基于级联H桥变流器和dq变换的配电网故障柔性消弧方法

郭谋发张伟骏高 伟杨耿杰缪希仁

（1. 福州大学电气工程与自动化学院 福州 350116 2. 国网福建省电力有限公司电力科学研究院 福州 350007）

基于级联H桥变流器和dq变换的配电网故障柔性消弧方法

郭谋发1张伟骏2高 伟1杨耿杰1缪希仁1

（1. 福州大学电气工程与自动化学院 福州 350116 2. 国网福建省电力有限公司电力科学研究院 福州 350007）

为解决配电网单相接地故障消弧的难题，提出一种基于级联H桥变流器和dq变换的柔性消弧新方法。配电网的三相经级联H桥变流器接地，柔性控制非故障相变流器经连接电感注入电流，补偿接地点的电弧电流，抑制故障相恢复电压，促进电弧快速熄灭、不易重燃。为了实现对稳定性和间歇性电弧接地故障电流的全补偿，结合级联H桥变流器的特性，提出一种基于dq坐标变换的故障谐波及暂态电流分量的检测方法。根据级联H桥变流器注入电流对接地故障电流、故障相恢复电压的作用机理，研究各类电弧接地故障的统一柔性消弧方法，仿真结果表明所提消弧方法的有效性，可以提高配电网接地故障熄弧率，促进柔性交流输电（FACTS）技术在智能配电网接地故障保护中的研究与应用。

配电网 接地故障 级联H桥变流器 柔性消弧 dq坐标变换

Keywords：Distribution network, grounding fault, cascaded H-bridge converters, fault arc suppression, dq coordinate transformation

0 引言

非线性负荷和电力电子设备在配电网中大量使用，接地电弧电流中的谐波及有功分量不断提高，传统的无源消弧受限于仅能补偿接地故障电流中的基波无功分量，难于有效熄灭故障电弧。因此，在无源消弧技术的基础上，逐渐出现了有源（柔性）消弧技术，其按照消弧对象的不同，可分为柔性电流消弧和柔性电压消弧两种方法。

文献[1-5]采用柔性电流消弧方法。文献[1,2]提出基于单相有源滤波技术的全补偿消弧线圈，采用预调、随调相结合的调谐方式，通过注入可控电流实现对接地故障电流的全补偿。文献[3-5]研究了三相五柱双二次绕组的柔性零残流消弧线圈并开展了其关键技术的研究，通过逆变器从消弧线圈二次侧注入电流，实现接地故障电流的全补偿。

文献[6]采用柔性电压消弧方法，提出基于零序电压柔性控制的配电网接地故障消弧与保护新原理，通过基于脉宽调制有源逆变器向配电网注入零序电流，控制零序电压，迫使故障点恢复电压为零，实现接地故障消弧。

此外，文献[7, 8]提出了可适应线路结构动态变化的有源消弧新方法，通过检测故障接地电阻，合理选择相应的有源电压或电流消弧方法，确保在配电网线路结构发生变化的情况下有源消弧的有效性。

现有柔性消弧方法，通常需要有源逆变器与固定档位或可调的传统消弧线圈配合使用，单个逆变器耐压低，且受限于其注入的功率，需通过升压变压器经接地变压器接到配电网中性点，升压变压器、接地变压器和传统消弧线圈的等效电感会对故障补偿电流的相位产生影响。单个逆变器的输出电平数较少，造成其注入配电网的补偿电流的谐波含量较高，且存在直流侧电容取源难等问题。此外，对于间歇性电弧燃弧瞬间产生的暂态电流分量也难以有效补偿[9]。为解决上述问题，本文以基于电压源换流器和多电平脉宽调制技术的级联H桥变流器[10]作为柔性消弧电流注入装置[11]，提出了基于级联H桥变流器和dq变换的柔性消弧新方法。

1 三相经级联H桥变流器柔性接地方式

配电网三相经级联H桥变流器接地原理如图1所示，级联H桥变流器经连接电感L、高压开关S挂接于配电网的三相，每相级联变流器由多个单相H桥电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）串联组成。为避免系统三相电压不平衡对级联变流器的影响，星形侧中性点采用直接接地的方式，确保各相级联变流器独立运行。

