基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法及裝置與流程
2024-01-25 08:31:15
本發明涉及配電網故障消弧技術領域，尤其涉及一種基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法及裝置。
背景技術：
配電網的電力系統中輸配電線路十分複雜，輸配電線路間極易發生單相接地故障，其中，最常見的是瞬時性接地故障，嚴重影響配電網的安全穩定運行。我國配電網一般採用中性點不接地、經消弧線圈接地、經電阻接地、經電阻和電容接地等中性點非有效接地方式。隨著配電網的發展，當輸配電線路發生接地故障時，接地故障的瞬時電流增大，瞬時性接地故障的消弧能力減弱，故障點的電弧難以自行熄滅，易產生故障過電壓，進而易引起停電事故，影響配電網的安全運行。
目前，傳統的針對單相接地故障消弧的方法為電流消弧方法，電流消弧方法分為兩種：一種是通過預調式消弧線圈補償接地故障殘流，減小介質損耗，抑制故障相恢復電壓的上升速度，降低故障建弧率；另一種是通過隨調式消弧線圈在接地故障時增大系統的零序阻抗，減小故障電流，促進故障消弧。
但是，採用上述的電流消弧方法都只能補償故障點的無功電流，不能補償有功電流，使電流消弧效果具有局限性。
技術實現要素：
本發明提供了一種基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法及裝置，以解決現有的電流消弧方法只能補償故障點的無功電流，不能補償有功電流，使電流消弧效果具有局限性的問題。
第一方面，本發明實施例提供了一種基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法，所述方法包括以下步驟：
採集配電網的三相電壓和中性點電壓，根據所述三相電壓和所述中性點電壓的關係，判斷所述配電網是否發生單相接地故障；
如果所述配電網發生單相接地故障，則根據所述三相電壓的大小確定發生單相接地故障的故障相；
向發生單相接地故障的配電網中注入初始電流，獲取所述故障相的相電壓和所述中性點電壓，通過雙閉環控制方法，確定最佳的注入電流；
將所述最佳的注入電流注入所述發生單相接地故障的配電網中，實現瞬時單相接地故障的消弧。
可選的，所述根據三相電壓和所述中性點電壓的關係，判斷所述配電網是否發生單相接地故障的步驟，具體包括以下步驟：
如果所述中性點電壓大於所述三相電壓的15％，判斷所述配電網發生單相接地故障；
如果所述中性點電壓小於或等於所述三相電壓的15％，判斷所述配電網未發生單相接地故障。
可選的，所述根據三相電壓的大小確定發生單相接地故障的故障相的過程，包括：
通過比較三相電壓的值的大小，確定相電壓為最小值的相為發生單相接地故障的故障相。
可選的，所述雙閉環控制方法，具體包括以下步驟：
獲取所述故障相的電壓和中性點電壓，以所述中性點電壓作為參考電壓，利用電壓閉環控制方法，控制所述故障相的電壓與所述參考電壓相等，輸出當前電流值；其中，所述故障相的電壓與所述參考電壓的幅值相等，相位相反；
向發生單相接地故障的配電網中注入初始電流，將所述當前電流值作為參考電流，利用電流內環控制方法，控制所述初始電流與所述參考電流相等，將控制後的初始電流作為最佳的注入電流。
可選的，所述電壓外環控制方法，具體包括以下步驟：
根據所述故障相的電壓，得到故障相電壓相反數，以所述中性點電壓作為參考電壓，實時比較所述故障相電壓相反數與所述參考電壓的差值；
通過電壓負反饋調節，使所述故障相電壓相反數逼近所述參考電壓；
經過比例積分傳遞函數，使所述故障相電壓相反數與所述參考電壓相等，得到相等時的當前電流值；
輸出所述當前電流值。
可選的，所述電流內環控制方法，具體包括以下步驟：
根據所述初始電流，以所述當前電流值作為參考電流，通過一次傳遞函數的過程，得到注入電流的初值；
