配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法

摘要

本发明提出一种配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法，其特征在于：柔性消弧装置的直流侧电源采用电容，通过接地故障补偿电流和直流侧电容稳压电流在对地支路和相间支路的协同控制，实现柔性消弧装置的直流侧电容电压稳定以及接地故障电流的全补偿。其不仅能实现接地故障电流的全补偿，而且省去了直流侧供电电源，节约了装置投入成本以及减小了设备体积，为配电网柔性消弧装置的推广应用和经济运行提供有力保障。

权利要求

1.一种配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法，其特征在于：柔性消弧装置的直流侧电源采用电容，通过接地故障补偿电流和直流侧电容稳压电流在对地支路和相间支路的协同控制，实现柔性消弧装置的直流侧电容电压稳定以及接地故障电流的全补偿；

采用单相接入式柔性消弧装置或两相接入式柔性消弧装置或三相接入式柔性消弧装置或中性点接入式柔性消弧装置接入电网；

所述单相接入式柔性消弧装置的拓扑采用单相H桥变流器，变流器一端接于配电线路或升压变压器低压侧的相线，另一端接于大地；所述单相H桥变流器为两电平单相半桥、三电平单相半桥、多电平单相半桥、单相级联式H桥中的一种；

所述两相接入式柔性消弧装置的拓扑采用两相H桥变流器公共点经消弧线圈接地或两相H桥变流器公共点经单相H桥变流器接地；两相变流器一端接于配电线路或升压变压器低压侧的相线，另一端接于公共点，两相H桥变流器直接接于或经升压变压器接于配电线路的任意两相；所述两相H桥变流器由两个单相H桥变流器组成；

所述三相接入式柔性消弧装置的拓扑采用四桥臂H桥变流器，其中三桥臂为三相H桥变流器，接地桥臂为单相H桥变流器，三相H桥变流器直接挂接或经升压变接于配电线路的三相，其公共点经单相H桥变流器即接地桥臂接地；所述三相H桥变流器为两电平三相半桥、三电平三相半桥、多电平三相半桥或三相级联式H桥中的一种；

所述中性点接入式柔性消弧装置的拓扑采用单相H桥变流器经Z型变压器接入配电网。

2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法，其特征在于：当采用单相接入式柔性消弧装置接入电网时，具体采用以下控制方法：正常运行时，控制单相柔性消弧装置从并网点吸收有功功率用于其直流侧电容电压的稳定控制；

发生接地故障且直流侧电容电压在设置值区间时，控制单相柔性消弧装置输出接地故障全补偿电流；发生接地故障且直流侧电容电压不在设置值区间时，控制单相柔性消弧装置，使其输出电流等于接地故障补偿电流的无功分量和直流侧电容的稳压电流之和。

3.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法，其特征在于：当采用双相接入式柔性消弧装置接入电网，并采用两相H桥变流器公共点经消弧线圈接地的结构时，具体采用以下控制方法：

正常运行时，控制两相桥臂的H桥变流器从并网点的线电压中吸收有功功率给直流侧电容充电；

接地故障时，控制两相H桥变流器合成的总注入电流始终为接地故障全补偿电流，而各相注入电流由接地故障补偿电流、本相变流器直流侧稳压电流和另一相变流器直流侧稳压电流负值三部分叠加而成，稳压电流仅在相间流通，不经过接地支路；接地故障补偿电流参考值由本相电压和本相对地导纳的乘积计算得到，本相稳压电流参考值和本相电压同相位，使其吸收有功功率以稳定直流侧电容电压；接地支路的消弧线圈设置为全补偿状态。

4.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法，其特征在于：当采用双相接入式柔性消弧装置接入电网，并采用两相H桥变流器公共点经单相H桥变流器接地的结构时，具体采用以下控制方法：正常运行时，控制接地桥臂的H桥变流器从两相桥臂的公共点吸收有功功率给直流侧电容充电；

