CN107153143A - 一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法及系统，用于仿真分析交流滤波器所连断路器的电磁暂态特性，方法包括：S1，仿真断路器的不同工况，得到不同工况下断路器的开断负荷参数，包括断路器最大断口恢复电压峰值、断口恢复电压第一个波峰的陡度、断路器滤波器侧最大断口对地电压峰值、断路器最大流经电流峰值、断路器最大开断电流峰值；S2，根据各个工况下断路器的开断负荷参数，确定所述断路器的开断负荷参数的最大水平；S3，将断路器的开断负荷参数的最大水平与实际断路器的开断负荷参数额定值进行比对，得到比对结果。

Description

一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法及系统

技术领域

本发明属于电气工程领域，具体涉及一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法及系统。

背景技术

特高压直流的高端换流器和低端换流器分别接入不同电压等级的交流系统，相应的无功设备也会分层接入不同电压等级，高低端换流变及相应无功设备将通过交流特高压主变或交流系统形成环网。特高压直流输电工程采用受端分层接入方式后，与已投运的直流输电工程结构不同，目前开展的研究较少，可直接借鉴使用的成果不多，缺乏用来指导工程实践和推广应用技术依据，因此需要开展特高压直流分层接入高低端换流器、无功设备以主变环网的电磁暂态研究。特高压直流分层接入高低端换流器后，会对换流站及所接入交流系统的过电压、谐振特性以及1000kV交流滤波器断路器的分断性能产生影响，因此有必要对特高压直流分层接入高低端换流器、无功设备及交流主变环网的电磁暂态进行研究，掌握特高压直流分层接入后近区交直流系统的电磁暂态特性，提出励磁涌流及过电压抑制措施，提出特高压直流输电系统分层接入1000kV交流滤波器断路器性能指标，为工程设计和设备研制提供依据。

在高压直流输电工程的换流站内一般安装有3大组、8～12小组交流滤波器/电容器组(以下简称滤波器组)，为换流器工作提供无功并滤除它所产生的交流谐波。由于滤波器组容量大(容性)、投切频繁，所以与一般交流变电站中使用的断路器相比，用于HVDC换流站交流滤波器投切的断路器除应满足一般常规要求外，还必须满足断路器断口恢复电压(Transient RecoverVoltage，TRV)更高、切断电容电流更大和配备选相合闸功能等特殊要求，这些特殊要求直接影响换流站滤波器组断路器的设备选型。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述问题，本发明提供一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法及系统，通过仿真不同工况下断路器的开断负荷参数，以方便技术人员对换流站滤波器组断路器进行设备选型。

(二)技术方案

本发明一方面提供一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法，用于仿真分析交流滤波器所连断路器的电磁暂态特性，所述断路器用于实现交流滤波器与交流母线连接或者断开，所述交流母线经变压器连接至直流输电线路，方法包括：S1，仿真所述断路器的不同工况，得到不同工况下断路器的开断负荷参数，包括断路器最大断口恢复电压峰值、断口恢复电压第一个波峰的陡度、断路器滤波器侧最大断口对地电压峰值、断路器最大流经电流峰值、断路器最大开断电流峰值；S2，根据各个工况下断路器的开断负荷参数，确定所述断路器的开断负荷参数的最大水平；S3，将所述断路器的开断负荷参数的最大水平与实际断路器的开断负荷参数额定值进行比对，得到比对结果。

进一步，步骤S1中，仿真所述断路器的不同工况，包括：滤波器投入时断路器合闸涌流及合闸过电压、直流线路接地故障后切除大组滤波器、交流线路接地故障后切除大组滤波器、正常稳态运行切除滤波器时断路器发生一次单相重燃、直流系统闭锁后逐个切除小组滤波器。

进一步，交流母线的电压等级为1000kV。

本发明另一方面提供一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析系统，用于仿真分析滤波器所连断路器的电磁暂态特性，所述断路器用于实现滤波器与交流母线连接或者断开，所述交流母线经变压器连接至直流输电线路，系统包括：仿真模块，用于仿真所述断路器的不同工况，得到不同工况下断路器的开断负荷参数，包括断路器最大断口恢复电压峰值、断口恢复电压第一个波峰的陡度、断路器滤波器侧最大断口对地电压峰值、断路器最大流经电流峰值、断路器最大开断电流峰值；参数统计模块，用于根据各个工况下断路器的开断负荷参数，确定所述断路器的开断负荷参数的最大水平；比对模块，用于将所述断路器的开断负荷参数的最大水平与实际断路器的开断负荷参数额定值进行比对，得到比对结果。

