断路器短路开断电压及电流波形生成及参数获取方法技术

本发明专利技术公开了一种断路器短路开断电压及电流波形生成及参数获取方法，其特征在于，通过获得断路器所在节点的正序电抗X1、正序电阻R1、零序电抗X0，应用三相等效电路模型计算得到断路器短路开断过程中的全电流、交流分量电流、直流分量电流、以及工频恢复电压。进一步，获得短路开断电流的最后半波参数：持续时间ΔT、峰值I

【技术实现步骤摘要】
断路器短路开断电压及电流波形生成及参数获取方法

：
[0001]本专利技术属于高压交流断路器选相开断
，特别涉及一种用于高压交流断路器短路开断电压及电流波形生成及参数获取的计算方法。

技术介绍
：
[0002]高压交流断路器在电网中发挥着重要的作用，是电力系统中继电保护动作的执行元件，也是线路切换的执行元件。特别地，当短路故障发生电源电压零值对应时刻的附近时，或者重合闸动作时断路器短路关合在电源电压零值对应时刻的附近时，由于感性回路中电流不能突变，系统中将产生近似等于短路电流峰值的直流分量电流，随后按照固有的时间常数衰减。因此，短路电流由交流分量部分和直流电流分量部分组成，对高压交流断路器的短路开断能力考核比较严苛，称为非对称短路故障开断。
[0003]近些年随着电网的短路电流增大，高阻抗变压器、串联电抗器等元件导致电力系统的直流时间常数超过额定时间常数。尽管采取一些限流措施，但直流时间常数的增大使得高压交流断路器开断非对称短路故障电流可能超出其额定的开断能力范围，对电网的安全稳定运行造成了一定威胁。
[0004]选相开断是一种可行的解决方法，通过选相分闸控制器使得断路器在合适的时间窗口内进行短路开断，从而降低断路器在触头分离时刻的直流分量，避免出现首开大半波和延长大半波的情况，确保断路器的开断能力。目前，电磁暂态仿真计算软件只能进行短路开断电流的全电流波形及参数计算，无法得到开断过程中任意时刻的直流分量电流和交流分量电流，导致选相开断控制算法无法进行精确的计算。因此，需要开发断路器短路开断电压及电流波形生成及参数获取的计算方法，获得任意时刻的直流分量和交流分量及电气参数，为断路器开断能力的评估、选相开断提供参考和依据。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术的目的是提供高压交流断路器短路开断电压及电流波形生成的计算方法，解决了断路器短路开断时断口电压、电流交流分量和电流直流分量的波形生成和参数计算的技术问题。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采取如下技术方案予以实现的：
[0007]一种用于高压交流断路器短路开断电压及电流波形生成及参数获取的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]1)基于电力网络的实际运行情况，将电网动态分割为内部区域和外部区域，计算内部区域断路器所在节点的正序电抗X1、正序电阻R1、零序电抗X0。取节点的电源电压U
S
＝1.05U
N
，U
N
为标称电压，设定A、B、C相的电源电压为：
[0009][0010]式中，ω＝2πf，f为频率，a为A相电压的起始相位角。电路三相平衡，中性点的电压为u
e
(t)＝u
A
(t)+u
B
(t)+u
C
(t)＝0。假设在t＝0时刻发生三相短路故障，根据式(1)，可以得出A相、B相、C相的短路电流为：
[0011][0012]式中，I
S
＝U
S
/(R1+jX1)，为回路功率因数角，τ为直流时间常数。断路器的预期开断时刻t
open
，可求得第一开断极R相及过零时刻t
R
和第二开断极S相及第三开断极T相。
[0013]2)R相开断后，S、T相的电压和电流的状态方程为：
[0014][0015]式中，R＝R1。求解式(3)，可以得出S、T相的电流i
S
(t)、i
T
(t)。中性点的电压为
[0016]3)由步骤2求解得到的i
S
(t)、i
T
(t)，可以得出第二开断极S的过零时刻为t
S
。S相开断后，T相的电压和电流的电路方程为：
[0017][0018]求解式(4)，可以得出T相的电流i
T
(t)。中性点的电压为
[0019]4)由步骤3求解得到的i
T
(t)，可以得出第三开断极T的过零时刻t
T
。T相开断后，R、S、T相的电流为零。中性点的电压为u
e
(t)＝0。
[0020]5)在开断过程中，A、B、C相断路器断口间的工频电压U
_prA
、U
_prB
、U
_prC
由电源电压和中性点电压差分获得，即：