通過電流負反饋調節，將所述注入電流的初值反饋至所述初始電流進行比較，通過數次傳遞函數的過程，控制所述注入電流的初值與所述參考電流相等；其中，所述注入電流的初值與所述參考電流的幅值相等，相位相反；
通過比較和計算，得到控制後的注入電流的初值，即為最佳的注入電流。
可選的，所述將最佳的注入電流注入所述發生單相接地故障的配電網中，實現瞬時單相接地故障的消弧的過程，包括：
將所述最佳的注入電流注入發生單相接地故障的配電網中，使所述故障相的電壓和電流分別抑制到零，補償所述配電網的無功電流分量、有功電流分量和諧波分量，實現瞬時單相接地故障的消弧。
第二方面，本發明實施例還提供了一種基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧裝置，所述基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧裝置包括用於執行第一方面各種實現方式中方法步驟的模塊。
採樣判斷模塊，用於採集配電網的三相電壓和中性點電壓，根據所述三相電壓和所述中性點電壓的關係，判斷所述配電網是否發生單相接地故障；
數據處理模塊，用於如果所述配電網發生單相接地故障，則根據所述三相電壓的大小確定發生單相接地故障的故障相；
注入電流確定模塊，用於向發生單相接地故障的配電網中注入初始電流，獲取所述故障相的相電壓和所述中性點電壓，通過雙閉環控制方法，確定最佳的注入電流；
有源消弧模塊，用於將所述最佳的注入電流注入所述發生單相接地故障的配電網中，實現瞬時單相接地故障的消弧。
由以上技術方案可知，本發明實施例提供的一種基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法及裝置，方法包括以下步驟：採集配電網的三相電壓和中性點電壓，並判斷配電網是否發生單相接地故障；如果配電網發生單相接地故障，則根據三相電壓的大小確定發生單相接地故障的故障相；向發生單相接地故障的配電網中注入初始電流，獲取故障相的相電壓和中性點電壓，通過雙閉環控制方法，確定最佳的注入電流；將所述最佳的注入電流注入發生單相接地故障的配電網中，實現瞬時單相接地故障的消弧。本發明實施例提供的有源電壓消弧方法及裝置，基於雙閉環控制方法，在配電網發生單相接地故障時，通過有源消弧裝置向中性點注入可控零序電流，控制故障相電壓為零，實現故障消弧。雙閉環控制方法以故障相電壓為控制目標，無需測量電容電流等配電網的對地參數，使消弧實現方便。先通過電壓外環控制方法，得到當前電流值，並作為電流內環控制方法的參考電流，再通過電流內環控制方法，對有源消弧裝置注入配電網的初始電流進行高精度實時控制，最終得到最佳的注入電流。將此最佳的注入電流注入發生單相接地故障的配電網中，控制故障相的電壓為0，即故障相電流為0，補償故障相的無功電流分量、有功電流分量和諧波分量，實現瞬時單相接地故障的快速、高精度的徹底消弧。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例示出的基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法的流程圖；
圖2為本發明實施例示出的基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法的原理電路圖；
圖3為本發明實施例示出的雙閉環控制方法的結構框圖；
圖4為本發明實施例示出的雙閉環控制方法的傳遞函數波特圖；
圖5為本發明實施例示出的基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧裝置的結構框圖；
圖6為本發明實施例示出的發生單相接地故障的配電網故障點電流波形圖；
圖7為本發明實施例示出的發生單相接地故障的配電網故障相電壓的抑制波形圖；
圖8為本發明實施例示出的發生單相接地故障的配電網注入電流的頻率波形圖；
圖9為本發明實施例示出的發生單相接地故障的配電網參考電流和注入初始電流的動態跟蹤波形圖。
具體實施方式