进一步，仿真模块中，仿真所述断路器的不同工况，包括：滤波器投入时断路器合闸涌流及合闸过电压、直流线路接地故障后切除大组滤波器、交流线路接地故障后切除大组滤波器、正常稳态运行切除滤波器时断路器发生一次单相重燃、直流系统闭锁后逐个切除小组滤波器。

进一步，交流母线的电压等级为1000kV。

(三)有益效果

本发明具有以下有益效果：

(1)实现了对分层接入方式下交流滤波器断路器的电磁暂态特性分析，对分层接入方式下的设备选型有更重要的指导意义；

(2)综合考虑多种工况下的滤波器电磁暂态特性，对其特性指标的分析更加全面；

附图说明

图1是本发明实施例中分层接入方式下的直流输电系统的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法的流程图。

图3是本发明实施例提供的分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析系统的功能模块图。

具体实施方式

本发明提供一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法及系统，用于仿真分析交流滤波器所连断路器的电磁暂态特性，方法包括：S1，仿真所述断路器的不同工况，得到不同工况下断路器的开断负荷参数，包括断路器最大断口恢复电压峰值、断口恢复电压第一个波峰的陡度、断路器滤波器侧最大断口对地电压峰值、断路器最大流经电流峰值、断路器最大开断电流峰值；S2，根据各个工况下断路器的开断负荷参数，确定所述断路器的开断负荷参数的最大水平；S3，将所述断路器的开断负荷参数的最大水平与实际断路器的开断负荷参数额定值进行比对，得到比对结果。

根据结合附图对本发明示例性实施例的以下详细描述，本发明的其它方面、优势和突出特征对于本领域技术人员将变得显而易见。

在本发明中，术语“包括”和“含有”及其派生词意为包括而非限制；术语“或”是包含性的，意为和/或。

在本说明书中，下述用于描述本发明原理的各种实施例只是说明，不应该以任何方式解释为限制发明的范围。参照附图的下述描述用于帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。下述描述包括多种具体细节来帮助理解，但这些细节应认为仅仅是示例性的。因此，本领域普通技术人员应认识到，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以对本文中描述的实施例进行多种改变和修改。此外，为了清楚和简洁起见，省略了公知功能和结构的描述。此外，贯穿附图，相同参考数字用于相似功能和操作。

图1是本发明实施例中分层接入方式下的直流输电系统的结构示意图，如图1所示，直流输电线路正负极为±800kV输电线，经过末端换流站(图中三角形)转化为交流形式，随后经不同的变压器(图中交叉圆形)连接至不同电压等级的交流母线，母线电压等级分别为500kV、1000kV。其中每个交流母线都会通过断路器(图未示出)连接若干组交流滤波器用于线路滤波，断路器在系统内实际上起到开关的作用，即滤波器组与母线连接或者断开是利用断路器的开合来实现的。本发明为了分析交流母线的电压等级为1000kV时断路器电磁暂态特性分析，提供了一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法及系统，能够在不同工况下得到断路器的开断负荷参数。

图2是本发明实施例提供的分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法的流程图，如图2所示，方法包括：

S1，仿真所述断路器的不同工况，得到不同工况下断路器的开断负荷参数，包括断路器最大断口恢复电压峰值、断口恢复电压第一个波峰的陡度、断路器滤波器侧最大断口对地电压峰值、断路器最大流经电流峰值、断路器最大开断电流峰值。

具体地，本实施例在PSCAD中仿真了断路器的如下6种工况：

工况1：滤波器投入时断路器合闸涌流及合闸过电压：

依据断路器控制策略，直流输电系统正常启动的过程中，交流滤波器组是随着直流输送容量的增加而逐组投入，以满足补偿无功以及滤除谐波的要求。断路器合闸涌流是指断路器在合闸过程中其上所流过的电流，断路器合闸过电压是指断路器在合闸过程中的断口对地电压。

工况2：直流线路接地故障后切除大组滤波器：

直流线路系统运行稳定后，直流线路发生接地故障，导致整流侧、逆变侧双极闭锁，在此种情况下，通过同时操作所有大组断路器来实现切除整流侧所有交流滤波器。

工况3：交流线路接地故障后切除大组滤波器：

系统运行稳定后，整流侧交流线路发生单相永久接地故障，交流线路断路器单相重合闸失败后三相全部断开，整流侧、逆变侧双极闭锁，通过同时操作所有大组断路器来切除整流侧所有交流滤波器。

