一种高压断路器开断性能的评估方法、介质及系统技术方案

本发明专利技术公开一种高压断路器开断性能的评估方法、介质及系统。该评估方法包括：根据高压断路器的相关参数建立高压断路器开断非对称短路电流的简化焓流模型；采用简化焓流模型进行仿真，模拟非对称短路电流，获取电流零区电弧电流、电弧电压随时间变化的曲线；建立电弧黑盒模型；根据所述电流零区电弧电流、电弧电压随时间变化的曲线，提取所述电弧黑盒模型的参数；采用所述电弧黑盒模型代替所述高压断路器的电弧，建立用于模拟非对称短路电流的电路仿真模型；采用所述电路仿真模型进行仿真，产生非对称短路电流，得到电流波形；根据所述电流波形评估所述高压断路器非对称短路电流开断能力。本发明专利技术兼具准确性高、适用性广、效率高以及成本低的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高压断路器开断性能的评估方法、介质及系统
本专利技术涉及高压断路器
，尤其涉及一种高压断路器开断性能的评估方法、介质及系统。
技术介绍
随着电力系统的发展，电网规模不断扩大，电源间的联系越来越紧密。电网的X/R比值(电抗与阻抗比)不断增大，电网短路电流直流分量衰减时间常数不断增加，电源及负荷密集区域短路电流超标问题突出，断路器开断能力不足的隐患突显，成为当代电网发展中一个无法回避的重大技术和经济问题。同时超高压电网主保护动作时间不断缩短，故障后开关跳闸时刻短路电流直流分量未得到充分衰减，同样影响开关实际开断故障电流的能力。电力系统对断路器的选型主要依据短路电流开断性能，其关注点主要集中在短路电流周期分量的计算及校验方面，实际工程应用中对短路电流中的直流分量及其衰减对断路器开断性能的影响缺乏应有的重视和相关研究。目前，关于评估断路器开断能力的方法主要有使用经验公式、电弧黑盒模型仿真或磁流体动力学模型仿真等方式。目前，使用经验公式判断断路器开断能力的准确性相对黑盒模型和磁流体动力学模型方式较低。而使用电弧黑盒模型仿真的方式时，其黑盒模型参数不易直接获得，需要通过实验的方式才能获得，使评估断路器开断能力成本过高。并且，在大多数情况下，电弧黑盒模型提取参数的实验条件和需要使用黑盒模型预判开断结果的具体条件，可能并不相同。这将在一定程度上影响电弧黑盒模型的参数。使用磁流体动力学模型仿真的方式，可以避开这一问题。但是，使用磁流体动力学模型时，缺乏开断成功与失败的直接判据，且仿真时间很长导致效率低。因此，现有技术缺少兼具准确性高、适用性广、效率高以及成本低的高压断路器开断性能的评估方式。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种高压断路器开断性能的评估方法、介质及系统，以解决现有技术的高压断路器的开断性能的评估无法兼具准确性高、适用性广、效率高以及成本低的问题。第一方面，提供一种高压断路器开断性能的评估方法，包括：根据高压断路器的相关参数建立高压断路器开断非对称短路电流的简化焓流模型；采用所述简化焓流模型进行仿真，模拟非对称短路电流，获取电流零区电弧电流、电弧电压随时间变化的曲线；建立电弧黑盒模型；根据所述电流零区电弧电流、电弧电压随时间变化的曲线，提取所述电弧黑盒模型的参数；采用所述电弧黑盒模型代替所述高压断路器的电弧，建立用于模拟非对称短路电流的电路仿真模型；采用所述电路仿真模型进行仿真，产生非对称短路电流，得到电流波形；根据所述电流波形评估所述高压断路器非对称短路电流开断能力。第二方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述第一方面实施例所述的高压断路器开断性能的评估方法。第三方面，提供一种高压断路器开断性能的评估系统，包括：如上述第二方面实施例所述的计算机可读存储介质。这样，本专利技术实施例，通过结合简化焓流模型和电弧黑盒模型来提取电弧黑盒模型参数进行高压断路器非对称短路电流开断能力的仿真，具有比经验公式更高的科学性，有效克服了电弧黑盒模型参数不易直接获得，电路变化后电弧黑盒模型参数发生变化，磁流体动力学模型仿真无法直接判断开断结果以及效率低的问题，兼具准确性高、适用性广、效率高以及成本低的效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的高压断路器开断性能的评估方法的流程图；图2是本专利技术实施例的简化焓流模型的喷口及触头模型的示意图；图3是本专利技术实施例的简化焓流模型的操动机构简化模型的示意图；图4是本专利技术实施例的简化焓流模型仿真时注入短路电流得到的电流零区电弧电流随时间变化的曲线；图5是粒子群算法的流程图；图6是本专利技术实施例的采用粒子群算法对电弧黑盒模型的电弧电压进行拟合后的电压波形示意图；图7是本专利技术一具体实施例的模拟非对称短路电流的电路MATLAB/simulink仿真模型的示意图；图8是图7示出的电路MATLAB/simulink仿真模型仿真运行得到的电流波形的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例公开了一种高压断路器开断性能的评估方法。