一种零序电流不停电融冰装置的不对称故障控制方法与流程

本发明属于架空输电线路融冰故障控制，具体地说是一种零序电流不停电融冰装置的不对称故障控制方法。

背景技术：

1、为降低覆冰灾害风险，工程上通常采用停电融冰或不停电融冰两类技术手段。其中，零序电流不停电融冰技术由于能够在不切断用户供电的前提下实现线路融冰，逐渐成为配电网中具有推广前景的关键技术。

2、在零序电流不停电融冰装置中，通常采用双变流器（voltage source converter,vsc）结构。三相变流器（vsc1）作为装置的能量调节与直流母线支撑单元，负责维持直流侧电压稳定；单相变流器（vsc2）则通过向目标线路注入特定频率的零序电流，在输电线路上产生焦耳热以实现覆冰消融。该类装置在正常工况下运行稳定，但在融冰过程中，当发生单相接地等不对称故障时，由于现有的控制策略采用对称正序低压穿越策略（low voltageride through，lvrt），装置输出的三相对称无功电流会导致非故障相电压进一步抬升，进而导致融冰装置在故障期间的并网稳定性与配电网的过电压安全。

3、现有技术中，针对并网变流器（即三相变流器vsc1）的故障穿越控制主要基于lvrt，其设计基础多建立在对称故障条件下，采用正序电压作为判据进行统一控制。然而，在配电网单相接地故障场景中，由于中性点偏移效应的存在，装置三相电压呈现显著不对称特性，故障相电压大幅跌落，而非故障相电压则可能出现明显升高。在此情况下，基于正序电压的传统判据难以准确反映故障相的实际电压跌落程度，易造成控制系统对故障严重性的误判。

4、现行lvrt规范中通常设置了当电压跌落至一定阈值以下时的快速脱网机制，以保护电力电子设备安全。然而，该类机制在不停电融冰工况下存在明显不足，当融冰线路末端发生金属性接地故障时，故障相电压极易跌破阈值，从而触发变流器脱网保护。一旦作为能量核心的三相变流器vsc1退出运行，将直接导致直流母线电压崩溃，进而使单相变流器vsc2失去能量支撑，造成融冰过程被迫中断，严重影响融冰作业的连续性与有效性。

5、因此，针对零序电流不停电融冰装置在不对称故障条件下的运行特性，亟需一种能够突破传统对称模型约束、准确反映三相电压不平衡特征，并具备持续并网运行能力的故障控制策略。尤其是在融冰这一对连续性要求极高的特殊运行场景中，如何在保障装置自身安全的同时，实现故障期间的稳定运行与对装置电压的合理支撑，已成为当前该技术亟待解决的关键问题之一。

技术实现思路

1、针对现有对称控制策略在融冰装置故障期间的不足，本发明提供一种零序电流不停电融冰装置的不对称故障控制方法，主要用于解决以下技术问题：传统低压穿越控制策略在输配电网络中发生严重电压跌落时易触发变流器脱网，导致融冰过程难以持续的问题；传统统一控制结构难以兼顾故障相电压支撑与非故障相电压约束的问题；故障期间融冰与无功补偿等多功能耦合运行条件下，缺乏有效的功率协调分配机制，难以兼顾融冰需求与电压支撑需求的问题。

2、为此，本发明采用如下的技术方案：一种零序电流不停电融冰装置的不对称故障控制方法，其包括：

3、故障穿越策略：针对融冰工况，定义非对称低压穿越策略控制模型，以取消瞬时切出区、延长零电压穿越时间和覆盖配网重合闸动作时限；

4、电压控制策略：将三相变流器解耦为三个独立的单相电压源变流器，对于故障相，其控制目标是向电网注入与该相电压相位正交的无功电流；对于非故障相，限制或不注入附加无功电流，以防止其电压进一步升高；

5、故障期间不停电融冰装置的功率分配策略：采用无功优先和有功按需削减的动态分配算法，构建三相变流器的有功电流限幅函数，在保障安全的前提下最大化支撑能力。

6、进一步地，所述的无功支撑特性函数为：

7、

8、式中，为第k相无功电流指令值，

k=a、b或c；为无功支撑特性函数；为三相变流器

k相相电压有效值；为无功支撑增益；为饱和支撑电压阈值；为最大无功电流限值；表示三相变流器的额定电流。

9、进一步地，所述的非故障相电压抑制策略中，设pll锁相环提取的各相电压相位为，则相应的瞬时无功电流参考值为：

10、

11、其中，为第k相瞬时无功电流参考值，为第

k相电压的相位，

ω表示电网角频率，表示第

k相电压的初始相位，

t表示时间。

12、更进一步地，所述的非故障相电压抑制策略，在相量域中，注入第k相的感性无功电流流经线路电抗

xs时，会在公共连接点产生电压抬升效应，抬升的幅值为。

13、进一步地，所述的有功电流限幅函数为：

14、

15、式中，表示三相变流器

k相的有功电流限幅值；表示有功电流限幅函数；表示三相变流器的最大允许输出电流。

16、更进一步地，=1.2

。

17、进一步地，在故障期间，三相变流器面临着维持融冰有功电流与提供支撑无功电流的双重需求，受限于igbt模块的物理特性，三相变流器输出的电流幅值满足圆约束方程：

18、

19、式中，表示第k相有功电流指令值，表示第k相无功电流指令值。

20、更进一步地，定义临界跌落电压为三相变流器开始被迫削减有功电流时的电压阈值，假设故障前三相变流器处于满载融冰状态，即当达到1.2

in时，有：

21、

22、式中，表示无功电流限幅值；该计算公式联立，得，求解。

23、进一步地，所述的交流不停电融冰装置包括三相变流器vsc1、单相变流器vsc2、储能电容cdc、并联侧变压器t2和串联侧变压器t3，所述的储能电容cdc接于三相变流器vsc1与单相变流器vsc2之间；

24、所述的三相变流器经并联侧变压器t2从配电网中吸收基频的有功功率；所述的单相侧变流器vsc2产生零序电流，经串联侧变压器t3的中性点注入到待融冰线路的首端，在待融冰线路中产生焦耳热进行不停电融冰。

25、更进一步地，零序电流在待融冰线路中流至末端后通过大地回路变压器t5的中性点及大地回路开关rg流进大地，与单相变流器vsc2的接地端口构成回路。

26、本发明具有的有益效果如下：本发明的三相变流器通过分相独立控制精准向故障相注入感性无功电流，使其电压有效值显著回补，实现了对故障相的精准电压支撑；通过对各相电流指令的解耦调节，使本已过压的相电压有效值同步平稳回落并锁定在受控范围内，成功抑制了绝缘击穿风险；即使在故障相有功缺损的严苛工况下，仍能维持直流侧能量平衡，确保了单相变流器能够持续向待融冰线路注入零序电流，从而实现了真正意义上的“不停电融冰”故障穿越。