工况4：正常稳态运行切除滤波器时断路器发生一次单相重燃：

系统运行稳定后，通过一组大组断路器切除一组大组交流滤波器，随后断路器发生单相重燃，直流系统正常工作均不闭锁。

工况5：直流系统闭锁后逐个切除小组滤波器：

当因故直流系统要发生闭锁时，整流侧换流站先闭锁，经过一段时延逆变侧换流站闭锁,，随后逐个切除全部滤波器。

工况6：直流系统闭锁后逐个切除大组滤波器：

当因故直流系统要发生闭锁时，整流侧换流站先闭锁，经过一段时延逆变侧换流站闭锁，随后直接切除整个大组滤波器。

在本步骤中，断路器最大断口恢复电压峰值U是指断路器两端电压的最大值；

断口恢复电压第一个波峰的陡度dU/dt是指断路器两端电压的最大攀升速度；

断路器滤波器侧最大断口对地电压峰值U_E是指断路器近地侧对地的电压最大值；

断路器最大流经电流峰值I_M是指断路器开断前流过电流的最大值；

断路器最大开断电流峰值I是指断路器开断过程中流过电流的最大值；

S2，根据各个工况下断路器的开断负荷参数，确定所述断路器的开断负荷参数的最大水平。

在上述步骤S1中，本实施例已经得到了6中工况下不同的开断负荷参数，在本步骤S2中，通过统计6中工况中开断负荷参数，得到开断负荷参数的最大水平，例如，取6中工况中开断负荷参数的最大值，作为其最大水平。

S3，将所述断路器的开断负荷参数的最大水平与实际断路器的开断负荷参数额定值进行比对，得到比对结果。

本实施例通过仿真±800kV特高压直流输电分层接入工程1000kV整流侧交流滤波器在不同系统运行方式下，断路器不同合闸和开断工况下断路器负荷特性的计算研究，得到了该1000kV侧交流滤波器断路器在各工况下的开断负荷特性参数的最大水平，计算结果见表1。

表1

表1是所有交流滤波器断路器各开断负荷参数的最大水平，与目前我国750kV断路器操作冲击额定耐受电压在断口间为2075kV，相对地为1550kV，额定峰值耐受电流(峰值)为125kA，开断容性电流能力为工频有效值2kA相比较：断路器在所研究的各种计算工况下开断容性电流最大值为3.8kA超过了750kV断路器的标准。

图3是本发明实施例提供的分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析系统的功能模块图，如图3所示，系统300包括仿真模块310、参数统计模块320及比对模块330，该系统300可以执行上面参考图2描述的方法，以实现分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析。

具体地，仿真模块310用于仿真所述断路器的不同工况，得到不同工况下断路器的开断负荷参数，包括断路器最大断口恢复电压峰值、断口恢复电压第一个波峰的陡度、断路器滤波器侧最大断口对地电压峰值、断路器最大流经电流峰值、断路器最大开断电流峰值；参数统计模块320用于根据各个工况下断路器的开断负荷参数，确定所述断路器的开断负荷参数的最大水平；比对模块330用于将所述断路器的开断负荷参数的最大水平与实际断路器的开断负荷参数额定值进行比对，得到比对结果。根据本发明的实施例，各个模块的功能实现可以参见上面参考图2的描述，这里不再重复。

根据本发明各实施例的上述方法、装置、单元和/或模块可以通过有计算能力的电子设备执行包含计算机指令的软件来实现。该系统可以包括存储设备，以实现上文所描述的各种存储。所述有计算能力的电子设备可以包含通用处理器、数字信号处理器、专用处理器、可重新配置处理器等能够执行计算机指令的装置，但不限于此。执行这样的指令使得电子设备被配置为执行根据本发明的上述各项操作。上述各设备和/或模块可以在一个电子设备中实现，也可以在不同电子设备中实现。这些软件可以存储在计算机可读存储介质中。计算机可读存储介质存储一个或多个程序(软件模块)，所述一个或多个程序包括指令，当电子设备中的一个或多个处理器执行所述指令时，所述指令使得电子设备执行本发明的方法。

这些软件可以存储为易失性存储器或非易失性存储装置的形式(比如类似ROM等存储设备)，不论是可擦除的还是可重写的，或者存储为存储器的形式(例如RAM、存储器芯片、设备或集成电路)，或者被存储在光可读介质或磁可读介质上(比如，CD、DVD、磁盘或磁带等等)。应该意识到，存储设备和存储介质是适于存储一个或多个程序的机器可读存储装置的实施例，所述一个程序或多个程序包括指令，当所述指令被执行时，实现本发明的实施例。实施例提供程序和存储这种程序的机器可读存储装置，所述程序包括用于实现本发明的任何一项权利要求所述的装置或方法的代码。此外，可以经由任何介质(比如，经由有线连接或无线连接携带的通信信号)来电传递这些程序，多个实施例适当地包括这些程序。