第一方面，參見圖1，為本發明實施例示出的基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法的流程圖。
本發明實施例提供了一種基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法，包括以下步驟：
S1、採集配電網的三相電壓和中性點電壓，根據所述三相電壓和所述中性點電壓的關係，判斷所述配電網是否發生單相接地故障；
S2、如果所述配電網發生單相接地故障，則根據所述三相電壓的大小確定發生單相接地故障的故障相；
S3、向發生單相接地故障的配電網中注入初始電流，獲取所述故障相的相電壓和所述中性點電壓，通過雙閉環控制方法，確定最佳的注入電流；
S4、將所述最佳的注入電流注入所述發生單相接地故障的配電網中，實現瞬時單相接地故障的消弧。
本發明實施例提供的方法，搭配有源消弧裝置一起使用。有源消弧裝置可等效為一可控電流源，通過控制IGBT(絕緣柵雙極型電晶體)的通斷向配電網中性點注入一特定幅值和相位的零序電流補償接地故障全電流，實現對零序電壓的控制，促使故障點電壓為0，實現瞬時單相接地故障的徹底消弧。
參見圖2，為本發明實施例示出的基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法的原理電路圖。
如圖2中虛線框內為有源消弧裝置，包括調壓器、不可控整流器、逆變器、濾波電感器、電容、電阻和變壓器；調壓器的一端與電源連接，另一端與所述不可控整流器相連接；不可控整流器的信號輸出端與逆變器的信號接收端相連接，逆變器的信號輸出端與濾波電感的信號接收端相連接，濾波電感的信號輸出端與變壓器的初級線圈相連接，變壓器的次級線圈一端接地，另一端與配電網中性點的消弧線圈相連接。有源消弧裝置通過中性點消弧線圈與配電網相連接。其中，不可控整流器與逆變器之間還並聯有電容和電阻。
調壓器用於將來自電源的電流電壓升高，達到額定值；不可控整流器用於對電路進行整流和濾波；電容、電阻和濾波電感形成組合濾波，對電路進行精準濾波；逆變器用於將直流電轉換成交流電；變壓器用於變換電壓，以使有源消弧裝置輸出的電流電壓與配電網的額定電壓相適配。
本發明實施例提供的有源電壓消弧方法的原理為：基於PWM有源逆變器向配電網中性點注入一幅值和相位可控的零序電流來抑制零序電壓，通過對零序電壓的控制，達到抑制故障點電流的目的，破壞電弧重燃的條件，實現電壓消弧。
圖2中，US為電源，UDC為直流母線電壓，CDC、RDC為直流側電容、電阻，L為輸出濾波電感，Lp為中性點消弧線圈，EA、EB、EC分別為配電網電源電動勢，UA、UB、UC分別為三相電壓，UN為中性點電壓，I為通過PWM有源逆變器注入配電網的初始電流，rA、rB、rC為配電網對地洩漏電阻，CA、CB、CC為配電網對地電容，Rf為接地故障過渡電阻。
由基爾霍夫電流定律可知：
式中分別為配電網三相對地參數的導納，為中性點對地導納。
為實現單相接地故障的有源電壓消弧，使故障相電壓恢復恆為零，即UC＝0，而UC＝UN+EC，所以UN＝-EC，將式(1)化簡得到注入的初始電流公式為：
I＝EA*YA+EB*YB-EC*(YA+YB+Y0) (2)
由式(2)可知注入的初始電流與接地故障過渡電阻Rf無關，只與配電網相電壓、三相對地導納和中性點對地導納有關。且注入電流能夠補償故障電流的有功和無功分量，實現故障殘流的全補償，能有效克服現有消弧技術只能補償無功電流的不足。因此，通過有源消弧裝置注入電流，可以有效的控制故障電壓恢復到零，實現單相接地故障的徹底消弧。
本發明實施例提供的有源電壓消弧方法，其具體實現過程如下：
在步驟S1中，採集配電網的三相電壓和中性點電壓，根據所述三相電壓和所述中性點電壓的關係，判斷所述配電網是否發生單相接地故障。
由於配電網中隨著負荷的變化，隨時會出現單相接地故障，因此需要實時控制，以達到消弧的目的。
