為了提高供電可靠性，中壓配電網(wǎng)一般采用小電流接地方式，包括配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地等，當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，配電網(wǎng)可以繼續(xù)供電1～2h。但隨著配電網(wǎng)規(guī)模的增大以及電纜線路的大量使用，線路對(duì)地電容所產(chǎn)生的單相接地故障電流隨之增大。一般通過(guò)在配電網(wǎng)中性點(diǎn)接消弧線圈的方式，可以抑制接地故障電流，防止弧光的發(fā)生。

為了更加準(zhǔn)確地補(bǔ)償接地故障電流，一種能夠自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈被采用，但是接地故障電流中一般還會(huì)存在一定的諧波和有功電流，消弧線圈并不能對(duì)這部分電流進(jìn)行有效補(bǔ)償。近年來(lái)，基于金屬性接地原理的消弧柜裝置逐漸被采用，當(dāng)單相接地故障發(fā)生后，該裝置將故障相線路通過(guò)高壓開(kāi)關(guān)直接接地，徹底抑制接地點(diǎn)的故障電流，但該方法一旦對(duì)接地故障相判斷錯(cuò)誤，容易造成相間短路，而且該方法容易激發(fā)電壓互感器（PT）過(guò)電流，引起鐵磁諧振。

為了進(jìn)一步提升單相接地故障電流補(bǔ)償效果，基于電力電子技術(shù)的有源消弧方法得到了廣泛研究，并取得了一定的成果。瑞典Swedish Neutral公司研發(fā)了一種殘余電流補(bǔ)償設(shè)備，該設(shè)備可以在3個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)將單相接地點(diǎn)的殘余電流基本抑制為零。

文獻(xiàn)[10]提出了將配電網(wǎng)中性點(diǎn)處的消弧線圈替換為有源逆變器的策略，該方法控制靈活，可以實(shí)現(xiàn)接地故障電流的全補(bǔ)償，有效防止了消弧線圈與線路對(duì)地電容之間可能發(fā)生的諧振現(xiàn)象，但是由于該有源逆變器需要補(bǔ)償全部的接地故障電流，導(dǎo)致有源逆變器容量過(guò)大，設(shè)備造價(jià)高。

文獻(xiàn)[11]提出了主從逆變器替代消弧線圈的方法，主逆變器用于補(bǔ)償接地故障電流中的基波分量，從逆變器用于補(bǔ)償接地故障電流中的有功功率和諧波分量，但是此方案同樣存在造價(jià)過(guò)高的問(wèn)題。為了減小有源逆變器的容量，文獻(xiàn)[12-13]提出了將配電網(wǎng)中性點(diǎn)處的消弧線圈并聯(lián)有源逆變器的方法，其中消弧線圈補(bǔ)償接地電流中的基波分量，而有源逆變器只補(bǔ)償諧波和有功分量，從而大大降低了有源逆變器的容量和成本。

文獻(xiàn)[14-16]提出了一種電磁混合式消弧線圈，采用新型磁控消弧線圈與有源逆變器并聯(lián)的方式，也可實(shí)現(xiàn)接地故障電流的全補(bǔ)償，并且在此基礎(chǔ)上融合了線路對(duì)地參數(shù)測(cè)量以及單相接地故障選線等功能。

以上有源消弧方法均是將有源逆變器輸出的補(bǔ)償電流通過(guò)變壓器耦合到配電網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)側(cè)，由于以上方案中的有源逆變器僅在單相接地故障發(fā)生后才起動(dòng)運(yùn)行，平時(shí)處于閑置狀態(tài)，因此上述方法都存在著造價(jià)高昂的有源逆變?cè)O(shè)備利用率低的問(wèn)題，同時(shí)還存在需要額外提供有源逆變器的直流側(cè)電源的問(wèn)題。