接地故障时，控制两相H桥变流器合成的总注入电流始终为接地故障全补偿电流，而各相注入电流由接地故障补偿电流、本相变流器直流侧稳压电流和另一相变流器直流侧稳压电流负值三部分叠加而成，稳压电流仅在相间流通，不经过接地支路；接地故障补偿电流参考值由本相电压和本相对地导纳的乘积计算得到，本相稳压电流参考值和本相电压同相位，使其吸收有功功率以稳定直流侧电容电压；接地支路的H桥变流器注入电流为接地故障全补偿电流，同时调控公共点电压，以便从公共点吸收有功功率，保持其直流侧电容电压稳定。

5.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法，其特征在于：当采用三相接入式柔性消弧装置接入电网时，具体采用以下控制方法：正常运行时，控制三相桥臂的H桥变流器从并网点的三相电压中吸收有功功率给直流侧电容充电；在三相桥臂变流器的直流侧电容充电完成后，退出其中两相，保留一相，接地桥臂的H桥变流器从三相桥臂的公共点和保留的一相吸收有功功率给直流侧电容充电；

接地故障时，控制三相H桥变流器合成的总注入电流始终为接地故障全补偿电流，而各相注入电流由接地故障补偿电流、本相变流器直流侧稳压电流和另两相变流器直流侧的稳压电流的二分之一负值三部分叠加而成，稳压电流仅在相间流通，不经过接地支路；

接地故障补偿电流参考值由本相电压和本相对地导纳乘积计算得到，本相稳压电流参考值和本相电压同相位，使其直流侧电容电压稳定；接地支路的H桥变流器注入电流为接地故障全补偿电流，同时调控公共点电压，以便从公共点吸收有功功率，保持其直流侧电容电压稳定。

6.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法，其特征在于：当采用中性点接入式柔性消弧装置接入电网时，具体采用以下控制方法：正常运行时，通过分相开关投入Z型变压器的一相，给H桥变流器的直流侧电容充电；

接地故障时Z型变压器三相均投入运行，当直流侧电容电压在设置值区间时，控制单相H桥变流器输出接地故障全补偿电流；当直流侧电容电压不在设置值区间时，控制单相H桥变流器输出接地故障补偿电流的无功分量和直流侧电容的稳压电流之和。

说明书

配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于电网单相接地故障消弧技术领域，尤其涉及一种配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法。

背景技术

[0002] 随着配电网规模的扩大，接地故障电流随之增大。另外，近年来可再生能源、分布式电源，柔性/直流电网，变频负荷等非线性元件广泛应用，城市配电线路缆化的程度逐渐
提升，使得接地故障电流的谐波电流含量和有功电流含量显著增加。致使接地故障电弧无
法自行熄灭，引发火灾和相间短路故障，且易出现间歇性电弧接地故障，产生弧光过电压，
造成电网设备击穿损坏。已有的消弧装置应用最为广泛的为消弧线圈，但其仅能补偿接地
故障电流的无功分量，无法补偿接地故障电流中的谐波分量和有功分量，因此出现了以有
源逆变器补偿接地故障电流的谐波分量和有功分量的柔性消弧装置。

[0003] 目前，已有的柔性消弧装置的拓扑结构主要有：主从式、中性点接入式、分相式。主从式柔性消弧装置以消弧线圈为主消弧装置，补偿接地故障电流的无功分量，以单相逆变
器为从消弧装置，补偿接地故障电流的谐波和有功分量，从消弧装置通过升压变压器并接
于消弧线圈两端。中性点接入式柔性消弧装置由单相逆变器经升压变压器和Z型变压器接
入配电网，作为消弧装置补偿接地故障电流。分相式柔性消弧装置以三相级联H桥变流器直
接挂接于配电母线或线路上，三相公共点直接接地或经开关接地。

