VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法，包括步骤1，建模对象细分；步骤2，次级功能单元建模；步骤3，模型整合；步骤4，整合后的模型求解。本发明专利技术可以更加准确地反映空心线圈在VFTO高频暂态过程中传变特性的变化情况和线圈内部的局部谐振，可实现VFTO对空心线圈电子式互感器影响水平的计算，有利于优化电子式互感器设计，从而提高空心线圈电子式互感器运行的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法
本专利技术涉及一种建模方法，具体涉及一种VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法。
技术介绍
随着我国电力系统容量不断增大以及电压等级不断升高，电磁式电流互感器由于体积和重量大、绝缘结构复杂、磁饱和、频带窄、暂态特性差等固有缺点，已经不能满足现场可靠运行的需求。空心线圈电子式电流互感器由于测量品质优越，是一种理想的电磁式电流互感器替代产品，已经在新一代智能变电站中得到了广泛应用。然而，空心线圈电子式电流互感器在现场运行时暴露出容易受到强电磁干扰的问题。尤其是在GIS(气体绝缘金属封闭开关设备)变电站中，电气设备之间距离较近，隔离开关分合操作引起的行波在传播过程中衰减不明显，行波传播至外壳不连续处会发生多次折反射，会在线路上激起VFTO和VFTC(特快速暂态过电流)，经空心线圈传感至二次侧，导致电子式互感器输出波形出现严重畸变、毛刺，甚至互感器本身损坏的现象，影响了空心线圈电子式电流互感器在现场运行的可靠性，危及了电网的安全运行。目前，电力行业对于VFTO干扰对电子式互感器影响水平尚未有规范性的判断方法，因此，有必要建立一种VFTO对空心线圈电子式互感器的影响模型，研究现场暂态强干扰下电子式互感器的输出特性。在现有研究中，VFTO对空心线圈电子式互感器影响模型大多偏重于一次线路和VFTO过程本身，对空心线圈电子式互感器的建模比较粗糙，一般沿用电感等效或集中参数模型，忽略了空心线圈在VFTO高频暂态过程中传变特性的变化，无法准确反映空心线圈杂散参数的影响和局部谐振。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法，包括以下步骤，步骤1，建模对象细分；根据建模对象中各个电气设备在拓扑和功能上的相对独立性，将建模对象细分为多个次级功能单元；步骤2，次级功能单元建模；根据不同次级功能单元的工作原理，分别建立它们的模型；步骤3，模型整合；根据各个次级功能单元之间的关联性，对步骤2中建立的各个次级功能单元模型进行整合；步骤4，整合后的模型求解；在整合后的模型中引入激励和探针，设置仿真时间、步长和初始状态，执行模型求解。建模对象为GIS变电站中某一出线侧的全部电力设备，将建模对象细分为空心线圈电流互感器、隔离开关、其他电力设备和辅助设备。空心线圈电流互感器建模过程为，采用集中参数分段处理的方法，将空心线圈平均划分为n个微单元，每个微单元有着与集中参数模型相似的电路结构，微单元器件各参数为对应项的1/n，建立了空心线圈分布参数模型。确定微单元器件数量的方法为，采用枚举比对的方法，在Multisim软件中对比不同数量微单元分布参数模型的频率特性，当微单元数量超出临界值后，微单元数量的变化不会引起频率特性的变化，微单元数量即为该临界值。根据气体间隙击穿模型和电弧熄灭模型的输出来控制隔离开关的分合状态，模拟气体间隙的反复击穿过程；气体间隙击穿的条件是：隔离开关刀闸间电压不小于气体间隙的临界击穿电压；电弧熄灭的条件是：电流过零，且在过零时刻，隔离开关刀闸间电压小于气体间隙的临界击穿电压。其他电力设备和辅助设备均采用集中参数进行等效。整合各个次级功能单元模型的过程为，隔离开关与其他电力设备、隔离开关与辅助设备之间均存在电气连接，用线路直接连接即可共同构成一次侧的模型；空心线圈电流互感器与一次电路之间存在电磁耦合，借助ATP-EMTP软件中的TACS器件，建立起“电气—信息—电气”系统，实现一、二次侧之间的等效连接。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术可以更加准确地反映空心线圈在VFTO高频暂态过程中传变特性的变化情况和线圈内部的局部谐振，可实现VFTO对空心线圈电子式互感器影响水平的计算，有利于优化电子式互感器设计，从而提高空心线圈电子式互感器运行的可靠性。附图说明图1为空心线圈典型结构图。图2为空心线圈集中参数等效电路。图3为空心线圈分布参数等效电路。图4为隔离开关状态判定逻辑。图5为本专利技术实施例中空心线圈样品截面图。图6为本专利技术实施例中得到的完整仿真模型。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法，包括以下步骤：步骤1，建模对象细分：根据建模对象中各个电气设备在拓扑和功能上的相对独立性，将建模对象细分为多个次级功能单元。