首先，實時對配電網的A、B、C三相電壓和中性點電壓進行採集，根據中性點電壓與A、B、C三相電壓的關係，判斷當前配電網是否發生單相接地故障，其判斷方法如下：
如果所述中性點電壓大於所述三相電壓的15％，則判斷所述配電網發生單相接地故障；
如果所述中性點電壓小於或等於所述三相電壓的15％，則判斷所述配電網未發生單相接地故障。
在步驟S2中，如果所述配電網發生單相接地故障，則根據所述三相電壓的大小確定發生單相接地故障的故障相；
如果配電網發生單相接地故障，則通過比較A、B、C三相電壓的大小，確定相電壓為最小值的相為發生單相接地故障的故障相。
例如，如果當前配電網的三相電壓的關係滿足UA>UB>UC，C相的電壓值最小，則確定C相為故障相。
在步驟S3中，向發生單相接地故障的配電網中注入初始電流，獲取所述故障相的相電壓和所述中性點電壓，通過雙閉環控制方法，確定最佳的注入電流；
當確定當前配電網發生單相接地故障並判斷出故障相後，利用有源消弧裝置向配電網中注入初始電流，而注入的初始電流可能無法完全補償故障相的無功電流分量、有功電流分量和諧波分量，因此需要通過有源消弧裝置對注入的初始電流進行轉換，得到最佳的注入電流，實現注入的電流可以完全補償故障相的無功電流分量、有功電流分量和諧波分量，以使故障相的電流和電壓變為0，即實現消弧的目的。
如圖3所示，為本發明實施例示出的雙閉環控制方法的結構框圖。
可選的，有源消弧裝置對初始電流進行轉換，以得到最佳的注入電流的方法可採用雙閉環控制方法，包括以下步驟：
S301、獲取所述故障相的電壓和中性點電壓，以所述中性點電壓作為參考電壓，利用電壓閉環控制方法，控制所述故障相的電壓與所述參考電壓相等，輸出當前電流值；其中，所述故障相的電壓與所述參考電壓的幅值相等，相位相反；
S302、向發生單相接地故障的配電網中注入初始電流，將所述當前電流值作為參考電流，利用電流內環控制方法，控制所述初始電流與所述參考電流相等，將控制後的初始電流作為最佳的注入電流。
具體地，由式(2)可知，注入電流由配電網對地導納等參數確定，而實際上配電網的該參數實時測量困難。為實現故障相電壓為零的控制目標，採用電力電子設備的閉環控制方法，無需測量配電網零序導納、電容電流等參數，反饋控制注入電流幅值和相位，強迫故障相電壓為零，達到電壓消弧的目的。
為此，本發明實施例提出了比例諧振控制(PR控制)和PI控制的雙閉環控制方法，由有源消弧裝置執行相應過程。該方法採用串級控制，包括電流內環控制方法和電壓外環控制方法，電流內環控制方法為PI控制器，電壓外環控制方法為比例諧振控制器，電壓外環控制為電流內環控制提供參考電流，電壓外環控制的目標是中性點電壓。比例諧振控制器能夠對特定頻率信號實現零穩態誤差控制，消除諧波影響；PI控制器響應速度快、控制精度高，兩者的結合能快速、可靠地實現故障點電流的抑制。
圖3中，UN*、UN、I*、I分別為故障相電壓相反數、中性點電壓、注入的初始電流、當前電流值。GPR為比例諧振控制器傳遞函數、GPI為PI控制器傳遞函數、GINV為逆變器的傳遞函數、GO為逆變器輸出電壓與注入的初始電流之間的傳遞函數、GS為注入的初始電流與中性點電壓之間的傳遞函數。
可選的，本發明實施例提出的電壓外環控制方法，具體包括以下步驟：
S3011、根據所述故障相的電壓，得到故障相電壓相反數，以所述中性點電壓作為參考電壓，實時比較所述故障相電壓相反數與所述參考電壓的差值；
S3012、通過電壓負反饋調節，使所述參考電壓逼近所述故障相電壓相反數；
S3013、經過比例積分傳遞函數，使所述故障相電壓相反數與所述參考電壓相等，得到相等時的當前電流值；
S3014、輸出所述當前電流值。
具體地，電壓外環控制方法的最終目的就是控制中性點電壓UN，目的等同於將接地故障電壓抑制到0，實際配電網的中性點電壓UN是隨著時間變化的，參考電壓UN應滿足與故障相電壓幅值相等，相位相反的關係，以達到最終注入配電網後，使故障相電壓調節為0的目的。
