用于模拟断路器开断、闭合的仿真模型构建方法、电子设备及存储介质技术

用于模拟断路器开断、闭合的仿真模型构建方法、电子设备及存储介质，属于属于电力系统仿真技术领域。为解决电弧反复复燃现象的断路器仿真模拟问题。本发明专利技术S1、在ATP

【技术实现步骤摘要】
用于模拟断路器开断、闭合的仿真模型构建方法、电子设备及存储介质


[0001]本专利技术属于电力系统仿真
，具体涉及用于模拟断路器开断、闭合的仿真模型构建方法、电子设备及存储介质。

技术介绍

[0002]断路器是变电站中不可或缺的电力设备，该设备在电力系统中发挥控制和保护作用。电网处于正常运行状态时，断路器在发电、输电、配网过程中的主要作用是在承载正常工作电流的基础上控制各种用电设备和输电线路的断开及投运；当电网中发生故障时，会导致电路短路、产生过载电流等一系列问题，在这种情况下，断路器与继电保护装置和自动控制装置配合，以极快的速度切断故障电路，缩小异常范围，起到承载异常电流的作用，保护处于正常工作状态下的线路及其他电力设备不受故障的影响。目前，绝大多数断路器使用机械触点分断式结构。当电流、电压超过一定数值时，断路器两端产生的恢复电压大于内部绝缘介质的击穿电压，空气中的离子和电荷在两个触头间被重组，将会导致触头间电弧重新燃烧，断路器闭合，这一现象被称为复燃。为减小复燃现象发生率，不同类型的断路器具有不同的灭弧装置，常见有真空断路器、SF6断路器。其中真空断路器的核心部分是浇注在环氧树脂中的真空灭弧室，该部件中包含灭弧介质和触头，当断路器触头分开、闭合过程中，灭弧介质可使触头间电弧熄灭，有效防止断路器产生误合故障。而SF6断路器中储存有绝缘性能优越、气压较高的SF6气体，可提高绝缘介质击穿电压，用来防止断路器触头电弧的产生，降低故障发生率。在电力系统中一般同时存在有感性设备，如变压器、电抗器、电压互感器等；容性设备，如电容器、电缆等；阻性负载，如电熔炉等。
[0003]当对断路器进行开断、闭合操作时，能量会在负载和引线的等效电容C的电场能及等效电感L的磁场能之间相互转换，产生高幅值的操作过电压，而多次操作过电压的产生又会使断路器触头间的电弧出现“燃烧、熄灭、燃烧”的反复过程，发生断路器自动重合闸，威胁电网的安全稳定运行。科研工作者通常需要利用断路器开断、闭合电力设备，进行试验研究，以了解断路器动作过程中回路内的电压、电流状况。对于较高电压等级的系统及设备，实际操作存在一定的危险性且不够方便、耗费大量时间资金；相比而言，采用仿真手段进行以上研究，可以大大节省人力、物力、财力及时间。但关键在于如何有效模拟断路器的以上工作过程。现有的断路器仿真模型，常常忽略电弧的反复重燃现象，只简单设置断路器的开断、闭合时间，这使得仿真结果准确度严重不足。因此，研究一种能够有效模拟断路器实际开断、闭合过程中电弧熄灭、重燃现象的仿真模型，是十分必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的问题是针对电弧反复复燃现象提出用于模拟断路器开断、闭合的仿真模型构建方法、电子设备及存储介质。
[0005]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种用于模拟断路器开断、闭合的仿真模型构建方法，包括如下步骤：
[0007]S1、在ATP
‑
EMTP仿真软件中新建MODEL模块，所述MODEL模块包括主模块、4个引脚；
[0008]S2、设置步骤S1的4个引脚中的3个引脚为输入量，分别为电源侧电压U1、负载侧电压U2、回路中的电流i，1个引脚为输出量控制可控开关通断的变量trip，并根据MODEL模块的引脚位置，设置4个引脚的坐标；
[0009]S3、设置断路器工作特性，其中高频熄弧能力为f，断路器动作时刻为tfire，截流值为I1；
[0010]S4、将步骤S1建立好的MODEL模块的4个引脚上引出接线，分别接在电源侧，负载侧，电流测量元件及可控开关上，设置断路器电弧熄灭彻底断开时的电路为：断路器断开时的并联电感L、断路器断开时的总杂散电容之和C、断路器复燃时L、C之间的振荡损耗电阻R串联，然后与断路器断开时L、C之间的振荡损耗电阻R0并联；
[0011]S5、构建断路器分闸工作过程的仿真方法；
[0012]S6、构建断路器合闸工作过程的仿真方法。
[0013]进一步的，根据断路器型号采集断路器的高频熄弧能力，断路器动作时刻、截流值，每间隔时间Δt进行一次仿真计算，设仿真初始时间为零，完整的仿真过程的时间为t0，则得到一个完整的仿真过程需要计算次，仿真的计算频率为
[0014]进一步的，步骤S5的具体实现方法包括如下步骤：
[0015]S5.1、根据断路器型号，采集断路器分闸速度v1、断路器触头间距d1，则得到断路器触头分闸过程运动方程，计算公式为：
[0016]d1＝v1(t
‑
t
s1
)
[0017]其中，t为仿真时间，t
s1
为断路器触头分闸动作时间；
[0018]S5.2、根据断路器分闸间距计算断路器触头分闸击穿电压U
分
，计算公式为：
[0019][0020]其中A1、B1、C1、D1为断路器分闸击穿电压试验所得拟合方程的常数；
[0021]S5.3、根据S5.1和S5.2的计算公式，得到：
[0022][0023]S5.4、判断仿真时间t是否满足0<t<t0的条件，判断为否，则断路器触头处于原有状态、断路器状态保持不变，判断为是，则按照步骤S5.3的计算公式计算断路器触头分闸击穿电压U
分
，然后进行下一步；
[0024]S5.5、判断仿真时刻t大于断路器分闸动作时刻t