[0004] 已有的柔性消弧装置主要问题有：拓扑结构方面，主从式拓扑结构需逆变器和消弧线圈配合，且输出电平少，开关频率高；中性点接入式结构在配电网正常运行时，中性点
电压低，直流侧取源困难；分相式结构每相变流器的耐压需为线电压，投入电力电子器件
多。直流侧取源方面，上述拓扑结构若要实现接地故障电流的全补偿均需给逆变器的直流
侧提供独立的直流源，多以降压变压器和整流器的方式给直流侧供电，投入的元件较多，控
制较为复杂，且装置成本较高，装置体积大。上述柔性消弧装置拓扑结构在无直流源时的直
流侧电压稳定控制策略均未见于现有技术中。

发明内容

[0005] 有鉴于此，为了弥补现有技术的空白和不足，本发明的目的在于提供一种配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法，并提出五种柔性消弧装置的拓扑结构，根据接入
电网的方式不同分为单相接入式、两相接入式和三相接入式以及中性点接入式等，并提出
适用于五种柔性消弧装置拓扑结构的柔性消弧方法和直流侧电压稳定控制方法。柔性消弧
装置的直流侧电源选用电容，通过接地故障补偿电流和直流侧电容稳压电流在对地支路和
相间支路的协同控制，实现柔性消弧装置的直流侧电容电压稳定以及接地故障电流的全补
偿。本发明的柔性消弧装置拓扑和控制方法不仅能实现接地故障电流的全补偿，而且省去
了直流侧供电电源，节约了装置投入成本以及减小了设备体积，为配电网柔性消弧装置的
推广应用和经济运行提供有力保障。

[0006] 本发明具体采用以下技术方案：

[0007] 一种配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法，其特征在于：柔性消弧装置的直流侧电源采用电容，通过接地故障补偿电流和直流侧电容稳压电流在对地支路和相间
支路的协同控制，实现柔性消弧装置的直流侧电容电压稳定以及接地故障电流的全补偿。

[0008] 进一步地，采用单相接入式柔性消弧装置或两相接入式柔性消弧装置或三相接入式柔性消弧装置或中性点接入式柔性消弧装置接入电网。

[0009] 进一步地，所述单相接入式柔性消弧装置的拓扑采用单相H桥变流器，变流器一端接于配电线路或升压变压器低压侧的相线，另一端接于大地；所述单相H桥变流器为两电平
单相半桥、三电平单相半桥、多电平单相半桥、单相级联式H桥中的一种；

[0010] 所述两相接入式柔性消弧装置的拓扑采用两相H桥变流器公共点经消弧线圈接地或两相H桥变流器公共点经单相H桥变流器接地；两相变流器一端接于配电线路或升压变压
器低压侧的相线，另一端接于公共点，两相H桥变流器直接接于或经升压变压器接于配电线
路的任意两相；所述两相H桥变流器由两个单相H桥变流器组成；

[0011] 所述三相接入式柔性消弧装置的拓扑采用四桥臂H桥变流器，其中三桥臂为三相H桥变流器，接地桥臂为单相H桥变流器，三相H桥变流器直接挂接或经升压变接于配电线路
的三相，其公共点经单相H桥变流器即接地桥臂接地；所述三相H桥变流器为两电平三相半
桥、三电平三相半桥、多电平三相半桥或三相级联式H桥中的一种；

[0012] 所述中性点接入式柔性消弧装置的拓扑采用单相H桥变流器经Z型变压器接入配电网。

[0013] 进一步地，当采用单相接入式柔性消弧装置接入电网时，具体采用以下控制方法：

[0014] 正常运行时，控制单相柔性消弧装置从并网点吸收有功功率用于其直流侧电容电压的稳定控制；

[0015] 发生接地故障且直流侧电容电压在设置值区间时，控制单相柔性消弧装置输出接地故障全补偿电流；发生接地故障且直流侧电容电压不在设置值区间时，控制单相柔性消
弧装置，使其输出电流等于接地故障补偿电流的无功分量和直流侧电容的稳压电流之和。