本专利技术提出的建模方法用于模拟隔离开关暂态过程中空心线圈电流互感器的二次输出情况，建模对象为GIS变电站中某一出线侧的全部电力设备，将建模对象细分为空心线圈电流互感器、隔离开关、其他电力设备和辅助设备。步骤2，次级功能单元建模：根据不同次级功能单元的工作原理，分别建立它们的模型。A、空心线圈电流互感器建模。如图1所示，为空心线圈的典型结构，骨架截面为矩形，a、b、r0、h分别为骨架的内半径、外半径、平均半径和厚度，N为空心线圈匝数。当被测电流的频率不高时，空心线圈的等效电路见图2。其中i是被测电流，u0为二次输出，Lp、Ls、M分别为载流导体(一次线路)自感、空心线圈自感和二者的互感，Rs为空心线圈电阻，Rb为负载电阻，Cs为空心线圈与屏蔽层、回线之间的杂散电容，在空心线圈设计工作频带内可忽略，空心线圈的匝间电容很小，可忽略。根据全电流定律和互感的定义，其中，为被测电流i在单匝线圈平面内产生的磁通，ΨM为N匝线圈平面内磁通形成的磁链；考虑趋肤效应，近似计算空心线圈的电阻为，式中，d为漆包线直径，γ为材料电导率，l为空心线圈绕线全长，Δ为角频率为ω信号的穿透深度，μ为材料磁导率；考虑漆包线在绕制过程中的扭曲，估算：根据全电流定律和自感的定义，计算空心线圈自感为：其中，i*为假想线圈绕线内的电流，为假想电流i*在单匝线圈平面内产生的磁通，ΨL为N匝线圈平面内磁通形成的磁链。空心线圈电流互感器一般安装在屏蔽盒内，空心线圈与屏蔽层和回线之间的杂散电容在测量高频信号时不可忽略，可采用有限元仿真的方法，在AnsoftMaxwell软件中建立实物模型，计算杂散电容的数值解。从空心线圈自身出发，自感、电阻、杂散电容并不是以一种集中的形式来存在的，而是分布在绕线的每一个微小长度上，每一个绕线微元都存在着自感、电阻和对屏蔽层、回线的杂散电容，它们随着线圈的绕制而不断累积，而电感等效或集中参数模型是无法体现这种分布特性的。在RCT设计工作频带内，参数的分布特征对其特性的影响可忽略；但隔离开关分合过程中，VFTO(VFTC)的频率可能达到数兆赫兹，参数的分布特征会有更加显著的体现。空心线圈电流互感器建模具体过程如下：采用集中参数分段处理的方法，将空心线圈平均划分为n个微单元，每个微单元有着与集中参数模型相似的电路结构，微单元器件各参数为对应项的1/n，建立了空心线圈分布参数模型，具体见图3。微单元数量会影响模型特性，微单元数量越多，模型的分布属性越明显，但模型的节点数量和求解模型的计算量也会随之增加，需合理设置微单元数量。采用枚举比对的方法，在Multisim软件中对比不同数量微单元分布参数模型的频率特性，必然存在一个临本文档来自技高网...

【技术保护点】
VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，建模对象细分；根据建模对象中各个电气设备在拓扑和功能上的相对独立性，将建模对象细分为多个次级功能单元；步骤2，次级功能单元建模；根据不同次级功能单元的工作原理，分别建立它们的模型；步骤3，模型整合；根据各个次级功能单元之间的关联性，对步骤2中建立的各个次级功能单元模型进行整合；步骤4，整合后的模型求解；在整合后的模型中引入激励和探针，设置仿真时间、步长和初始状态，执行模型求解。

【技术特征摘要】
1.VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，建模对象细分；根据建模对象中各个电气设备在拓扑和功能上的相对独立性，将建模对象细分为多个次级功能单元；步骤2，次级功能单元建模；根据不同次级功能单元的工作原理，分别建立它们的模型；步骤3，模型整合；根据各个次级功能单元之间的关联性，对步骤2中建立的各个次级功能单元模型进行整合；步骤4，整合后的模型求解；在整合后的模型中引入激励和探针，设置仿真时间、步长和初始状态，执行模型求解。2.根据权利要求1所述的VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法，其特征在于：建模对象为GIS变电站中某一出线侧的全部电力设备，将建模对象细分为空心线圈电流互感器、隔离开关、其他电力设备和辅助设备。3.根据权利要求2所述的VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法，其特征在于：空心线圈电流互感器建模过程为，采用集中参数分段处理的方法，将空心线圈平均划分为n个微单元，每个微单元有着与集中参数模型相似的电路结构，微单元器件各参数为对应项的1/n，建立了空心线圈分布参数模型。4.根据权利要求3所述的VFTO对空心线圈电子式互感器影响的建模方法，其特征在于：确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵双双，卢树峰，许钧，李志新，陈刚，杨世海，徐敏锐，李红斌，焦洋，胡琛，吴桥，陆子刚，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，国网江苏省电力公司苏州供电公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32