一种基于NAGA-Ⅱ的固态断路器参数的优化方法技术

本发明专利技术涉及固态断路器参数优化技术，特别是公开了一种基于NAGA

【技术实现步骤摘要】
一种基于NAGA
‑Ⅱ
的固态断路器参数的优化方法


[0001]本专利技术涉及固态断路器参数优化设计分析
，特别是一种基于NAGA
‑Ⅱ
的固态断路器参数的优化方法。

技术介绍

[0002]直流配电网中，断路器主要作用是在电路故障或过载时自动切断电路，保护设备和人员安全。传统机械式断路器切断速度慢、操作次数有限、易受环境影响。而固态断路器具有响应速度快、操作次数多、稳定性高、体积小、可靠性高等优点，在短路电流较高情况下能具有较好切断能力，可适用于直流配电网高电压、大电流、复杂工况等场合，其优点被众多学者所认可。
[0003]目前，本领域技术人员主要侧重于固态断路器参数对分断性能影响的理论研究，而针对参数本身进行优化设计的极少涉及，因此如何对参数进行最优取值，让断路器分段性能处于最优状态，对于保护电力系统的安全性与可靠性水平具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于NAGA
‑Ⅱ
的固态断路器参数的优化方法。
[0005]实现上述目的本专利技术的技术方案为，一种基于NAGA
‑Ⅱ
的固态断路器参数的优化方法，该方法包括如下步骤：
[0006]步骤一，搭建固态断路器拓扑结构；
[0007]步骤二，对固态断路器分断故障电流过程进行理论分析；
[0008]步骤三，利用NSGA
‑Ⅱ
算法(非支配排序遗传算法)建立性能指标，对性能指标的参数取值范围设置约束条件；
[0009]步骤四，引入带精英策略的非支配排序遗传算法进行求解，得到固态断路器元器件参数的最优值。
[0010]所述步骤一中固态断路器拓扑结构包括：常通流支路、主断流支路、电容缓冲支路、能量吸收支路、限流模块和旁路支路，其中：
[0011]常通流支路是由反并联IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和反并联晶闸管组构成，正常运行时额定电流能够双向流通；
[0012]主断流支路是由桥式二极管组和IGBT串并联模块组成，桥式二极管组实现电流双向导通，串并联IGBT模块单元具有分断能力，可承受并关断短路故障电流；
[0013]电容缓冲支路能够防止串并联IGBT模块单元承受过电压损坏，且电容缓冲支路可分担避雷器压力，减小避雷器能量吸收；
[0014]能量吸收支路是由金属氧化物压敏电阻构成，用于限制由于断路器分断所产生过电压尖峰、吸收短路过程中电感元件产生能量、减少断路器承受电压应力；
[0015]限流模块串联在固态断路器两侧，在供电侧或者负载侧发生故障时，能够抑制短
路电流迅速上升，减少断路器承受电流应力；
[0016]旁路支路是由快恢复二极管组与泄能电阻串联组成，在避雷器动作时，隔离故障侧与非故障侧电压，形成故障侧吸收回路，泄能电阻吸取故障侧能量，减轻避雷器压力。
[0017]所述步骤二中固态断路器分断过程分为短路电流上升阶段、电容充放电阶段和MOV吸收阶段。
[0018]所述短路电流上升阶段的时间为：
[0019][0020]式子中，U
dc
为电源电压、I
max
为短路状态下最大电流、R
dc
为线路电阻、R
L
为负载电阻、L
dc
和L
L
为线路电抗、L
B
为限流电感。
[0021]短路电流上升率k1为：
[0022][0023]式子中，U
dc
为电源电压、R
dc
为线路电阻、R
L
为负载电阻、L
dc
和L
L
为线路电抗、L
B
为限流电感。
[0024]所述电容充放电阶段的电流充放电时间为：
[0025][0026]式子中，为电源电压、R
dc
为线路电阻、R
L
为负载电阻、L
dc
为线路电抗、L
B
为限流电感、C为电容容值。
[0027]得到电容电压上升率k2为：
[0028][0029]式子中，式子中，U
dc
为电源电压、R
dc
为线路电阻、R
L
为负载电阻、L
dc
为线路电抗、L
B
为限流电感、C为电容容值。
[0030]电容在充放电过程中吸收能量为：
[0031][0032]式子中，C为电容容值、u
c
为电容两端电压值。
[0033]MOV吸收阶段的时间为：
[0034][0035]式子中，U
dc
为电源电压、R
dc
为线路电阻、U
mov
为压敏电阻MOV两端电压、I
max
为短路状态下最大电流。
[0036]SSCB分断电压上升率k3可表示为：
[0037][0038]式子中，U
mov
为压敏电阻MOV两端电压、U