s1
、电流i小于断路器截流值、电流变化率小于断路器的高频熄弧能力、U1‑
U2<U
分
、且断路器处于闭合状态的条件是否成立，判断为是则触头间无电弧复燃，断路器成功断开，判断为否则进行下一步；
[0025]S5.6、判断t>t
s
、U1‑
U2>U
分
，且断路器处于断开状态的条件是否成立，判断为是，则电弧复燃，断路器闭合，判断为否，则断路器状态保持不变；
[0026]S5.7、每间隔时间Δt重复步骤S5.4
‑
S5.6，直至仿真时间t0结束。
[0027]进一步的，步骤S6的具体实现方法包括如下步骤：
[0028]S6.1、根据断路器型号，采集断路器合闸速度v2、断路器合闸触头间距d2、断路器触
头起初合闸时所分开的最大距离d0，计算断路器触头合闸过程运动方程：
[0029]d2＝d0‑
v2(t
‑
t
s2
)；
[0030]其中，t
s2
为断路器合闸动作时刻；
[0031]S6.2、根据断路器合闸间距计算断路器第一次合闸的触头两端击穿电压U
合1
，计算公式为：
[0032][0033]其中，U0为断路器合闸的最大击穿电压，A2、B2、C2、D2为断路器合闸击穿电压试验所得拟合方程的常数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟断路器开断、闭合的仿真模型构建方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、在ATP
‑
EMTP仿真软件中新建MODEL模块，所述MODEL模块包括主模块、4个引脚；S2、设置步骤S1的4个引脚中的3个引脚为输入量，分别为电源侧电压U1、负载侧电压U2、回路中的电流i，1个引脚为输出量控制可控开关通断的变量trip，并根据MODEL模块的引脚位置，设置4个引脚的坐标；S3、设置断路器工作特性，其中高频熄弧能力为f，断路器动作时刻为tfire，截流值为I1；S4、将步骤S1建立好的MODEL模块的4个引脚上引出接线，分别接在电源侧，负载侧，电流测量元件及可控开关上，设置断路器电弧熄灭彻底断开时的电路为：断路器断开时的并联电感L、断路器断开时的总杂散电容之和C、断路器复燃时L、C之间的振荡损耗电阻R串联，然后与断路器断开时L、C之间的振荡损耗电阻R0并联；S5、构建断路器分闸工作过程的仿真方法；S6、构建断路器合闸工作过程的仿真方法。2.根据权利要求1所述的一种用于模拟断路器开断、闭合的仿真模型构建方法，其特征在于：根据断路器型号采集断路器的高频熄弧能力，断路器动作时刻、截流值，每间隔时间Δt进行一次仿真计算，设仿真初始时间为零，完整的仿真过程的时间为t0，则得到一个完整的仿真过程需要计算次，仿真的计算频率为Hz。3.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟断路器开断、闭合的仿真模型构建方法，其特征在于：步骤S5的具体实现方法包括如下步骤：S5.1、根据断路器型号，采集断路器分闸速度v1、断路器触头间距d1，则得到断路器触头分闸过程运动方程，计算公式为：d1＝v1(t
‑
t
s1
)其中，t为仿真时间，t
s1
为断路器触头分闸动作时间；S5.2、根据断路器分闸间距计算断路器触头分闸击穿电压U
分
，计算公式为：其中A1、B1、C1、D1为断路器分闸击穿电压试验所得拟合方程的常数；S5.3、根据S5.1和S5.2的计算公式，得到：S5.4、判断仿真时间t是否满足0<t<t0的条件，判断为否，则断路器触头处于原有状态、断路器状态保持不变，判断为是，则按照步骤S5.3的计算公式计算断路器触头分闸击穿电压U
分
，然后进行下一步；S5.5、判断仿真时刻t大于断路器分闸动作时刻t
s1
、电流i小于断路器截流值、电流变化率小于断路器的高频熄弧能力、U1‑
U2<U
分
、且断路器处于闭合状态的条件是否成立，判断为是则触头间无电弧复燃，断路器成功断开，判断为否则进行下一步；S5.6、判断t>t
s
、U1‑
U2>U
分
，且断路器处于断开状态的条件是否成立，判断为是，则电弧复燃，断路器闭合，判断为否，则断路器状态保持不变；
S5.7、每间隔时间Δt重复步骤S5.4
‑
S5.6，直至仿真时间t0结束。4.根据权利要求3所述的一种用于模拟断路器开断、闭合的仿真模型构建方法，其特征在于：步骤S6的具体实现方法包括如下步骤：S6.1、根据断路器型号，采集断路器合闸速度v2、断路器合闸触头间距d2、断路器触头起初合闸时所分开的最大距离d0，计算断路器触头合闸过程运动方程：d2＝d0‑
v2(t
‑
t
s2
)；其中，t
s2
为断路器合闸动作时刻；S6.2、根据断路器合闸间距计算断路器第一次合闸的触头两端击穿电压U
合1
，计算公式为：其中，U0为断路器合闸的最大击穿电压，A2、B2、C2、D2为断路器合闸击穿电压试验所得拟合方程的常数；S6.3、根据S6.1和S6.2的计算公式，得到：S6.4、第二次合闸的击穿电压U
合2
的具体计算方法为：第一次合闸弹开后分闸的击穿电压U
分1
的计算公式为：其中v3为弹开后分闸的速度，t1为断路器第一次合闸触头接触的时刻，A3、B3、C3、D3为断路器合闸击穿电压试验所得拟合方程的常数；第二次合闸的击穿电压U
合2
的计...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂洪岩，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：