[0016] 进一步地，当采用双相接入式柔性消弧装置接入电网，并采用两相H桥变流器公共点经消弧线圈接地的结构时，具体采用以下控制方法：

[0017] 正常运行时，控制两相桥臂的H桥变流器从并网点的线电压中吸收有功功率给直流侧电容充电；

[0018] 接地故障时，控制两相H桥变流器合成的总注入电流始终为接地故障全补偿电流，而各相注入电流由接地故障补偿电流、本相变流器直流侧稳压电流和另一相变流器直流侧
稳压电流负值三部分叠加而成，稳压电流仅在相间流通，不经过接地支路；接地故障补偿电
流参考值由本相电压和本相对地导纳的乘积计算得到，本相稳压电流参考值和本相电压同
相位，使其吸收有功功率以稳定直流侧电容电压；接地支路的消弧线圈设置为全补偿状态。

[0019] 进一步地，当采用双相接入式柔性消弧装置接入电网，并采用两相H桥变流器公共点经单相H桥变流器接地的结构时，具体采用以下控制方法：

[0020] 正常运行时，控制接地桥臂的H桥变流器从两相桥臂的公共点吸收有功功率给直流侧电容充电；

[0021] 接地故障时，控制两相H桥变流器合成的总注入电流始终为接地故障全补偿电流，而各相注入电流由接地故障补偿电流、本相变流器直流侧稳压电流和另一相变流器直流侧
稳压电流负值三部分叠加而成，稳压电流仅在相间流通，不经过接地支路；接地故障补偿电
流参考值由本相电压和本相对地导纳的乘积计算得到，本相稳压电流参考值和本相电压同
相位，使其吸收有功功率以稳定直流侧电容电压；接地支路的H桥变流器注入电流为接地故
障全补偿电流，同时调控公共点电压，以便从公共点吸收有功功率，保持其直流侧电容电压
稳定。

[0022] 进一步地，当采用三相接入式柔性消弧装置接入电网时，具体采用以下控制方法：

[0023] 正常运行时，控制三相桥臂的H桥变流器从并网点的三相电压中吸收有功功率给直流侧电容充电；在三相桥臂变流器的直流侧电容充电完成后，退出其中两相，保留一相，
接地桥臂的H桥变流器从三相桥臂的公共点和保留的一相吸收有功功率给直流侧电容充
电；

[0024] 接地故障时，控制三相H桥变流器合成的总注入电流始终为接地故障全补偿电流，而各相注入电流由接地故障补偿电流、本相变流器直流侧稳压电流和另两相变流器直流侧
的稳压电流的二分之一负值三部分叠加而成，稳压电流仅在相间流通，不经过接地支路。接
地故障补偿电流参考值由本相电压和本相对地导纳乘积计算得到，本相稳压电流参考值和
本相电压同相位，使其直流侧电容电压稳定；接地支路的H桥变流器注入电流为接地故障全
补偿电流，同时调控公共点电压，以便从公共点吸收有功功率，保持其直流侧电容电压稳
定。

[0025] 进一步地，当采用中性点接入式柔性消弧装置接入电网时，具体采用以下控制方法：

[0026] 正常运行时，通过分相开关投入Z型变压器的一相，给H桥变流器的直流侧电容充电；

[0027] 接地故障时Z型变压器三相均投入运行，当直流侧电容电压在设置值区间时，控制单相H桥变流器输出接地故障全补偿电流；当直流侧电容电压不在设置值区间时，控制单相
H桥变流器输出接地故障补偿电流的无功分量和直流侧电容的稳压电流之和。

