配电网单相接地故障消弧控制与高阻故障选线的主动型接地装置应用研究

配电网单相接地故障消弧控制与高阻故障选线的主动型接地装置应用研究

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/checkpaper/article/details/143680316

配电网主动型接地装置的电压型消弧控制研究

配电网的单相接地故障是一种常见的故障类型，占所有故障类型的近80%。对于高阻接地故障，传统的接地处理方式常常难以满足安全性和可靠性的需求。因此，主动型接地装置（AGD）作为一种基于电力电子的柔性可控装置，能够有效地调节零序电压来实现对接地故障的补偿和保护，成为提高配电网供电可靠性的重要手段。

针对AGD的传统电压型消弧控制，本文提出了三种不同的电压反馈控制方法，分别基于站内电压互感器反馈、零序电压反馈以及故障相电压反馈来实现消弧。在对这三种方法进行研究时，首先建立了电压反馈控制系统的传递函数模型，分析了控制前后的故障电压和电流表达式，并对两种极端情况下的AGD控制效果进行了比较。通过对系统幅频特性曲线及根轨迹的分析，分别从消弧补偿效果、系统稳定性、控制参数的影响以及实现的复杂性等多角度进行了比较。研究表明，基于站内电压互感器反馈故障相电压的控制方法实现简单且补偿效果良好，比其他方法更加适用于实际应用。仿真和实验验证了该方法在消弧补偿的过程中表现出显著的效果，为后续AGD的消弧控制和接地故障的安全处置提供了基础。

适应故障电阻不确定性的AGD消弧控制方案

由于高阻接地故障的特性，故障电流往往非常小，使得检测和处理变得困难。本文针对这一问题，提出了一种适应故障电阻不确定性的AGD消弧控制方案，包括故障检测算法、故障选相流程以及自适应参数的消弧控制方法。

首先，本文建立了基于固体击穿原理的高阻故障模型，并利用小波分解提取故障零序电压的小波系数，通过小波软阈值去噪来构造能量值，从而设计了高效的故障检测算法。仿真和实验结果表明，该算法能够快速准确地检测到高阻接地故障的发生，为消弧控制的及时启动提供了保障。

在故障选相方面，AGD的电压型消弧控制需要准确判断故障发生的相别。本文提出了一种区分低阻和高阻故障的故障选相流程，通过实验数据验证，该流程对低阻、高阻以及连续短时电弧故障的选相具有良好的有效性。在故障电阻不确定性带来的控制难题方面，本文提出了一种自适应控制参数的消弧方法，通过对控制参数的实时调整，解决了低阻故障下补偿效果与高阻故障下控制稳定性之间的矛盾，确保了AGD在不同故障情况下的稳定运行和良好的消弧效果。仿真和实验进一步验证了该方法在各种接地故障下的有效性，为提高配电网的安全性和可靠性提供了重要手段。

基于AGD的配电网接地故障处置流程

为了使AGD与现有配电网的接地故障处置方式兼容，本文设计了一套围绕AGD为核心的接地故障处置流程，涵盖了故障的检测、消弧、判断和隔离等各个环节。特别是在AGD消弧控制后的故障选线方面，本文提出了两种实现技术路线：一种是采取独立式站内安装的被动型选线装置，另一种是集成于AGD内部的基于电压扰动的主动型选线方法。

对于传统被动型选线方法，由于高阻接地故障往往难以准确判断，特别是对消弧线圈接地系统，本文提出了一种改进的基于零序导纳相角差的选线方法。该方法通过推导小电流接地系统中三相不对称条件下的零序导纳计算公式，利用相角差系数来改进选线判据。仿真和实验结果表明，该方法有效克服了传统选线方法在高阻接地故障下的缺陷，提高了故障选线的准确性和可靠性。

在基于AGD的主动型选线方法中，本文首先分析了AGD消弧控制前后故障线路与正常线路的零序电流变化特性，推导了电压扰动后故障线路与正常线路零序电流的表达式，并以此构造了基于零序有功功率突变量的永久性故障判据和故障选线判据。通过仿真分析，验证了AGD电压扰动的主动型选线方法在应对高阻接地故障时的可靠性，尤其是对于10kΩ以内的高阻故障选线具有良好的性能。

基于上述研究成果，本文开发了一套应用于10kV配电网模拟实验室的AGD系统，对AGD的主电路及其控制硬件和软件进行了完整设计，并在10kV模拟实验室中完成了实验测试。测试结果表明，AGD在单相接地故障特别是高阻故障的情况下，表现出了出色的电压型消弧控制效果和快速的故障处置能力，为配电网的接地故障提供了一种全面、主动和安全的保护方法，具有重要的现实意义和应用价值。

MATLAB仿真代码

% 参数初始化
R_fault = 10; % 故障电阻 (欧姆)
C_line = 1e-6; % 线路电容 (法拉)
V_nominal = 10e3; % 标称电压 (伏特)
freq = 50; % 电网频率 (赫兹)
time_step = 1e-4; % 时间步长 (秒)
total_time = 0.5; % 总仿真时间 (秒)
t = 0:time_step:total_time; % 时间向量

% 故障电流计算初始化
fault_current = zeros(size(t));
V_fault = zeros(size(t)); % 故障电压初始化
AGD_voltage = zeros(size(t)); % AGD消弧电压初始化

% AGD控制参数
control_gain = 5; % 控制增益
threshold_voltage = 100; % AGD启动电压阈值 (伏特)

% 仿真模型
for i = 2:length(t)
    % 更新故障电压
    dV = (V_nominal - V_fault(i-1)) / (R_fault * C_line);
    V_fault(i) = V_fault(i-1) + dV * time_step;
    
    % 计算故障电流
    fault_current(i) = V_fault(i) / R_fault;
    
    % AGD电压控制
    if V_fault(i) > threshold_voltage
        AGD_voltage(i) = control_gain * (V_fault(i) - threshold_voltage);
    else
        AGD_voltage(i) = 0;
    end
    
    % 更新故障电流，考虑AGD的消弧作用
    fault_current(i) = fault_current(i) - AGD_voltage(i) / R_fault;
end

% 结果展示
figure;
subplot(2,1,1);
plot(t, V_fault);
xlabel('时间 (秒)');
ylabel('故障电压 (伏特)');
title('故障电压变化曲线');
grid on;
subplot(2,1,2);
plot(t, fault_current);
xlabel('时间 (秒)');
ylabel('故障电流 (安培)');
title('故障电流变化曲线');
grid on;

% AGD电压变化曲线
figure;
plot(t, AGD_voltage);
xlabel('时间 (秒)');
ylabel('AGD电压 (伏特)');
title('AGD消弧电压变化曲线');
grid on;