图1 配电网三相经级联H桥变流器接地原理Fig.1 Distribution network flexible grounding by three-phase cascaded H-bridge converter

图2 配电网单相接地故障等效电路Fig.2 Equivalent circuit of single-phase ground fault in distribution network

2 接地故障柔性消弧原理

接地电弧宏观上可等效为一时变非线性电阻，其变化规律为电弧在燃弧阶段呈现低阻特性，熄弧阶段呈现高阻特性。系统发生电弧性接地故障后，分别通过提取接地故障电气量的基波、谐波及暂态分量，计算参考注入电流作为级联变流器的控制目标。由非故障相级联变流器实时跟踪控制目标，向配电网注入理论参考电流，在燃弧阶段补偿接地电流，促进电弧快速熄灭，在熄弧阶段有效抑制故障相电压恢复，阻止电弧重燃。

2.1 柔性电流消弧原理在燃弧阶段的应用

燃弧期间，电弧电阻呈低阻或金属性接地特征（Rf≈0），接地故障电流I˙fC数值上近似等于所有线路非故障相对地电流之和，I˙fC方向从故障线路的故障相流向主变压器，再由主变压器非故障相流向各条线路，形成回路。将主变压器10kV侧看作端口网络，由基尔霍夫电流定律（KCL）可知

2.2 柔性电压消弧原理在熄弧阶段的应用

熄弧期间，电弧电阻呈高阻特性，接地故障电流数值上等于非故障相对地电容电流之和减去故障相对地电容电流之和。若仍采用基波电流消弧的方法，虽流经主变压器出线侧故障相的故障电流被强制为0，但由于各线路故障相对地电容电流的分流作用，接地故障电流I˙fC将不再为0，实际消弧效果不明显。为解决该问题，提出一种基于三相级联H桥变流器的电压消弧方法。对图2节点D列写KCL方程，得

由式（11）知，通过调整变流器的注入电流，可间接控制故障相恢复电压。取注入电流为

则=0，即使故障相电压强制为0，从而抑制接地电弧重燃。

比较式（7）和式（13）可知，级联变流器在燃弧和熄弧阶段的注入基波电流相同，仅与电源电压和电网参数有关，与接地电弧等效电阻的变化无关。换言之，当配电网发生电弧接地故障时，变流器只需注入定值理论电流，即可在燃弧期间补偿接地电弧电流中基波电流分量，促进电弧熄灭。在电弧过零熄灭后，抑制故障相电压恢复，使气体介质的恢复强度高于故障相电压恢复强度，从而破坏电弧重燃条件。

2.3 故障谐波和暂态电流分量的补偿原理

针对接地暂态电流补偿问题尚未见到相关文献研究，一般来说，接地故障的暂态电流幅值大，但持续时间短，其对接地电弧的熄灭稳定性影响较小。而间歇性电弧接地故障每次重燃伴随有明显的暂态过程，所引起的非故障相过电压对配电网设备绝缘构成严重威胁。此外，根据别列柯夫理论，故障相恢复电压峰值与故障点电流的陡度成正比，因此，有效降低电弧每次重燃时的高频振荡（暂态）电流是实现此类故障消弧的重要途径。

谐波和暂态接地电流分量的补偿原理与基波电流补偿原理相同，但其难点在于电弧接地故障因接地位置、故障时刻、谐波源类型及电弧特征的不确定性和随机性，谐波和暂态电流难以直接检测或计算。借鉴同步坐标变换在有源谐波治理及无功补偿中的应用思路，提出了一种基于dq变换提取母线零序电压谐波和暂态分量，结合配电网对地参数，间接实时计算谐波和暂态电流的方法。

将流经接地点的谐波（或暂态）分量等效为一谐波（或暂态）电流源，配电网电弧电流中谐波及暂态分量等效分布如图3所示。由谐波、暂态电流的流通回路可知，该电流作用于配电网对地参数，使母线电压含有谐波和暂态分量。其中，非故障相母线电压为