[0028] 与现有技术相比，本发明及其优选方案具有以下有益效果：

[0029] 1、本发明提出的单相接入式柔性消弧装置和中性点接入式柔性消弧装置及控制方案，通过接地故障电流有功分量补偿控制和直流侧电容电压稳定控制的分时切换，成功
解决了无独立直流源的单支路柔性消弧装置在接地故障电流补偿时，接地故障补偿电流的
有功分量和直流侧电容稳压的有功电流不一致的问题。采用分时控制法虽然直流侧电容稳
压和接地故障电流有功分量全补偿无法同时进行，但该拓扑结构使用的元件较少，设备投
入成本低，无需单独的直流电源，且通常情况下接地故障电流的有功分量占比较小，可推广
应用于接地故障电流有功分量较小的配电系统中。

[0030] 2、本发明提出的两相接入式柔性消弧装置及控制方案，通过接地故障补偿电流和直流侧电容稳压电流在各相之间的分配，成功解决了柔性消弧装置直流侧取源问题，无需
单独的直流电源，省去了降压变压器和整流器等设备，降低了设备的造价，减小了设备体
积。虽然单相接入式柔性消弧装置相较于本发明所提的单相接入式柔性消弧装置，需要更
多的元件，但其在接地故障电流全补偿的同时也能保证直流侧电容电压稳定，应用范围更
广，可推广应用于所有配电系统。

[0031] 3、本发明提出的三相接入式柔性消弧装置及控制方案，与本发明所提的两相接入式柔性消弧装置类似。通过接地故障补偿电流和直流侧电容稳压电流在各相之间的分配，
成功解决了柔性消弧装置直流侧取源问题，无需单独的直流电源，省去了降压变压器和整
流器等设备，降低了设备的造价，减小了设备体积。虽然三相接入式柔性消弧装置相较于本
发明所提的两相接入式柔性消弧装置，需要更多的元件，但其可集成无功补偿和谐波抑制
等功能，集成后的设备整体成本和体积较单独的多个设备的组合均得到有效的改善，因此
其综合成本较低，可推广应用于具有无功补偿、谐波抑制和柔性消弧等需求的所有配电系
统。

附图说明

[0032] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

[0033] 图1为本发明实施例配电网和单相接入式柔性消弧装置拓扑结构示意图；

[0034] 图2为本发明实施例配电网和两相接入式柔性消弧装置拓扑结构示意图；

[0035] 图3为本发明实施例配电网和三相接入式柔性消弧装置拓扑结构示意图；

[0036] 图4为本发明实施例配电网和中性点接入式柔性消弧装置拓扑结构示意图；

[0037] 图5为本发明实施例单相接入式柔性消弧装置控制框图；

[0038] 图6为本发明实施例两相接入式柔性消弧装置直流侧电容稳压电流和接地故障补偿电流流通示意图；

[0039] 图7为本发明实施例三相接入式柔性消弧装置直流侧电容稳压电流和接地故障补偿电流流通示意图；

[0040] 图8为本发明实施例仿真实例的仿真模型示意图；

[0041] 图9为本发明实施例仿真实例单相接入式柔性消弧装置接地故障电流补偿效果和直流侧电容稳压效果的示意图；

[0042] 图10为本发明实施例仿真实例单两相接入式柔性消弧装置接地故障电流补偿效果和直流侧电容稳压效果的示意图；

[0043] 图11为本发明实施例仿真实例单三相接入式柔性消弧装置接地故障电流补偿效果和直流侧电容稳压效果的示意图；

[0044] 图12为本发明实施例基本结构和原理示意图。

具体实施方式

[0045] 为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

[0046] 如图12所示，本实施例提供了配电网单相接地故障柔性消弧装置拓扑结构及控制方法。柔性消弧装置的直流侧电源选用电容，通过接地故障补偿电流和直流侧电容稳压电
流在对地支路和相间支路的协同控制，实现柔性消弧装置的直流侧电容电压稳定以及接地
故障电流的全补偿。