為實現故障相電壓與中性點電壓的幅值相等、相位相反的關係，可在採集到故障相電壓後，通過計算，得到故障相電壓相反數，並根據該故障相電壓相反數與中性點電壓的差值，控制故障相電壓相反數隨著中性點電壓的變化而變化，直至二者相等。
雙閉環控制方法的過程即為雙閉環控制的傳遞函數的過程，通過數次傳遞函數，控制故障相電壓相反數與參考電壓相等，參考電壓即為中性點電壓。
經過一次傳遞函數控制的中性點電壓再反饋到初始的故障相電壓，通過電壓負反饋調節，由外環控制器實時比較故障相電壓相反數與中性點電壓之間的差值，使故障相電壓相反數逼近參考電壓；經過比例積分傳遞函數，使故障相電壓的相反數與中性點電壓相等，並得到二者相等時的當前電流值。
電壓外環控制方法的傳遞函數為：
其中，
式中，kp、kr為PR控制的比例係數和積分係數，ωc為截止頻率，ω為基波頻率。
可選的，本發明實施例提出的電流內環控制方法，具體包括以下步驟：
S3021、根據所述初始電流，以所述當前電流值作為參考電流，通過一次傳遞函數的過程，得到注入電流的初值；
S3022、通過電流負反饋調節，將所述注入電流的初值反饋至所述初始電流進行比較，通過數次傳遞函數的過程，控制所述注入電流的初值與所述參考電流相等；其中，所述注入電流的初值與所述參考電流的幅值相等，相位相反；
S3023、通過比較和計算，得到控制後的注入電流的初值，即為最佳的注入電流。
具體地，電流內環控制方法以有源消弧裝置向配電網注入的初始電流為控制目標，以電壓外環控制方法得到的當前電流值作為參考電流，通過PI控制器實現初始電流的高精度實時控制。
實際控制時，初始電流I*根據GPR的結果為參考，即以當前電流值作為參考電流，通過數次傳遞函數的過程，得到注入電流的初值；然後將此初值通過電流負反饋至初始電流I*進行比較，使得經過每一次傳遞函數的過程後，初始電流逐漸與參考電流相等。經過計算和比較，最終得出最佳的注入電流。其中，數次傳遞函數包括PI控制器傳遞函數GPI、逆變器的傳遞函數GINV及逆變器輸出電壓與注入初始電流之間的傳遞函數GO。
由於注入電流的初值與所述參考電流的幅值相等、相位相反，因此，最佳的注入電流與故障相電流也存在幅值相等、相位相反的關係，進而可以保證當最佳的注入電流被注入到配電網中後，可以補償故障相的無功電流分量、有功電流分量和諧波分量，使故障相電流變為0，即故障相電壓為0，實現瞬時單相接地故障的徹底消弧。
本發明實施例提供的電流內環控制方法的傳遞函數為：
其中，GINV＝KINV、
式中，Ceq＝CA+CB+CC；
式中，KP、KI為PI控制的比例係數和積分係數。
本發明實施例提供的方法還對雙閉環控制方法的傳遞函數的穩定性進行了控制，為了保證各傳遞函數的穩定性，需要控制PI控制器的比例係數和積分係數KP、KI以及PR控制器的比例係數和積分係數kp、kr在合適的取值範圍內。傳遞函數的控制系統參數取值如下表1所示：
表1傳遞函數的控制系統參數的取值
對雙閉環控制方法的穩定性進行分析後，分別取KP、KI、kp、kr為1、5、1、5得到傳遞函數的波特圖，如圖4所示，從圖4中可以得知，在基波頻率附近幅值裕度大，穩定性高，增益大，高次波頻率處增益趨向零，說明比例諧振與PI結合的雙閉環控制能夠有效減小穩態誤差、濾除諧波，提高有源系統抑制精度，可使發生單相接地故障的配電網實現徹底消弧。
本發明實施例提供的雙閉環控制方法，即電壓外環控制方法和電流內環控制方法，以故障相電壓為控制目標，無需測量電容電流等配電網的對地參數，使消弧實現方便。該雙閉環控制方法以故障相電壓為初始控制的電壓值，通過電壓外環控制方法，得到當前電流值，並作為電流內環控制方法的參考電流，通過電流內環控制方法，對有源消弧裝置注入配電網的初始電流進行高精度實時控制，雙閉環控制方法的結果為UN*＝UN，I*＝I，最終得到最佳的注入電流。將此最佳的注入電流注入發生單相接地故障的配電網中，控制故障相的電壓為0，即故障相電流為0，補償故障相的無功電流分量、有功電流分量和諧波分量，實現瞬時單相接地故障的徹底消弧。