式中，三相电源电压保持平衡，零序电压u0(t)由基波、谐波和暂态衰减分量组成，其瞬时值为

图3 配电网电弧电流中谐波及暂态分量等效分布Fig.3 Equivalent distribution for the harmonic and transient component of arc current

零序电压u0(t)为单相信号，需先构造虚拟的三相系统：设u0(t)为虚拟A相电压u0A(t)，u0A(t)延迟60°得到-u0C(t)，u0B(t)=-u0A(t)-u0C(t)，则虚拟B、C相电压为

限于篇幅，这里省略vd和vq推导过程。经dq变换后，零序电压基波分量在vd中为直流分量，第k次谐波电压分量转换为k±1次谐波分量，第n次暂态分量转换为n±1次暂态分量。vq中直流分量为0，谐波分量和暂态分量的变换结果与d轴相似。由高通滤波器滤除vd中直流分量，经dq/abc反变换后，零序电压仅包含谐波分量和暂态分量，即

结合配电网对地参数，接地谐波及暂态电流综合分量ifn(t)为

同理，令非故障相变流器注入电流iz(t)跟踪ifn(t)，可实现补偿接地谐波和暂态电流分量的目的。

故级联H桥变流器的消弧注入总电流iz(t)为式（13）和式（21）的叠加，其瞬时值为

在工程应用中，考虑到主变压器和馈线自身电抗对接地暂态电流中高频分量的影响，提取电压分量的误差经式（22）计算后被放大等因素，参考谐波和暂态电流的计算模型更为复杂，上述间接计算法可能导致注入电流不准确、影响系统稳定性等问题。这里借鉴经典控制理论方法，设计电压PI控制器，将提取的谐波和暂态电压分量作为偏差输入，经过PI调节后得到参考谐波和暂态电流分量。

2.4 配电网对地参数测量原理

准确测算配电网对地参数[12,13]是计算变流器综合注入电流的前提，本文采用注入恒频电流的参数测量方法。配电网正常运行时，令各相级联H桥变流器输出同频同相位的电流信号，注入电流的角频率为ωx。结合图1中经级联H桥变流器柔性接地的配电网络，经变换后的零序等效电路如图4所示，其中，为变流器注入的零序电流，L为连接电感。

图4 零序等效电路Fig.4 Zero sequence equivalent circuit diagram

变流器与配电网节点的电路方程为

将式（23）按实部、虚部展开得

由测量电压和注入测量电流的有效值和相位关系，可计算出系统的等效对地分布电容和泄漏电阻。在实际应用中，注入测量电流的频率ωx一般选为间谐波频率，既方便信号的检测与提取，又避免由电网参数及负荷不平衡等因素引起的工频及整数次谐波偏移电压对注入信号的影响。此外，考虑到注入电流频率对测量参数准确度（主要是电缆的电解质损耗）、幅值对正常配电网运行的影响，间谐波频率宜在工频附近（10～90Hz），幅值小于10A。

3 配电网接地故障保护方案及其控制系统

3.1 保护方案

基于级联变流器的配电网单相接地故障保护方案如图5所示，变流器采用先消弧、后选线的工作模式。故障初期，根据零序电压及三相电压综合判断是否为单相接地故障并识别故障相后，由非故障相变流器注入综合消弧电流，避免错过最佳的消弧补偿时间。在消弧数个工频周波后，根据母线零序电压，判断接地点是否消失，若零序电压降至阈值（通常为相电压的15%）以下，则推测电弧已有效熄灭，反之，则为永久性电阻接地故障，变流器退出柔性消弧策略，选线保护动作，切除故障线路。

3.2 控制系统

控制系统及其控制策略是变流器能否实现注入理论全补偿电流的关键。按照模块化的思想，将控制系统划分为给定模块、控制模块和调制模块，三相级联H桥变流器的控制系统结构如图6所示。