[0047] 同时，提出五种柔性消弧装置的拓扑结构，根据接入电网的方式不同分为单相接入式、两相接入式和三相接入式以及中性点接入式。

[0048] 在本实施例中，单相接入式柔性消弧装置。拓扑采用单相H桥变流器。变流器一端接于配电线路或升压变压器低压侧的相线，一端接于大地，其示意图如图1所示。单相H桥变
流器可为高压等级单相变流器，可直接挂接于6kV、10kV、35kV或者66kV电压等级的母线或
线路上。所述单相H桥变流器可为低压等级单相变流器，经过升压变压器挂接于6kV、10kV、
35kV或者66kV电压等级的母线或线路上。

[0049] 单相接入式柔性消弧装置的故障电流补偿和直流侧电容电压稳定控制方法。正常运行时，控制单相柔性消弧装置从并网点吸收有功功率用于其直流侧电容电压的稳定控
制；发生接地故障且直流侧电容电压在设置值区间时，控制单相柔性消弧装置输出接地故
障全补偿电流；发生接地故障且直流侧电容电压不在设置值区间时，控制单相柔性消弧装
置，使其输出电流等于接地故障补偿电流的无功分量和直流侧电容的稳压电流之和。

[0050] 两相接入式柔性消弧装置。拓扑采用两相H桥变流器公共点经消弧线圈接地(简称2PCHB+ASC)或者两相H桥变流器公共点经单相H桥变流器接地(简称2PCHB+CHB)。两相变流
器一端接于配电线路或升压变压器低压侧的相线，一端接于公共点，两相H桥变流器直接接
于或经升压变压器接于配电线路的任意两相，其示意图如图2所示。两相H桥变流器可为高
压等级两相变流器，可直接挂接于6kV、10kV、35kV或者66kV电压等级的母线或线路上。所述
两相H桥变流器可为低压等级两相变流器，经过升压变压器挂接于6kV、10kV、35kV或者66kV
电压等级的母线或线路上。

[0051] 两相接入式柔性消弧装置的故障电流补偿和直流侧电容电压稳定控制方法。正常运行时，控制两相桥臂的H桥变流器从并网点的线电压中吸收有功功率给直流侧电容充电，
2PCHB+CHB结构接地桥臂的H桥变流器从两相桥臂的公共点吸收有功功率给直流侧电容充
电。接地故障时，对于2PCHB+ASC的拓扑结构，控制两相H桥变流器合成的总注入电流始终为
接地故障全补偿电流，而各相注入电流由接地故障补偿电流、本相变流器直流侧稳压电流
和另一相变流器直流侧稳压电流负值三部分叠加而成，稳压电流仅在相间流通，不经过接
地支路。接地故障补偿电流参考值由本相电压和本相对地导纳的乘积计算得到，本相稳压
电流参考值和本相电压同相位，使其吸收有功功率以稳定直流侧电容电压；接地支路的消
弧线圈设置为全补偿状态。对于2PCHB+CHB的拓扑结构，两相H桥变流器控制方法同2PCHB+
ASC结构，接地支路的H桥变流器注入电流为接地故障全补偿电流，同时调控公共点电压，以
便从公共点吸收有功功率，保持其直流侧电容电压稳定。

[0052] 三相接入式柔性消弧装置。拓扑采用四桥臂H桥变流器，其中三桥臂为三相H桥变流器，接地桥臂为单相H桥变流器，三相H桥变流器直接挂接于配电线路的三相，其公共点经
单相H桥变流器即接地桥臂接地。三相变流器一端接于配电线路或升压变压器低压侧的相
线，一端接于公共点，其示意图如图3所示。三相H桥变流器可为高压等级三相变流器，可直
接挂接于6kV、10kV、35kV或者66kV电压等级的母线或线路上。所述三相H桥变流器可为低压
等级三相变流器，经过升压变压器挂接于6kV、10kV、35kV或者66kV电压等级的母线或线路
上。

