中压孤岛微电网中性点接地方式及单相接地故障定位方法

摘要

本发明公开了一种中压孤岛微电网中性点接地方式及单相接地故障定位方法，包括以下步骤：在微网进入孤岛模式后，投入一个经电压钳位低电阻接地的中性点，为电荷的释放提供通道；故障发生后，将微网并网的第一断路器的辅助触点引入控制器中，当检测到第一断路器的常开触点断开时，控制器控制断路器第二断路器闭合，投入消谐接地变压器和电压钳位低电阻；利用对称分量法建立三序网络、得到复合序网；根据公式计算系统的零序电流；则故障点位于某条线路上检测到零序电流大于启动值的检测点与检测到零序电流小于启动值的检测点之间。本发明对于孤岛运行微网系统，构造一个中性点经小电阻接地方式，能够有效地消除铁磁谐振，同时还能够利用系统零序电流的分布特征实现准确的单相接地故障定位。

说明书

技术领域

本发明属于电网故障检测技术领域，尤其是涉及一种中压孤岛微电网中性点接地方式及单相接地故障定位方法。

背景技术

微网是由分布式电源、用电负荷、配电设置、储能装置、监控和保护装置等组成 的小型发配用电系统，是电网的未来发展方向之一，微网接入10～35kV电网已经非常 普遍，确定孤岛微电网的中性点接地方式以及单相接地故障定位技术等尤为重要。通 常微网由多个经营实体组成，每个实体需要通过电磁式电压互感器(PT)独立测量电压， 因此相对于传统高压配电网，在微网中存在多个PT并联运行的特点。微网的运行模 式包括并网运行和孤岛运行两种。在孤岛运行模式下，微网将失去主网中性点消弧线 圈或者小电阻的电压钳位，此时并联运行的PT更容易发生铁磁谐振，将影响系统中 性点接地方式的选择和故障定位。

很多专家和学者对常规配电网中性点接地方式进行了研究，但是并未考虑孤岛微电网中性点接地方式的设计。许多专家对铁磁谐振的机理和抑制措施进行了大量研究， 但对于孤岛微电网中存在的多PT铁磁谐振的机理及其抑制措施研究的并不多。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种中压孤岛微电网中性点接地方式及单相接地故障定位方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种中压孤岛微电网中性点接地方式及单相接地故障定位方法，包括以下步骤：

在微网进入孤岛模式后，迅速投入一个经电压钳位低电阻接地的中性点，为电荷的释放提供通道；

将微网并网的第一断路器的辅助触点引入控制器中，当检测到第一断路器的常开触点断开时，控制器控制断路器第二断路器闭合，投入消谐接地变压器和电压钳位低 电阻；

利用对称分量法建立三序网络、得到复合序网；

根据公式

设零序电流启动值为I

本发明对于孤岛运行微网系统，构造一个中性点经小电阻接地方式，能够有效地消除铁磁谐振，同时还能够利用系统零序电流的分布特征实现准确的单相接地故障定位。。

附图说明

图1为本发明实施提供的一种微电网结构图；

图2为本发明实施提供的三相铁磁谐振电路示意图；

图3为本发明实施提供的电压钳位低电阻的控制电路示意图；

图4为本发明实施提供的一周中压孤岛微电网的拓扑结构图；

图5为本发明实施提供的复合序网示意图；

图6为本发明实施提供的脱离主网后系统中性点电压图；

图7为本发明实施提供的投入电压钳位低电阻后系统中性点电压图；

图8为本发明实施提供的检测点2的零序电流图。

具体实施方式

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，孤岛模式下的微电网非常容易出现多个PT(电磁式电压互感器)并 联运行的情况，当主网发生故障或者电能质量不符合要求时，公共耦合点(PCC)断开， 此时微网与主网分离、进入到孤岛模式，失去了主网经小电阻或消弧线圈接地的中性 点。

三相铁磁谐振电路如图2所示，其中e

通过该微分方程组可求谐振情况下的中性点电压、相电压和相电流，但目前仍无法求出此方程组的解析解，课题组进行大量数值分析计算，结果如表1所示。

表1并联PT数与中性点电压和谐振频率的关系

由表1可知，只有一个PT时，不发生谐振；随着并联PT数目的增加、多PT并 联的等值L变小，更容易发生倍频谐振。

中性点经小电阻接地可以消耗谐振能量，由于接地电阻很小，可以将中性点电压钳位在很小的数值，消除铁磁谐振。大量的现场实际运行经验表明，中性点经10～20 Ω电阻接地不会发生铁磁谐振，因此本论文采用：在微网进入孤岛模式后，迅速投入 一个经电压钳位低电阻接地的中性点，为电荷的释放提供通道，即使系统中有多个PT 并联，仍然能够有效消除谐振。

如图3所示，本研究采用将微网并网的断路器QF1的辅助触点引入控制器中，当 检测到QF1的常开触点断开时，控制器控制断路器QF2闭合，投入消谐接地变压器和 电压钳位低电阻，消谐接地变压器和电压钳位低电阻的快速投入保证了有效消谐。

如图1所示的孤岛微电网拓扑结构，系统由三个逆变型DG组成，DG1为V/f控 制方式，DG2、DG3为PQ控制方式,当在故障点1处发生单相接地短路时，利用对称 分量法建立三序网络、得到图4所示的复合序网。

根据

由于DG和负荷变压器的高压侧绕组接线方式一般均为角形接线，PT角型为开口接法、励磁阻抗很大，所以零序电流只在短路点和接地变压器之间流动，通过大地形 成回路。

所述复合序网中处于VF控制的分布式电源，短路模型为电压源。

所述复合序网中处于PQ控制的分布式电源，其短路模型为电流源，且只有正序 分量。

由于分布式电源和负荷的变压器的高压侧绕组接线方式一般均不是星型接线，所建立的复合序网，零序电流只在短路点和电压钳位低电阻之间流动、经大地形成回路。

检测所有检测点的零序电流，可以通过采集检测点的三相电流之和再除以3获得各检测点的零序电流，如下式：

对零序电流进行中心差分求导，然后取绝对值得到序列I

对序列I

将I

设零序电流启动值为I

为了验证本方案的正确性，通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建如图4所示的孤岛微网，微网由3个分布式电源组成，3个PT并联，增设消谐接地变压器T和电压钳 位低电阻R来消除铁磁谐振，R为10Ω，I

如图7所示，当t＝0.2秒时微网与主网脱离，t＝0.4秒投入阻值为10Ω的电压钳位低电阻，由图7可知，采用这种消谐措施，中性点电压迅速恢复到正常值，有效地消 除了铁磁谐振。

设零序电流启动值为10A，在故障点1于2s时发生A相短路，计算所有检测点 的零序电流，对零序电流进行中心差分求导和噪声置零处理，得到只有检测点2的零 序电流大于10A，如图8所示。

把检测到零序电流大于10A的检测点设为1、零序电流小于10A的检测点设为0， 只有检测点2的取值为1，其他检测点取值都为0，则系统所有检测点的取值情况如表 2所示：

表2检测点取值

根据表2可知，短路点位于检测点1和检测点2之间。

上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变 动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化 或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。