根据本发明各实施例的方法、装置、单元和/或模块还可以使用例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)或可以以用于对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。该系统可以包括存储设备，以实现上文所描述的存储。在以这些方式实现时，所使用的软件、硬件和/或固件被编程或设计为执行根据本发明的相应上述方法、步骤和/或功能。本领域技术人员可以根据实际需要来适当地将这些系统和模块中的一个或多个，或其中的一部分或多个部分使用不同的上述实现方式来实现。这些实现方式均落入本发明的保护范围。

如本领域技术人员将会理解的，为了任何的以及所有的目的，例如在提供书面说明书的方面，本申请中所公开的所有范围也涵盖任何的以及所有的可能的子范围以及其子范围的组合。任何所列出的范围均能够被容易地识别成充分的描述以及使同样的范围能够至少被分解成同等的两部分、三部分、四部分、五部分、十部分，等等。作为非限制性的例子，本申请中所讨论的每个范围均能够被容易地分解成下三分之一、中三分之一以及上三分之一等等。如本领域技术人员还将会理解的，诸如“直到”、“至少”、“大于”、“小于”等的所有语言均包括所表述的数量并且是指能够随之被分解成如以上所讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将会理解的，范围包括各个单独的成分。所以，例如，具有1-3个单元的组是指具有1、2或者3个单元的组。类似地，具有1-5个单元的组是指具有1、2、3、4或者5个单元的组，等等。

尽管已经参照本发明的特定示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行形式和细节上的多种改变。因此，本发明的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (6)

1.一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法，用于仿真分析交流滤波器所连断路器的电磁暂态特性，所述断路器用于实现交流滤波器与交流母线连接或者断开，所述交流母线经变压器连接至直流输电线路，其特征在于，方法包括：

S1，仿真所述断路器的不同工况，得到不同工况下断路器的开断负荷参数，包括断路器最大断口恢复电压峰值、断口恢复电压第一个波峰的陡度、断路器滤波器侧最大断口对地电压峰值、断路器最大流经电流峰值、断路器最大开断电流峰值；

S2，根据各个工况下断路器的开断负荷参数，确定所述断路器的开断负荷参数的最大水平；

S3，将所述断路器的开断负荷参数的最大水平与实际断路器的开断负荷参数额定值进行比对，得到比对结果。

2.根据权利要求1所述的分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法，所述步骤S1中，仿真所述断路器的不同工况，包括：滤波器投入时断路器合闸涌流及合闸过电压、直流线路接地故障后切除大组滤波器、交流线路接地故障后切除大组滤波器、正常稳态运行切除滤波器时断路器发生一次单相重燃、直流系统闭锁后逐个切除小组滤波器、直流系统闭锁后逐个切除大组滤波器。

3.根据权利要求1所述的分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析方法，所述交流母线的电压等级为1000kV。

4.一种分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析系统，用于仿真分析滤波器所连断路器的电磁暂态特性，所述断路器用于实现滤波器与交流母线连接或者断开，所述交流母线经变压器连接至直流输电线路，其特征在于，系统包括：

仿真模块，用于仿真所述断路器的不同工况，得到不同工况下断路器的开断负荷参数，包括断路器最大断口恢复电压峰值、断口恢复电压第一个波峰的陡度、断路器滤波器侧最大断口对地电压峰值、断路器最大流经电流峰值、断路器最大开断电流峰值；

参数统计模块，用于根据各个工况下断路器的开断负荷参数，确定所述断路器的开断负荷参数的最大水平；

比对模块，用于将所述断路器的开断负荷参数的最大水平与实际断路器的开断负荷参数额定值进行比对，得到比对结果。

5.根据权利要求4所述的分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析系统，所述仿真模块中，仿真所述断路器的不同工况，包括：滤波器投入时断路器合闸涌流及合闸过电压、直流线路接地故障后切除大组滤波器、交流线路接地故障后切除大组滤波器、正常稳态运行切除滤波器时断路器发生一次单相重燃、直流系统闭锁后逐个切除小组滤波器、直流系统闭锁后逐个切除大组滤波器。

6.根据权利要求4所述的分层接入方式下断路器电磁暂态特性分析系统，所述交流母线的电压等级为1000kV。