[0053] 三相接入式柔性消弧装置的故障电流补偿和直流侧电容电压稳定控制方法。正常运行时，控制三相桥臂的H桥变流器从并网点的三相电压中吸收有功功率给直流侧电容充
电；在三相桥臂变流器的直流侧电容充电完成后，退出其中两相，保留一相，接地桥臂的H桥
变流器从三相桥臂的公共点和保留的一相吸收有功功率给直流侧电容充电。接地故障时，
控制三相H桥变流器合成的总注入电流始终为接地故障全补偿电流，而各相注入电流由接
地故障补偿电流、本相变流器直流侧稳压电流和另两相变流器直流侧的稳压电流的二分之
一负值三部分叠加而成，稳压电流仅在相间流通，不经过接地支路。接地故障补偿电流参考
值由本相电压和本相对地导纳乘积计算得到，本相稳压电流参考值和本相电压同相位，使
其直流侧电容电压稳定；接地支路的H桥变流器注入电流为接地故障全补偿电流，同时调控
公共点电压，以便从公共点吸收有功功率，保持其直流侧电容电压稳定。

[0054] 中性点接入式柔性消弧装置。拓扑采用单相H桥变流器经Z型变压器接入配电网，其示意图如图4所示。

[0055] 中性点接入式柔性消弧装置的故障电流补偿和直流侧电容电压稳定控制方法。正常运行时，通过分相开关投入Z型变压器的一相，给H桥变流器的直流侧电容充电；接地故障
时Z型变压器三相均投入运行，当直流侧电容电压在设置值区间时，控制单相H桥变流器输
出接地故障全补偿电流；当直流侧电容电压不在设置值区间时，控制单相H桥变流器输出接
地故障补偿电流的无功分量和直流侧电容的稳压电流之和。

[0056] 以下对本实施例的技术方案从原理角度进行详细说明：

[0057] 1.单相接入式柔性消弧装置原理

[0058] 1.1单相接入式接地故障电流补偿原理

[0059] 根据KCL

[0060]

[0061] 式中， 和 分别为系统A、B和C相对地电流， 和 分别为接地故障电流和变流器注入电流。

[0062] 若控制注入电流 则根据式(1)故障点电流 被抑制为零。

[0063] 将式(1)化为电压形式，得

[0064]

[0065] 式中 和 为各相电源电压， 为中性点电压，Rf为接地过渡电阻，YA、YB、YC为各相对地导纳，假设三相对地参数对称，则YA＝YB＝YC＝Y0。

[0066] 由式(2)可知，接地故障全补偿电流若取为

[0067]

[0068] 则，接地故障电流将被完全抵消至零。

[0069] 1.1直流侧电容电压稳定控制原理

[0070] H桥变流器注入电流的给定值由接地故障全补偿电流 和直流侧电容稳压电流 两部分组成，因接地故障全补偿电流和直流侧电容稳压电流均通过单相H桥变流
器，因此在直流侧电容稳压时将影响接地故障电流的补偿效果，残流将增大，残流主要为变
流器注入电流的有功分量，但该分量的值一般较小。因此，本发明提出接地故障电流有功分
量补偿和直流侧电容电压稳定控制的分时切换方法。在进行接地故障电流全补偿时，即补
偿接地故障电流的有功分量、无功分量和谐波分量，退出直流侧电容稳压控制；同时检测电
容电压，当电容电压低于或高于设定的阈值区间时，退出接地故障电流有功分量的补偿，投
入直流侧电容稳压。其控制框图如图5所示。

[0071] 2.两相接入式柔性消弧装置原理

[0072] 2.1两相注入式接地故障电流补偿原理

[0073] 假设A相发生接地故障，两相变流器接于BC两相，接地故障全补偿电流为 B相总注入电流为 由本相接地故障补偿电流、本相稳压电流和接入的另一相(即C相)稳
压电流负值三部分的累加得到。C相总注入电流为 由系统接地故障全补偿电流和B相总
注入电流求差值得到，即

[0074]

