电流甚至会增大故障点电流。相较于电压型柔性消弧法而言，在低阻情况下，电流型柔性消弧法不会导致故障点电流增大，但会有故障残流存在。其中，残流大小主要与线路压降有关。

[0005] 由此可见，柔性消弧法按故障相母线处电压为抑制目标时，由于线路压降的存在，都不能使故障点电流为零，消弧具有局限性。

[0028] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

[0029] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，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。

[0030] 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。

[0031] 本实施例提供了一种自适应线路压降变化的柔性消弧方法，采用柔性消弧装置通过接地变压器向配电网中性点注入特定电流，以调控故障后的零序电压，从而自适应线路压降和过渡电阻的变化，有效抑制故障点的电压和电流。其中，所述柔性消弧装置计算第一次注入电流并作为控制器的给定值，通过接地变压器向配电网中性点注入电流，从而可以在任意过渡电阻情况下，使故障点的电流和电压呈现下降趋势。根据调控后的零序电压隐含线路压降这一特征，结合配电网对地参数和调控后的零序电压，计算出包含线路压降在内的注入电流给定值。然后，将控制器的第一次注入电流给定值切换为包含线路压降在内的注入电流给定值，柔性消弧装置按照切换后的给定值注入电流，可以确保任意过渡电阻情况下，故障点的电流和电压均被有效抑制至接近零。所述柔性消弧装置向配电网中性点注入电流来调控故障后的零序电压的目的是使故障点电压为零，使故障点绝缘强度恢复过程中不被再次击穿；另外，中性点注入的电流还可以抵消故障点的电流，以此限制故障点电流的破坏作用，使电弧易于熄灭。该方法的具体实现步骤如下：

[0032] 步骤S1：柔性消弧装置根据配电网线路的对地电容和对地泄漏电阻计算出对地导纳，利用对地导纳和故障相电源电压计算得到第一次注入电流值

[0033] 步骤S2：柔性消弧装置将 作为控制器的给定值，并向配电网注入电流。此时，故障点的过渡电阻为高阻时，故障点的电流和电压趋于零；故障点的过渡电阻为低阻时，故障点的电流和电压呈现下降趋势。

[0034] 步骤S3：柔性消弧装置按照 向配电网注入电流后，继续测量零序电压。根据注入电流后零序电压隐含线路压降以及过渡电阻的变化特征，基于对地导纳和零序电压，计算得出所需的注入电流值

[0035] 步骤S4：柔性消弧装置的控制器由 切换为 并向配电网注入电流。此时，故障点的电压和电流趋近于零。

[0036] 下面结合附图，对本实施例的技术方案从原理角度作进一步详细说明。

[0037] 计及线路压降时，假设图1中的C相发生接地故障，根据图1可得到故障点电流的KCL方程

[0038]

[0039] 式(1)中， 分别为各相电源电压； 为故障后的零序电压；YA、YB、YC分别为配电网对地导纳。其中，YA＝1/rA+jωCA、YB＝1/rB+jωCB、YC＝1/rC+jωCC。rA、rB、rC分别为各相对地泄漏电阻；CA、CB、CC为各相对地电容。 为母线处故障相首端至故障点的线路压降。Rf为故障点的过渡电阻。 为柔性消弧装置注入电流。

[0040] 三相电源和三相对地参数对称时，式(1)可进一步表示为

[0041]

[0042] 式(2)中，Y0为配电网总的对地导纳，其中，Y0＝YA+YB+YC＝3YA。

[0043] 令 可使 和 为此，通过柔性消弧装置向中性点注入电流，可将 调控至

[0044] 柔性消弧装置向中性点注入电流的计算式为

[0045]

[0046] 进一步地，柔性消弧装置按照式(3)向中性点注入电流后，可使以及

[0047] 式(3)中的 难以测量，通常会忽略 忽略 会带来接地故障残流。

[0048] 本发明所提方法可以自适应线路压降 可以抑制忽略 所带来的接地故障残流。下面给出详细步骤：

[0049] 柔性消弧装置第一次注入电流的计算公式为：

[0050]

[0051] 式(4)中， 为三相中的某一故障相电源电压；Y0为配电网总的对地导纳；Z0为配电网总的对地阻抗。

[0052] 进一步地，柔性消弧装置采用式(4)向中性点注入电流后的零序电压可表示为：

[0053]

[0054] 故障点残余电流可表示为：

[0055]