本专利技术实施例的高压断路器是高压SF6断路器，开断性能指的是非对称短路电流开断性能。具体的，如图1所示，该高压断路器开断性能的评估方法包括如下的步骤：步骤S1：根据高压断路器的相关参数建立高压断路器开断非对称短路电流的简化焓流模型。具体的，高压断路器的相关参数包括：断路器结构、操动机构、开断电流等等相关参数。具体的，灭弧室参数包括喷口几何结构、触头几何结构、电弧、气室特性与连接特性、气体种类、触头烧蚀模型、喷口烧蚀模型等；操动机构参数包括传动机构固定点、长度、角度、质量和转动惯量，弹簧和缓冲器参数。操动机构为提供操作功和实现触头分合的手段，可以采用行程曲线替代。本专利技术实施例的简化焓流模型(Frost-Liebermann电弧模型)为《ComputerSimulationofHigh-voltageSF6CircuitBreakers:ApproachtoModelingandApplicationResults》(Ahmethodzic,A，Kapetanovic,M，Gajic,Z，IEEETransactionsonDielectrics&ElectricalInsulation，2011，18(4):1314-1322)描述的模型。该简化焓流模型在对轴向气流中电弧的大电流相进行建模时(例如，用于压力恢复计算)，还引入了额外的起始假设：a)弧柱具有轴对称形状；b)电弧温度在整个电弧柱的径向和轴向上是恒定的；c)压力与电弧半径无关，等于弧柱外冷气体压力；d)所有电弧功率进入轴向气流等。图2为对气体断路器建立的简化焓流模型的喷口及触头模型。图3为简化焓流模型的操动机构简化模型。步骤S2：采用简化焓流模型进行仿真，模拟非对称短路电流，获取电流零区电弧电流、电弧电压随时间变化的曲线。在选用上述简化焓流模型的一具体实施例中，给定40kA，50Hz的单相交流短路电流，并设定短路时其电压相角为0°，断路器分闸时刻为5ms。假定其在第一个电流过零点成功开断短路电流，得到图4所示的简化焓流模型仿真时注入短路电流得到的电流零区电弧电流随时间变化的曲线。步骤S3：建立电弧黑盒模型。本专利技术实施例的电弧黑盒模型可以根据实际情况和经验选择已有的电弧黑盒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压断路器开断性能的评估方法，其特征在于，包括：/n根据高压断路器的相关参数建立高压断路器开断非对称短路电流的简化焓流模型；/n采用所述简化焓流模型进行仿真，模拟非对称短路电流，获取电流零区电弧电流、电弧电压随时间变化的曲线；/n建立电弧黑盒模型；/n根据所述电流零区电弧电流、电弧电压随时间变化的曲线，提取所述电弧黑盒模型的参数；/n采用所述电弧黑盒模型代替所述高压断路器的电弧，建立用于模拟非对称短路电流的电路仿真模型；/n采用所述电路仿真模型进行仿真，产生非对称短路电流，得到电流波形；/n根据所述电流波形评估所述高压断路器非对称短路电流开断能力。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压断路器开断性能的评估方法，其特征在于，包括：
根据高压断路器的相关参数建立高压断路器开断非对称短路电流的简化焓流模型；
采用所述简化焓流模型进行仿真，模拟非对称短路电流，获取电流零区电弧电流、电弧电压随时间变化的曲线；
建立电弧黑盒模型；
根据所述电流零区电弧电流、电弧电压随时间变化的曲线，提取所述电弧黑盒模型的参数；
采用所述电弧黑盒模型代替所述高压断路器的电弧，建立用于模拟非对称短路电流的电路仿真模型；
采用所述电路仿真模型进行仿真，产生非对称短路电流，得到电流波形；
根据所述电流波形评估所述高压断路器非对称短路电流开断能力。


2.根据权利要求1所述的高压断路器开断性能的评估方法，其特征在于，所述根据所述电流波形评估所述高压断路器非对称短路电流开断能力的步骤之后，所述评估方法还包括：
逐步降低所述电路仿真模型的非对称短路电流，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：马飞越，相中华，刘志远，丁培，黎炜，严南征，项彬，姚晓飞，宋仕军，朱洪波，罗金辉，赵庆，倪辉，牛勃，周秀，陈磊，魏莹，孙尚鹏，刘博，李文，刘威峰，田禄，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，国网宁夏电力有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64