图5 基于级联变流器的配电网单相接地故障保护方案Fig.5 Single-phase earth fault protection scheme based on cascade inverter power

图6 三相级联H桥变流器的控制系统结构框图Fig.6 Control system structure diagram of three-phase cascaded H-bridge converter

给定模块由故障检测选相、各电气量检测和给定注入电流计算等子模块构成，在配电网正常运行时，提供一个间谐波频率的给定电流，用于对地参数测量。发生接地故障后，计算生成给定注入补偿电流值，用于故障消弧。控制模块主要包含电压-电流双闭环控制器，实现级联H桥多电平变流器直流侧电容电压稳定控制及其交流侧输出电流实时跟踪给定模块提供的给定电流值。其中，直流侧电容电压的稳定控制由电压PI控制器实现，通过锁相环生成参考有功电流，用于电容充电升压。调制模块根据控制模块的输出，采用载波相移多电平调制策略同时配合基于电压排序的改进开关分配方法生成各个开关管控制信号，控制各H桥变流器的开关器件，使级联H桥多电平变流器交流侧输出既定的电压波形，并实现直流侧电容电压的均衡控制。

4 仿真分析

4.1 仿真建模

利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了三相经九电平级联H桥变流器柔性接地的6条馈线配电网模型，如图7所示。图中OL、CL分别表示架空和电缆线路，选择Bergeron线路模型，模型中架空线路的正序参数：R1=0.125Ω/km，L1=1.3mH/km，C1= 0.009 6μF/km；零序参数：R0=0.275Ω/km，L0= 4.6mH/km，C0=0.005 4μF/km。电缆线路的正序参数：R1=0.27Ω/km，L1=0.255mH/km，C1=0.339μF/km；零序参数：R0=2.7Ω/km，L0=1.019mH/km，C0= 0.28μF/km。

图7 基于级联H桥柔性接地的配电网仿真模型Fig.7 Simulation model for distribution network with cascaded H-bridge converter

根据文献[11]配置级联H桥变流器参数见表1。

表1 级联H桥变流器参数Tab.1 Cascaded H-bridge converter parameters

4.2 稳定性电弧接地故障的消弧仿真

采用控制论电弧模型[14,15]模拟稳定性电弧接地故障的情况，利用PSCAD搭建电弧的非线性时变电阻模型，模拟电弧变化的动态特性。

图8为仿真注入基波电流前后接地故障电流波形，设故障时刻t=0.8s，在CL6架空线路末端C相发生稳定电弧接地故障。

对比图8a和图8b知，非故障相变流器注入基波分量后，接地故障残流下降至4A，残流波形经FFT分解后，可以发现其中基波分量接近为0。因变流器仅注入基波分量，未能实现对电弧电阻非线性时变产生的谐波分量的补偿，受载波频率和级联数的限制，残流中出现少量等效开关频率10kHz及其整数倍次谐波分量。

图8 注入基波分量前后的故障电流波形Fig.8 Fault current waveforms before and after injection of fundamental component

注入基波分量前后的故障相电压波形如图9所示。设稳定性电弧经电流消弧后，因故障残流较小，维持0.1s后过零熄灭，熄灭后因介质强度的恢复速度有限，接地点过渡电阻以高阻态形式表示，取Rf=8 000Ω。

对比图9a和图9b知，变流器在电流过零电弧熄灭后，仍维持注入基波消弧电流，改变了原配电网电压变化规律，使得故障相电压首个周波的峰值仅为1.186kV，与原故障相电压峰值14.35kV（中性点偏移电位短时不衰减与故障相电源电压叠加的结果）相比，经变流器注入基波电流后，故障相电压峰值降低了91.7%，有效抑制了故障相电压的恢复。

图9 注入基波分量前后的故障相电压波形Fig.9 Fault phase recovery voltage waveforms before and after injec tion of fundamental component

图10采用dq变换提取零序电压谐波分量，经式（21）计算，得接地故障电流谐波分量的计算波形。图11为故障残流的测量值（滤除了残流中等效开关频率及其整数倍次谐波）与dq变换的计算值的对比波形。其中，参考谐波电流分量计算值为