文獻(xiàn)[17-19]提出了一種基于配電網(wǎng)母線側(cè)三相級(jí)聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)的新型消弧方法，可以實(shí)現(xiàn)接地故障電流的全補(bǔ)償，而且該方法無(wú)需單獨(dú)提供直流側(cè)電源。但該設(shè)備與一般的配電網(wǎng)中用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)撵o止同步補(bǔ)償器（Static Synchronous Compensator, STATCOM）相比，每一相的耐受電壓最低為線電壓，而普通的STATCOM設(shè)備每一相的耐受電壓僅為相電壓，這無(wú)疑需要更多的級(jí)聯(lián)H橋模塊，大大增加了設(shè)備成本；另外，文獻(xiàn)[17-19]也沒(méi)有討論單相接地故障下該設(shè)備消弧模式能否和無(wú)功補(bǔ)償功能同時(shí)工作，以及相應(yīng)的控制方法。

針對(duì)以上方案及其存在的問(wèn)題，本文提出一種改進(jìn)的消弧結(jié)構(gòu)和方法，其將一般配電網(wǎng)已有的消弧線圈和STATCOM設(shè)備重新組合，將安裝在配電網(wǎng)母線側(cè)的STATCOM的中性點(diǎn)引出后經(jīng)消弧線圈再接地。當(dāng)配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，STATCOM工作在無(wú)功補(bǔ)償模式，并且通過(guò)共模電流注入法實(shí)時(shí)檢測(cè)線路參數(shù)值，以此對(duì)消弧線圈的電感值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；一旦單相接地故障發(fā)生，首先消弧線圈可以補(bǔ)償接地故障電流中的大部分基波分量，然后在STATCOM的控制中加入共?？刂苹芈?，在配電網(wǎng)中產(chǎn)生一定的共模補(bǔ)償電流，補(bǔ)償消弧線圈未能完全抵消的接地故障電流以及其中的諧波和有功分量，從而實(shí)現(xiàn)接地故障電流的全補(bǔ)償。

與文獻(xiàn)[17-19]的方法相比，本文方法的優(yōu)勢(shì)在于：由于在STATCOM中性點(diǎn)串聯(lián)了一定電感值的消弧線圈，使得STATCOM每一相在單相接地故障發(fā)生時(shí)只需承受相電壓，從而降低了設(shè)備成本；同時(shí)，單相接地故障時(shí)的消弧與無(wú)功補(bǔ)償功能可以同時(shí)運(yùn)行，消弧功能不影響STATCOM設(shè)備的無(wú)功補(bǔ)償功能，從而提高了設(shè)備利用率。下面將對(duì)本文方法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理以及控制算法進(jìn)行闡述。

為了驗(yàn)證本方法的正確性和有效性，本文不僅在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行了10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)的單相接地消弧仿真分析，并且搭建了低壓版的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)本方法的消弧效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

圖1 配電網(wǎng)拓?fù)浜托滦拖》椒ㄊ疽鈭D

圖12 低壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

結(jié)論

本文提出了一種基于消弧線圈和STATCOM協(xié)同工作的新型消弧結(jié)構(gòu)和方法，該方法將STATCOM的直流側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)消弧線圈接地，當(dāng)單相接地故障發(fā)生后，消弧線圈對(duì)接地故障電流產(chǎn)生一定的補(bǔ)償作用，同時(shí)通過(guò)STATCOM產(chǎn)生一定的共模電壓，進(jìn)行有源消弧控制，將抑制接地點(diǎn)的故障電流到基本為零。

本方法的優(yōu)勢(shì)在于：一方面能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備消弧功能與無(wú)功補(bǔ)償功能，提高了設(shè)備利用率；另一方面通過(guò)在STATCOM中性點(diǎn)串聯(lián)消弧線圈，降低了STATCOM用于消弧功能時(shí)每相所承受的電壓，減小了設(shè)備成本。本文通過(guò)Matlab/Simulink平臺(tái)對(duì)本方法進(jìn)行了仿真分析，并且搭建了低壓版的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此方法對(duì)于單相接地故障電流的良好抑制效果，為配電網(wǎng)單相接地故障消弧提供了一種行之有效的方法。

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