rated
为固态断路器的额定工作电压，γ为MOV限电压能力。
[0039]避雷器动作过程中，MOV吸收能量为：
[0040][0041]式子中，U
dc
为电源电压、U
mov
为压敏电阻MOV两端电压、I
max
为短路状态下最大电流、I
max
为短路状态下最大电流、L为线路电感。
[0042]所述步骤三中利用NSGA
‑Ⅱ
算法建立的性能指标为：
[0043][0044]其中，W1为电容在充放电过程中吸收能量、W2为避雷器动作过程中MOV吸收能量、Δt1为短路电流上升阶段的时间、Δt2为电容充放电阶段时间、Δt3为MOV吸收阶段时间、k1为短路电流上升率、k2为电容电压上升率、k3为固态断路器分断电压上升率、J1为吸收能量函数；J2为分断时间函数；J3为分断冲击性能函数。
[0045]所述步骤三中对性能指标的参数取值范围设置约束条件为：
[0046]电感L
b
约束条件为：
[0047]2mH≤L
B
≤8mH (10)
[0048]电容C约束条件确定为：
[0049]20uF≤C≤70uF (11)
[0050]MOV限电压能力γ约束条件为：
[0051]1.0≤γ≤2.0 (12)。
[0052]所述步骤四中的求解过程是通过非支配排序挑选出优异个体进入下一次迭代，利用精英策略保证优化准确性，同时利用拥挤度计算提高种群多样性和计算效率，保证非劣最优解均匀分布，最终得到固态断路器元器件参数的最优值。
[0053]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0054]本方法针对现有直流固态断路器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NAGA
‑Ⅱ
的固态断路器参数的优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一，搭建固态断路器拓扑结构；步骤二，对固态断路器分断故障电流过程进行理论分析；步骤三，利用NSGA
‑Ⅱ
算法建立性能指标，对性能指标的参数取值范围设置约束条件；步骤四，引入带精英策略的非支配排序的NSGA
‑Ⅱ
进行求解，得到固态断路器元器件参数的最优值。2.根据权利要求1所述的一种基于NAGA
‑Ⅱ
的固态断路器参数的优化方法，其特征在于，所述步骤一中固态断路器拓扑结构包括：常通流支路、主断流支路、电容缓冲支路、能量吸收支路、限流模块和旁路支路，其中：常通流支路是由反并联I GBT和反并联晶闸管组构成，正常运行时额定电流能够双向流通；主断流支路是由桥式二极管组和I GBT串并联模块组成，桥式二极管组实现电流双向导通，串并联I GBT模块单元具有分断能力，可承受并关断短路故障电流；电容缓冲支路能够防止串并联I GBT模块单元承受过电压损坏，且电容缓冲支路可分担避雷器压力，减小避雷器能量吸收；能量吸收支路是由金属氧化物压敏电阻构成，用于限制由于断路器分断所产生过电压尖峰、吸收短路过程中电感元件产生能量、减少断路器承受电压应力；限流模块串联在固态断路器两侧，在供电侧或者负载侧发生故障时，能够抑制短路电流迅速上升，减少断路器承受电流应力；旁路支路是由快恢复二极管组与泄能电阻串联组成，在避雷器动作时，隔离故障侧与非故障侧电压，形成故障侧吸收回路，泄能电阻吸取故障侧能量，减轻避雷器压力。3.根据权利要求1所述的一种基于NAGA
‑Ⅱ
的固态断路器参数的优化方法，其特征在于，所述步骤二中固态断路器分断过程分为短路电流上升阶段、电容充放电阶段和MOV吸收阶段。4.根据权利要求3所述的一种基于NAGA
‑Ⅱ
的固态断路器参数的优化方法，其特征在于，所述短路电流上升阶段的时间为：式子中，U
dc
为电源电压、I
max
为短路状态下最大电流、R
dc
为线路电阻、R
L
为负载电阻、L
dc
和L
L
为线路电抗、L
B
为限流电感；短路电流上升率k1为：式子中，U
dc
为电源电压、R
dc
为线路电阻、R
L
为负载电阻、L
dc
和L
L
为线路电抗、L
B
为限流电感。
5.根据权利要求3所述的一种基于NAGA
‑Ⅱ
的固态断路器参数的优化方法，其特征在于，所述电容充放电阶段的电流充放电时间为：式子中，U
dc
为电源电压、R
dc
为线路...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵靖英，郝潇飞，李宁，黄麟然，乔珩埔，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：