图10中计算值与测量值曲线的变化规律基本相同，进一步对比FFT分解后各频率电流有效值，可知二者均以5次及以上奇次谐波为主，计算得到的各次谐波的有效值均略低于测量值，但总体相差不大，验证了基于dq变换的故障电流谐波分量检测方法的可行性。

图10 基于dq变换计算故障电流谐波分量Fig.10 Calculation of fault transient and harmonic current component based on dq transformation

图11 故障残流谐波测量值与dq变换计算值比较Fig.11 Fault residual current harmonic measurement value compared with calculation value

由图12知，变流器注入综合电流后，进一步补偿故障残流中谐波分量，残流峰值小于2A。经FFT分解后知：各频率电流有效值均有降低（5、7、9、11次分别降低了66.2%、71.8%、10.0%、49.4%、41.9%），但不完全为0。对曲线1、2局部区域放大后观察到：残余谐波分量是由于变流器跟踪非故障相故障电流时存在响应误差，前述电路参数配置均为折中选择，PI控制器存在延时等问题都会引起动态响应的误差，但变流器注入谐波分量后，接地故障残流中的谐波分量明显降低，验证了基于dq变换的故障电流谐波分量补偿原理的有效性。

4.3 间歇性电弧接地故障的消弧仿真

以工频熄弧理论仿真间歇性电弧接地故障。设故障时刻t=0.3s（C相过电压峰值），在CL4架空线路末端C相发生间歇性电弧接地故障，测得接地电弧电流和故障相电压如图13所示。

图12 注入综合消弧电流后的故障残流波形Fig.12 Fault residual waveforms after injection of integrated arc current

图13 间歇性电弧接地故障各电气量波形Fig.13 Electric parameters waveforms of intermittent arc ground fault

变流器注入综合电流后的故障残流波形如图14所示。将由变流器注入综合电流后的故障残流和故障相恢复电压波形分为重燃段和熄灭段进行分析。

1）重燃阶段：考虑实现对故障电流中的基波、谐波和暂态分量的全补偿。图13中非故障相和接地点暂态电流峰值分别为83.75A、201.27A，比较图13和图14可知，注入综合电流后，故障残流的基波分量近似为0，暂态分量峰值大幅降低，分别为35.21A、73.692A。

图14 注入综合电流后的故障残流波形Fig.14 Fault residual waveforms after injection of integrated arc current

放大0.445～0.45s电弧重燃时段的波形如图15所示，图15中变流器注入电流（曲线2）在跟随暂态电流变化（曲线1）时，也存在跟踪响应滞后的问题。将图15中暂态持续时间分为t1、t2段，比较曲线1、3可知，其暂态持续时间由t1+t2缩短至t1。残流的暂态分量峰值降低，持续时间缩短，验证了基于dq变换的暂态电流消弧原理的有效性。

2）熄弧阶段：比较图13和图16，熄弧阶段变流器仍维持注入基波消弧电流，同样改变了原配电网电压变化规律，使得原本依据工频熄弧理论设置的电弧重燃时刻的故障相恢复电压瞬时值仅为0.76kV，但仍不为0，误差来源同稳定性电弧接地故障仿真一致。与注入前重燃时刻的恢复电压峰值8.16kV相比，瞬时值降低了90.69%，验证了基波电压消弧方法同样适用于间歇性电弧接地故障。

图15 重燃阶段接地故障残流（0.445～0.45s）Fig.15 Ground fault residual current during restriking stage（0.445～0.45s）

此外，由于暂态电流峰值与重燃瞬间故障相电压瞬时值有关，因此，采用柔性电压消弧方法还能起到间接减小重燃时刻暂态电流分量的作用，这有利于促进间歇性电弧尽快熄灭。

图16 注入基波电流对故障相恢复电压和暂态电流影响Fig.16 Influence on recovery voltage and transient current after injection of fundamental component