[0021][0022]本专利技术进一步的改进在于：步骤1)～步骤5)中，应用三相等效电路进行电气参数及波形计算，在等效电路的中性点与地之间引入中性点接地电抗X
e
，即：
[0023][0024]式中，k
pp
为首开极系数。首开极系数
[0025]本专利技术进一步的改进在于：步骤1)中，在数据库中获取节点所在断路器的分闸时间t
o
和最短燃弧时间t
arcmin
，继电保护动作时间为t
b
，则断路器的最小开断时间为：
[0026]t
openmin
＝t
o
+t
arcmin
+t
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0027]A、B、C三相电流见式(2)所，当t≥t
openmin
时，第一个电流过零点所在的相定义为R相，对应的开断时刻为t
R
。第二、第三开断相定义为S、T相，R、S、T相和A、B、C相的映射向量为n＝[n
1 n
2 n3]，当n1＝1时，n2＝3、n3＝2；当n1＝2时，n2＝1、n3＝3；当n1＝3时，n2＝2、n3＝1。其中，1映射A相，2映射B相，3映射C相。
[0028]本专利技术进一步的改进在于：步骤2)中，R相开断后，S、T相电流的交、直流分量为:
[0029][0030]式中，z1＝R+jω(L+L
e
)，z2＝jωL
e
，i
S_ac
(t)、i
S_dc
(t)分别为S相电流的交流分量、直流分量，i
T_ac
(t)、i
T_dc
(t)分别为T相电流的交流分量、直流分量。
[0031]本专利技术进一步的改进在于：步骤3)中，S相开断后，T相电流的交、直流分量为:
[0032][0033]式中，i
T_ac
(t)、i
T_dc
(t)分别为T相电流的交流分量、直流分量。
[0034]本专利技术进一步的改进在于：应用所生产的短路电流波形可以直接读取或自动获取短路开断电流的最后半波参数：持续时间ΔT、峰值I
peak
、电流零点直流分量p。进一步，由p可以计算得出电流零点的di/dt、以及修正非对称短路开断条件下的TRV参数。
[0035]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种断路器短路开断电压及电流波形生成及参数获取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基于电力网络的实际运行情况，将电网动态分割为内部区域和外部区域，计算内部区域断路器所在节点的正序电抗X1、正序电阻R1、零序电抗X0。取节点的电源电压U
S
＝1.05U
N
，U
N
为标称电压，设定A、B、C相的电源电压为：式中，ω＝2πf，f为频率，a为A相电压的起始相位角。电路三相平衡，中性点的电压为u
e
(t)＝u
A
(t)+u
B
(t)+u
C
(t)＝0。假设在t＝0时刻发生三相短路故障，根据式(1)，可以得出A相、B相、C相的短路电流为：式中，I
S
＝U
S
/(R1+jX1)，为回路功率因数角，τ为直流时间常数。断路器的预期开断时刻t
open
，可求得第一开断极R相及过零时刻t
R
和第二开断极S相及第三开断极T相。2)R相开断后，S、T相的电压和电流的状态方程为：式中，R＝R1。求解式(3)，可以得出S、T相的电流i
S
(t)、i
T
(t)。中性点的电压为3)由步骤2求解得到的i
S
(t)、i
T
(t)，可以得出第二开断极S的过零时刻为t
S
。S相开断后，T相的电压和电流的电路方程为：
求解式(4)，可以得出T相的电流i
T
(t)。中性点的电压为4)由步骤3求解得到的i
T
(t)，可以得出第三开断极T的过零时刻t
T
。T相开断后，R、S、T相的电流为零。中性点的电压为u
e
(t)＝0。5)在开断过程中，A、B、C相断路器断口间的工频电压U
_prA
、U
_prB
、U
_prC
由电源电压和中性点电压差分获得，即：。2.根据权利要求1所述的断路器短路开断电压及电流波形生成及参数获取方法，其特征在于：步骤1)～步骤5)中，应用三相等效电路进行电气参数及波形计算，在等效电路的中性点与地之间引入中性点接地电抗X
e
，即：式中，k
pp
为首开极系数。首开极系数3.根据权利要求1所述的断路器短路...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷雪敏，许傲然，谷彩连，高阳，刘宝良，马仕海，钟丹田，高兢，魏家和，刘昱辰，孙圣博，
申请(专利权)人：沈阳工程学院，
类型：发明
国别省市：