信號注入法在有源配電網(wǎng)保護與控制中的綜合應(yīng)用.pdf

1、有源配電網(wǎng)能充分利用分布式發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點，發(fā)揮其對配電網(wǎng)的積極作用，節(jié)省電力系統(tǒng)的整體投資，滿足用戶對電能日益增長的需要，是未來配電網(wǎng)發(fā)展的方向。在有源配電網(wǎng)中，分布式電源并網(wǎng)運行會帶來一系列問題，孤島(Islanding)就是其中之一。孤島運行時，供電電壓和頻率得不到保障，線路繼續(xù)帶電會影響故障電弧的熄滅、重合閘動作，危害事故處理人員的人身安全等，所以有源配電網(wǎng)中必須配備孤島保護，以在系統(tǒng)出現(xiàn)孤島運行后將分布式電源從電網(wǎng)中切除。在有源

2、配電網(wǎng)中，消弧線圈自動跟蹤補償，即跟蹤實際電網(wǎng)電容電流的大小，實時調(diào)整消弧線圈的電感，使系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障后，消弧線圈產(chǎn)生的感性電流能夠完全補償系統(tǒng)對地電容產(chǎn)生的容性電流，使接地點電流減小，利于接地點電弧的自行熄滅，降低故障的危害程度，是保證電網(wǎng)可靠運行的一種重要技術(shù)措施。單相接地故障選線，即在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，盡快找出故障線路，在進行必要的負荷轉(zhuǎn)移后，人為地將接地設(shè)備從系統(tǒng)中切除，能防止故障引起的過電壓危害系統(tǒng)絕緣，引發(fā)更為

3、嚴重的短路故障，是減少故障損失，提高配電網(wǎng)供電可靠性和用戶滿意度的一種主要技術(shù)措施。
　　 目前，已提出多種孤島保護方法，其中的載波孤島保護方法，易于實現(xiàn)，對分布式電源輸出電能質(zhì)量影響較小，且適用于分布式電源高度滲透的有源配電網(wǎng)，有很好的應(yīng)用前景，但保護可靠性較差，存在誤動和拒動的可能，離實用化還有一定距離，因此，研究出一種檢測盲區(qū)小、實用性能高的基于注入信號的孤島保護方法，對有源配電網(wǎng)的發(fā)展有著重要的意義。傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的系統(tǒng)對

4、地電容檢測方法均可適用于有源配電網(wǎng)，其中的信號注入法應(yīng)用較為廣泛，但實用效果卻不太理想，存在測量精度較差和操作較復雜的缺點，有待進一步研究。傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的單相接地故障選線方法，除了基于負序分量的方法外，均適用于有源配電網(wǎng)，其中信號注入法的應(yīng)用最為廣泛，但從實用的情況來看，選線準確率還比較低，因此，研究出一種新的方法，提高選線準確率是有待進一步研究的課題。另一方面，采用信號注入法實現(xiàn)孤島保護、系統(tǒng)對地電容檢測和單相接地選線，都需要從系統(tǒng)母

5、線側(cè)向系統(tǒng)注入信號，這使得將孤島保護、消弧線圈跟蹤補償和單相接地故障選線裝置一體化綜合設(shè)計成為可能，這樣不僅可以減少硬件設(shè)備、節(jié)約成本，還可以避免注入信號相互干擾、優(yōu)化各自的工作性能，而注入信號類型與頻率的選擇、注入與檢測方式、綜合利用算法則是需要深入研究的問題。
　　 本文探討利用信號注入法實現(xiàn)孤島保護、系統(tǒng)對地電容檢測與單相接地選線，提高孤島保護、接地選線可靠性與系統(tǒng)對地電容檢測的精確度；研究信號注入方法的綜合利用，以簡化系