5 结论

揭示级联H桥变流器注入电流对配电网接地故障电流、故障相恢复电压的作用机理，研究接地故障电流谐波及暂态分量的补偿原理，形成各类电弧性接地故障的统一消弧方法。采用配电网三相经级联H桥变流器柔性接地的新方式，通过dq坐标变换提取并计算故障电弧电流中谐波及暂态分量，由非故障相变流器注入综合消弧电流，实现接地电弧电流基波、谐波及暂态分量的全补偿，抑制故障相恢复电压，促使电弧快速熄灭，不易重燃。仿真结果证明所提消弧方法的有效性。

[1] 曲轶龙, 董一脉, 谭伟璞, 等. 基于单相有源滤波技术的新型消弧线圈的研究[J]. 继电器, 2007, 35(3): 29-33. Qu Yilong, Dong Yimai, Tan Weipu, et al. Research on new type arc-suppression coil based on singlephase active power filter technology[J]. Relay, 2007, 35(3): 29-33.

[2] 李新泉, 齐郑, 杨以涵. 一种新型消弧方法的研究及其实现[J]. 电力系统保护与控制, 2008, 36(24): 83-87. Li Xinquan, Qi Zheng, Yang Yihan. Research and realization on a new tape arc-suppression method[J]. Power System Protection and Control, 2008, 36(24): 83-87.

[3] 李晓波, 王崇林. 零残流消弧线圈综述[J]. 电力自动化设备, 2011, 31(6): 116-121. Li Xiaobo, Wang Chonglin. Survey of zero-residualcurrent arc suppression coil[J]. Electric Power Automation Equipment, 2011, 31(6): 116-121.

[4] 刘宝稳, 李晓波. 基于失谐量的消弧线圈跟踪调谐方法[J]. 电力系统保护与控制, 2013, 41(5): 6-9. Liu Baowen, Li Xiaobo. New type of automatic tuning arc-suppression coil based on detuning size[J]. Power System Protection and Control, 2013, 41(5): 6-9.

[5] 贾晨曦, 杨龙月, 杜贵府. 全电流补偿消弧线圈关键技术综述[J]. 电力系统保护与控制, 2015, 43(9): 145-154. Jia Chenxi, Yang Longyue, Du Guifu. Review of key technologies on full current compensation arc suppression coil[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(9): 145-154.

[6] 曾祥君, 王媛媛, 李健, 等. 基于配电网柔性接地控制的故障消弧与馈线保护新原理[J]. 中国电机工程学报, 2012, 32(16): 137-143. Zeng Xiangjun, Wang Yuanyuan, Li Jian, et al. Novel principle of faults arc extinguishing & feeder protection based on flexible grounding control for distribution networks[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(16): 137-143.

[7] 刘维功, 薛永端, 徐丙垠, 等. 可适应线路结构动态变化的有源消弧算法[J]. 电网技术, 2014, 38(7): 2008-2013. Liu Weigong, Xue Yongduan, Xu Bingyin, et al. An active arc-suppression algorithm adaptable to dynamic structure variation of transmission line[J]. Power System Technology, 2014, 38(7): 2008-2013.

[8] 谢菁, 薛永端, 徐丙垠. 小电流接地系统不对称电压有源补偿控制方法[J]. 电力系统自动化, 2015, 39(5): 115-121. Xie Jing, Xue Yongduan, Xu Bingyin. An active compensation and control method of asymmetrical voltage in non-solidly grounded system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(5): 115-121.

[9] 陈柏超, 王朋, 沈伟伟, 等. 电磁混合式消弧线圈的全补偿故障消弧原理及其柔性控制策略[J]. 电工技术学报, 2015, 30(10): 311-318. Chen Baichao, Wang Peng, Shen Weiwei, et al. The principle of full compensation arc suppression and flexible control of electromagnetic hybrid petersen coil[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(10): 311-318.