本發明實施例提供的通過比例諧振和PI結合的雙閉環控制方法向配電網中性點注入電流的方法，能夠強制接地故障相電壓和故障點電流為零，且響應速度快，波形畸變率低，實現了配電網單相接地故障的可靠消弧，具有控制精度高，實時性強，且能夠消除穩態誤差，提高逆變器的輸出波形質量等特點。
在步驟S4中，將所述最佳的注入電流注入所述發生單相接地故障的配電網中，實現瞬時單相接地故障的消弧。
具體地，將所述最佳的注入電流注入發生單相接地故障的配電網中，使所述故障相的電壓和電流分別抑制到零，補償所述配電網的無功電流分量、有功電流分量和諧波分量，實現瞬時單相接地故障的消弧。
由以上技術方案可知，本發明實施例提供的基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法，包括以下步驟：採集配電網的三相電壓和中性點電壓，並判斷配電網是否發生單相接地故障；如果配電網發生單相接地故障，則根據三相電壓的大小確定發生單相接地故障的故障相；向發生單相接地故障的配電網中注入初始電流，獲取故障相的相電壓和中性點電壓，通過雙閉環控制方法，確定最佳的注入電流；將所述最佳的注入電流注入發生單相接地故障的配電網中，實現瞬時單相接地故障的消弧。本發明實施例提供的有源電壓消弧方法，基於雙閉環控制方法，在配電網發生單相接地故障時，通過有源消弧裝置向中性點注入可控零序電流，控制故障相電壓為零，實現故障消弧。雙閉環控制方法以故障相電壓為控制目標，無需測量電容電流等配電網的對地參數，使消弧實現方便。先通過電壓外環控制方法，得到當前電流值，並作為電流內環控制方法的參考電流，再通過電流內環控制方法，對有源消弧裝置注入配電網的初始電流進行高精度實時控制，最終得到最佳的注入電流。將此最佳的注入電流注入發生單相接地故障的配電網中，控制故障相的電壓為0，即故障相電流為0，補償故障相的無功電流分量、有功電流分量和諧波分量，實現瞬時單相接地故障的快速、高精度的徹底消弧。
第二方面，參見圖5，為本發明實施例示出的基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧裝置的結構框圖。
本發明實施例提供了一種基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧裝置，包括：
採樣判斷模塊，用於採集配電網的三相電壓和中性點電壓，根據所述三相電壓和所述中性點電壓的關係，判斷所述配電網是否發生單相接地故障；
數據處理模塊，用於如果所述配電網發生單相接地故障，則根據所述三相電壓的大小確定發生單相接地故障的故障相；
注入電流確定模塊，用於向發生單相接地故障的配電網中注入初始電流，獲取所述故障相的相電壓和所述中性點電壓，通過雙閉環控制方法，確定最佳的注入電流；
有源消弧模塊，用於將所述最佳的注入電流注入所述發生單相接地故障的配電網中，實現瞬時單相接地故障的消弧。
可選的，所述採樣判斷模塊包括：採樣模塊和判斷模塊；
採樣模塊，用於採集配電網的三相電壓和中性點電壓；
判斷模塊，用於根據所述三相電壓和所述中性點電壓的關係，判斷所述配電網是否發生單相接地故障。
其中，判斷模塊的判斷方法為：如果所述中性點電壓大於所述三相電壓的15％，判斷所述配電網發生單相接地故障；如果所述中性點電壓小於或等於所述三相電壓的15％，判斷所述配電網未發生單相接地故障。
可選的，數據處理模塊具體用於，通過比較三相電壓的值的大小，確定相電壓為最小值的相為發生單相接地故障的故障相。
可選的，注入電流確定模塊包括：電壓外環控制模塊和電流內環控制模塊；
電壓外環控制模塊，用於獲取所述故障相的電壓和中性點電壓，以所述中性點電壓作為參考電壓，利用電壓閉環控制方法，控制所述故障相的電壓與所述參考電壓相等，輸出當前電流值；其中，所述故障相的電壓與所述參考電壓的幅值相等，相位相反；
電流內環控制模塊，用於向發生單相接地故障的配電網中注入初始電流，將所述當前電流值作為參考電流，利用電流內環控制方法，控制所述初始電流與所述參考電流相等，將控制後的初始電流作為最佳的注入電流。