[0075] 图6为两相接入式柔性消弧装置拓扑电流流通示意图，对图6的COM点列写KCL可知

[0076]

[0077] 将式(4)代入式(5)可得， 因此流过接地支路的电流始终为接地故障全补偿电流。

[0078] 2.2两相注入式直流侧电容稳压原理

[0079] 将B相总注入电流控制为本相接地故障补偿电流 本相稳压电流 和接入的另一相(即C相)稳压电流 负值三部分的叠加，其中B相补偿电流给定值取
则

[0080]

[0081] 根据式(4)和式(6),可得C相的总注入电流为

[0082]

[0083] 由式(2)可将式(7)化为

[0084]

[0085] 因此接地支路电流恒为接地故障全补偿电流且为注入两相电流之和，即直流侧电容的稳压电流仅在注入的两相相间流通，未经过接地支路。

[0086] 3.三相接入式柔性消弧装置原理

[0087] 3.1三相注入式接地故障电流补偿原理

[0088] 假设A相发生接地故障，接地故障全补偿电流为 取三相中的任意两相计算参考电流值，如取AC两相，则A相补偿电流参考值为 总注入电流为 C相补
偿电流参考值为 总注入电流为 则B相的总注入电流参考值由系统接地
故障全补偿电流和A相、C相总注入电流求差值得到。

[0089] 3.2三相注入式直流侧电容稳压原理

[0090] 将A相和C相总注入电流控制为本相接地故障补偿电流、本相稳压电流和另外两相稳压电流二分之一的负值四部分的叠加，则A相和C相总注入电流分别为

[0091]

[0092]

[0093] B相总注入电流为系统接地故障全补偿电流和A相、C相总注入电流求差值得到。由式(2)、式(9)和式(10)也可由本相(B相)补偿电流和稳压电流计算得到

[0094]

[0095] 其直流侧电容稳压电流和接地故障补偿电流流通情况如图7所示。

[0096] 4.中性点接入式柔性消弧装置原理

[0097] 中性点接入式柔性消弧装置原理同单相接入式柔性消弧装置，故不再赘述。

[0098] 为了让一般技术人员更好的理解本发明的技术方案，以下结合一仿真实例对本发明进行进一步介绍。

[0099] 利用PSCAD软件搭建如图8所示含6条馈线的配电网络仿真模型。配电线路采用Bergeron模型。对图2所示配电网络，接地故障点设置在节点1，设置A相接地故障，仿真结果
如图9～图11所示。

[0100] 由图9可知，单相接入式柔性消弧装置接地故障电流补偿和直流侧电容稳压虽然不能同时进行，但通过分时控制，接地故障残流较小。

[0101] 由图10可知，两相接入式柔性消弧装置接地故障电流补偿和直流侧电容稳压可同时进行，且补偿效果和稳压效果较好。

[0102] 由图11可知，三相接入式柔性消弧装置接地故障电流补偿和直流侧电容稳压可同时进行，且补偿效果和稳压效果较好。

[0103] 本实施例提出五种柔性消弧装置的拓扑结构，根据接入电网的方式不同分为单相接入式、两相接入式和三相接入式以及中性点接入式等，并提出适用于五种柔性消弧装置
拓扑结构的柔性消弧方法和直流侧电压稳定控制方法。柔性消弧装置的直流侧电源选用电
容，通过接地故障补偿电流和直流侧电容稳压电流在对地支路和相间支路的协同控制，实
现柔性消弧装置的直流侧电容电压稳定以及接地故障电流的全补偿。本发明的柔性消弧装
置拓扑和控制方法不仅能实现接地故障电流的全补偿，而且省去了直流侧供电电源，节约
了装置投入成本以及减小了设备体积，为配电网柔性消弧装置的推广应用和经济运行提供
有力保障。

[0104] 本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的配电网单相接地故障柔性消弧装置的控制方法，凡依本发明申请专利范围所做的
均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。