[0056] 若式(5)中的|Rf|和|Z0|的关系满足以下条件时，被调控后的零序电压的关系式可以表示为：

[0057]

[0058] 由式(6)和(7)可知，|Rf|＞＞|Z0|时， 此时，线路压降的影响可以忽略，线路压降带来的残流可以忽略不计，即 |Rf|＜＜|Z0|时， 此
时，线路压降的影响无法忽略，线路压降带来的残流为： 将该条件下的零序
电压 替代式(4)的分子 可得到新的注入电流给定参考计算式。进一步
地，第二次注入电流的计算式为：

[0059]

[0060] 由式(8)可知，|Rf|＜＜|Z0|，式(8)接近于式(3)， 此时，线路压降带来的残流

[0061] 另外，根据式(7)中的|Rf|＝|Z0|， 的条件可知：|Rf|无论怎么变化，都会促使零序电压向 或 这两个方向靠近。因此，采用式(8)作
为柔性消弧装置的第二次注入电流给定参考值时，可以抑制线路压降带来的残流。

[0062] 由此可知，自适应线路压降变化的注入电流的具体算法如式(9)所示。

[0063]

[0064] 由式(9)可知， 和 分别为柔性消弧装置在不同时间段的注入电流给定值。为柔性消弧装置按照 注入电流后的零序电压。

[0065] 配电网发生单相接地故障时，以 作为柔性消弧装置第一次注入电流的给定值，可以在高阻情况下，使故障点电流趋于零；在低阻情况下，使故障点电流和电压呈下降趋势。在此基础上，利用第一次注入 后测得的零序电压 计算 并将其作为柔性消弧装置第二次注入电流的给定值。此时，在线路压降较大且过渡电阻较小时，可以使故障点电流趋于零。通过注入电流给定值的切换，实现了线路压降的自适应。

[0066] 图2是本实施例中自适应线路压降变化的柔性消弧方法的实现流程图。配电网正常运行时，实时测量对地参数、母线零序电压和三相电压。故障发生后，需进行单相接地故障检测和选相工作。确定单相接地故障和故障相后，基于所测得的对地参数和故障相电源电压计算出注入电流给定值。随后，级联H桥柔性消弧装置控制器根据该给定值向中性点注入电流。在接地故障抑制过程中，依据注入电流后测得的零序电压以及对地参数计算出包含线路压降补偿项的注入电流给定值。延迟一定时间后，逐渐减小注入电流值，若故障电弧已经熄灭，根据齐性定理，零序电压将出现线性变化，则判断为瞬时性单相接地故障，配电网电网恢复正常运行，退出消弧装置；若零序电压出现非线性变化，则判断为永久性单相接地故障，将启动选线设备隔离故障线路，使配电网电网恢复正常运行。

[0067] 在本实施例中，通过软件仿真和物理实验对本方法的有效性进行了验证。其中，电缆线路的故障点设置在图3的fault1_11处，过渡电阻设置为10Ω、100Ω以及1000Ω。假设配电网单相接地故障在0.06s发生，级联H桥柔性消弧装置在0.12s投入。单相接地故障的电流波形图如图4所示。级联H桥柔性消弧装置按照控制器的电流给定值 注入电流，注入电流后，基于所提自适应线路压降的柔性消弧电流方法计算 0.2s后，级联H桥柔性消弧装置的控制器切换为 此时，级联H桥柔性消弧装置按照控制器的电流给定值 注入电流。由图4可知，电缆线路的故障点在fault1_11且过渡电阻为10Ω、100Ω以及1000Ω时，级联H桥柔性消弧装置投入后，可以抑制接地故障电流。此外，级联H桥柔性消弧装置控制器的电流给定值由 切换为 时，可以实现故障电流的不间断抑制，并能降低故障电流，使故障电流接近零。fault1_11处于故障馈线末端，线路压降较大，级联H桥柔性消弧装置的控制器按照电流给定值 注入电流后，在过渡电阻较高时，可以使故障点的电流和电压趋于零；在过渡电阻较低时，可以使故障点的电流和电压呈现下降趋势。控制器的给定值 切换为 可以在任意过渡电阻情况下，使故障点的电流和电压抑制至接近零。

[0068] 由图5可知，级联H桥柔性消弧装置控制器的电流给定值由 切换为 时，可以实现故障电流的不间断抑制，并能降低故障电流，使故障电流接近零。

[0069] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

[0070] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0071] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0072] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0073] 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他形式的限制，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。