6、統(tǒng)構(gòu)成，減少成本。具體的研究工作主要有：
　　 (1)提出將孤島保護、消弧線圈自動跟蹤補償和單相接地故障選線裝置一體化綜合設(shè)計，不僅可以減少硬件設(shè)備、簡化裝置接線，而且便于不同技術(shù)、功能之間的相互配合，從而獲得優(yōu)化的工作性能。
　　 (2)提出了載波閉鎖式孤島保護方案。在過/欠壓保護和過/欠頻保護的基礎(chǔ)上增加載波閉鎖措施，提高保護靈敏度和可靠性，減小檢測盲區(qū)，并針對母線孤島時保護拒動的情況，提出檢測母線孤島并停發(fā)載波信號

7、的措施。該保護方案靈敏度高、檢測速度快、簡單方便、易于實現(xiàn)、對電網(wǎng)電能質(zhì)量負面影響小，而且適用于不同并網(wǎng)形式的分布式發(fā)電系統(tǒng)。
　　 (3)提出了一種注入恒流信號的系統(tǒng)對地電容檢測、計算方法。利用消弧線圈內(nèi)置電壓互感器向系統(tǒng)注入一恒流恒頻信號，通過檢測中性點信號電壓，直接計算出系統(tǒng)對地電容，為實現(xiàn)消弧線圈自動跟蹤補償?shù)於嘶A(chǔ)。該方法不需要對消弧線圈本身進行操作、不需要對信號源進行任何調(diào)節(jié)，操作方便、計算準確、響應(yīng)速度快、不會對

8、系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生不利影響。利用上述方法計算系統(tǒng)對地電容的同時，還可以計算出系統(tǒng)的對地絕緣電阻，求出系統(tǒng)自身的阻尼率，進而用于系統(tǒng)在線絕緣監(jiān)視。
　　 (4)提出了一種注入方波信號的諧振接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法。通過從故障相TV向系統(tǒng)注入一特定頻率的恒流方波信號，探測各支路零序電流，并分析其基波與三次諧波電流幅值之間的關(guān)系來選擇故障線路。該方法具有較強的排除系統(tǒng)對地電容影響的能力，大大提高了檢測精度，在系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障時

9、，仍有較高的選線準確率，而且只需檢測各線路自身的零序電流即可判斷是否為故障線路，具有“自具”特點。
　　 (5)提出了方波信號的頻率選取方法，這是利用注入方波信號法實現(xiàn)故障選線的關(guān)鍵和前提?？紤]配電網(wǎng)的要求，設(shè)計了信號發(fā)生裝置，產(chǎn)生恒流基波和三次諧波信號，且做到和配電網(wǎng)互不影響，使所提出選線方法的實際應(yīng)用成為可能；提出了能夠方便消除工頻及各次諧波干擾而靈敏、精確地檢測出注入信號的信號處理方法，為進行準確的故障選線打下了基礎(chǔ)。

10、r>　　 (6)綜合考慮所提出的載波閉鎖式孤島保護、注入恒流信號的系統(tǒng)對地電容檢測方法和注入方波信號的單相接地故障選線方法，提出了信號注入法綜合應(yīng)用方案，通過選擇可共用的注入信號方式、類型和頻率，同時滿足三種功能的需要，達到信號注入法綜合應(yīng)用的目的。這樣，可避免注入信號相互干擾，影響各自的工作性能，且能降低成本，減少對配電網(wǎng)計量、檢測等的影響。
　　 (7)論證了利用消弧線圈內(nèi)置電壓互感器注入信號，實現(xiàn)孤島保護和單相接地故障選

11、線的可行性，以及注入方波信號的可共用性，確定了共用信號方式、類型和頻率；設(shè)計了一體化裝置，孤島保護所用的注入信號源，選線功能所采用的注入信號源、檢測主機等和計算對地電容所用的信號源、檢測主機均為同一裝置，在該裝置內(nèi)幾種功能配合完成，并在分布式電源并網(wǎng)處安裝有孤島保護檢測及控制主機，且對裝置各組成部分的功能進行了介紹；最后，對裝置各部分的工作流程進行了說明。
　　 本文提出的載波閉鎖式孤島保護、注入恒流信號的系統(tǒng)對地電容檢測方法和