[10] 王顺亮, 宋文胜, 冯晓云. 基于电压补偿分量注入的单相级联H桥整流器载波调制与电容电压平衡方法[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(12): 3117-3123. Wang Shunliang, Song Wensheng, Feng Xiaoyun. Carrier-based modulation and capacitor voltage balance control method with voltage offset injection of single phase cascaded H-bridge rectifiers[J]. Proceedings of the CSEE, 2015, 35(12): 3117-3123.

[11] 郭谋发, 陈静洁, 张伟骏, 等. 基于单相级联H桥变流器的配电网故障消弧与选线新方法[J]. 电网技术, 2015, 39(9): 2677-2684. Gou Moufa, Chen Jingjie, Zhang Weijun, et al. A novel approach of fault arc extinguishing and linedetection in distribution networks with active grounding[J]. Power System Technology, 2015, 39(9): 2677-2684.

[12] 赵军, 袁雪琼, 扈海泽, 等. 基于变电阻电压扰动的配电网对地参数精确测量新方法[J]. 电力系统保护与控制, 2015, 43(17): 51-56. Zhao Jun, Yuan Xueqiong, Hu Haize, et al. A new method of accurately measuring grouned parameters of distribution network based on variable resistor voltage disturbance[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(17): 51-56.

[13] 李晓波, 苗晓鹏, 桑振华, 等. 基于偏置阻抗法的配电网电容电流测量新方法[J]. 电力系统保护与控制, 2014, 42(4): 22-26. Li Xiaobo, Miao Xiaopeng, Sang Zhenhua, et al. A new capacitive current measurement method of the distribution network based on bias impedance[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(4): 22-26.

[14] 顾荣斌, 蔡旭, 陈海昆, 等. 非有效接地电网单相电弧接地故障的建模及仿真[J]. 电力系统自动化, 2009, 33(13): 63-67. Gu Rongbin, Cai Xu, Chen Haikun, et al. Modeling and simulating of single-phase arc grounding fault in non-effective earthed networks[J]. Automation of Electric Power Systems, 2009, 33(13): 63-67.

[15] 王宾, 耿建昭, 董新洲. 配网高阻接地故障伏安特性分析及检测[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(22): 3815-3823. Wang Bin, Geng Jianzhao, Dong Xinzhou. Analysis and detection of volt-ampere characteristics for high impedance faults in distribution systems[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(22): 3815-3823.

Fault Flexible Arc Suppression Approach Based on Cascaded H-Bridge Converters and dq Coordinate Transformation for Distribution Network

Guo Moufa1Zhang Weijun2Gao Wei1Yang Gengjie1Miao Xiren1
（1. School of Electrical Engineering and Automation Fuzhou University Fuzhou 350116 China 2. State Grid Fujian Electric Power Research Institute Fuzhou 350007 China）

To solve the problem of arc suppression under the single-phase grounding fault in distribution network, a novel approach based on cascaded H-bridge converters and dq reference frame transformation is proposed. A flexible grounding mode using three-phase cascaded H-bridge converter is firstly adopted in network. The current injected in non-fault phases can compensate the arc current at fault point and suppress the recovery voltage of fault phase. It could promote the rapid extinguishment of arc and make it restrike hardly. Then combined with the features of cascaded H-bridge converter, a new detecting method for harmonic and transient components of fault current based on dq reference frame transformation has been proposed. This method can realize the full current compensation in the cases of both stable and intermittent arc grounding faults. According to the mechanisms of current injected by cascaded H-bridge converter on fault current and fault phase recovery voltage, a unified arc suppression method about various arc grounding faults has been studied. Simulation results show the proposed approach is effective, which can improve arc extinguishment rate, promote the study and application of FACTS technique in grounding fault protection of smart power distribution network.

TM713

郭谋发 男，1973年生，硕士，副教授，研究方向为电力系统自动化、配电网及其自动化技术等。

E-mail: 610710809@qq.com（通信作者）

张伟骏 男，1990年生，硕士，工程师，研究方向为配电网及其自动化技术。

E-mail: 14158755@qq.com

国家自然科学基金（51377023、51677030）和福建省自然科学基金（2016J01218）资助项目。

2016-01-16 改稿日期 2016-05-10