可選的，電壓外環控制模塊包括：
電壓差值比較模塊，用於根據所述故障相的電壓，得到故障相電壓相反數，以所述中性點電壓作為參考電壓，實時比較所述故障相電壓相反數與所述參考電壓的差值；
電壓負反饋調節模塊，用於通過電壓負反饋調節，使所述故障相電壓相反數逼近所述參考電壓；
比例積分調節模塊，用於經過比例積分傳遞函數，使所述故障相電壓相反數與所述參考電壓相等，得到相等時的當前電流值；
電流輸出模塊，用於輸出所述當前電流值。
可選的，電流內環控制模塊包括：
電流處理模塊，用於根據所述初始電流，以所述當前電流值作為參考電流，通過一次傳遞函數的過程，得到注入電流的初值；
電流負反饋調節模塊，用於通過電流負反饋調節，將所述注入電流的初值反饋至所述初始電流進行比較，通過數次傳遞函數的過程，控制所述注入電流的初值與所述參考電流相等；其中，所述注入電流的初值與所述參考電流的幅值相等，相位相反；
最佳電流確定模塊，用於通過比較和計算，得到控制後的注入電流的初值，即為最佳的注入電流。
可選的，有源消弧模塊具體用於，將所述最佳的注入電流注入發生單相接地故障的配電網中，使所述故障相的電壓和電流分別抑制到零，補償所述配電網的無功電流分量、有功電流分量和諧波分量，實現瞬時單相接地故障的消弧。
需要說明的是，本發明實施例對於有源電壓消弧裝置的實施例而言，由於其基本相似於方法實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例中的說明即可。
下面結合具體的仿真實驗過程來說明本發明實施例提供的基於雙閉環控制的配電網故障有源電壓消弧方法對配電網發生單相接地故障時的消弧效果。
採用RTDS軟體對10kV配電網模型進行仿真分析，由於雙閉環控制方法無需測量對地參數，進行多組仿真實驗，確定對地參數對雙閉環控制方法沒有影響。仿真波形的仿真參數如表1所示，在配電網中注入電流前後的對比參數如下表2所示，仿真在0.1s時注入電流，抑制前後的電氣參數如圖6～圖9所示：
表2注入電流前後配電網參數對比
圖6為本發明實施例示出的發生單相接地故障的配電網故障點電流波形圖。在0.08s前系統穩定運行，在0.08s時發生接地故障，有源消弧裝置投入前，故障點電流達到198A，有源消弧裝置投入後，故障點電流被抑制到1.8A，故障電流抑制幅度達到99.1％，抑制效果明顯。
圖7為本發明實施例示出的發生單相接地故障的配電網故障相電壓的抑制波形圖，在0.08s時投入電阻模擬接地故障，在0.1s時，投入有源消弧裝置，故障相電壓由4.95kV下降到0.04kV，故障相電壓下降幅度到99.2％。
圖8為本發明實施例示出的發生單相接地故障的配電網注入電流的頻率波形圖，高次諧波的總含量低於0.1％，幾乎不存在波形畸變。
圖9為本發明實施例示出的發生單相接地故障的配電網參考電流和注入電流的動態跟蹤波形圖，注入電流為545.6A，參考電流為553.1A，跟蹤精度達到98.6％，穩態誤差低。
由以上結果可以得知：通過比例諧振控制器和PI控制器的雙閉環控制方法向配電網注入電流的方法能夠在無需測量配電網對地參數的情況下抑制接地故障相電壓和故障點電流，使故障相電壓為零，即故障點電流為零，補償配電網接地故障的無功電流分量、有功電流分量和諧波分量，且響應速度快，控制精度高，能實現瞬時故障的徹底消弧。
本領域技術人員在考慮說明書及實踐這裡公開的發明後，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理並包括本發明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正範圍和精神由所附的權利要求指出。
應當理解的是，本發明並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的精確結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本發明的範圍僅由所附的權利要求來限制。