CN109444793A - 配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，具体包括以下步骤：S1、首先通过仿真软件进行建模仿真，建立10kV配电系统仿真模型，考虑会产生高频干扰信号的几种工况，模拟故障或操作产生的过电压及高频干扰，建立开关动作燃弧模型，本发明涉及电磁兼容测试仿真技术领域。该配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，实现将系统仿真模型与被测试设备模型相结合，仿真模拟高频干扰信号的产生、传播和作用过程，同时在回路中添加杂散参数回路，实现在控制回路安装在设备附近时，避免由于电磁环境复杂，高频信号的干扰经常会使开关出现延迟动作甚至误动、拒动的情况发生，从而保证了配电网的稳定运行。

Description

配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法

技术领域

本发明涉及电磁兼容测试仿真技术领域，具体为配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法。

背景技术

近年来随着电网技术的发展，智能电网已逐步成为热门的行业发展趋势，智能变电站的特点是采用电子式互感器取代传统的互感器，用数字信号取代模拟信号采集，可以将二次逻辑控制回路直接安装现场就地控制开关动作，并可通过电缆、光纤、通信网等手段组成数字化通信网络，实现精确地电压电流数据测量，以便于智能电网的控制、监控与保护，因此，电子式互感器在智能变电站中的应用将在未来智能电网建设中起到不可估量的作用。

电子式互感器的可靠稳定运行是电网安全及经济效益的保障，但目前的研究表明，控制回路安装在设备附近时，由于电磁环境复杂，高频信号的干扰经常会使开关出现延迟动作甚至误动、拒动的现象，这严重影响到了配电网的稳定运行，变电站电磁环境复杂，电子式互感器作为智能化设备，是智能配电网发展必不可少的一个环节，随着电子式互感器被广泛使用，应用数量逐渐增加，在运行中出现故障的数量显著增多，其中最为突出的就是现场电磁环境的适应问题，因此，如何提高电子式互感器的电磁兼容性能，以及提高电子式互感器长期稳定性成为了目前电力系统关注的热点。

开关动作燃弧产生的高频干扰一直是热门研究领域，高频信号经杂散参数回路传导至互感器二次侧，对控制部分产生影响，造成了开关的动作延迟或误动，本发明着重关注在线路中传播的高频干扰信号对电子式互感器二次侧的影响，提出通过搭建仿真模型模拟实际工况进行研究的测试方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，解决了现有控制回路安装在设备附近时，由于电磁环境复杂，高频信号的干扰经常会使开关出现延迟动作甚至误动、拒动的现象，不能保证配电网的稳定运行的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，具体包括以下步骤：

S1、首先通过仿真软件进行建模仿真，建立10kV配电系统仿真模型，考虑会产生高频干扰信号的几种工况，模拟故障或操作产生的过电压及高频干扰，建立开关动作燃弧模型，模拟开关分/合闸时产生的电弧，在此过程中会产生高频干扰信号，建立电子式互感器等效回路模型，包括互感器本身的等效回路以及杂散参数等效回路；

S2、对配电系统可能出现高频过电压的工况进行仿真，在线路上产生高频信号并沿线路传播至互感器回路一次侧；

S3、在互感器回路二次侧检测响应信号，观察并记录数据波形，研究杂散参数等效回路的通频特性。

优选的，所述步骤S1中的仿真模型包括配电系统模型、隔离开关燃弧模型、电子式互感器等效回路和杂散参数等效回路，开关分/合闸燃弧模型串联在配电系统模型线路中，电子式互感器等效回路以及杂散参数等效回路并联在线路模型上。

优选的，所述配电系统仿真模型包括变电站等效电源、变压器、配电10kV母线、配电线路及所带负载，所述工况包括开关操作、线路或设备发生故障和雷电冲击。

优选的，所述开关动作燃弧模型包括重燃回路，燃弧模型模拟开关分闸时端口间的电弧，在线路中产生高频干扰信号，信号经互感器等效回路及杂散参数回路传到互感器二次侧，在二次侧检测信号的频谱响应。

优选的，所述电子式互感器等效回路模型包括电流互感器和电压互感器，主体可以为三相一体式互感器或者分体式互感器，电流互感器通过电磁感应线圈及取样电阻获取信号，电压互感器可为电阻分压式、电容分压式或者阻容分压式。

优选的，所述杂散参数等效回路包括一次侧和二次侧电流互感器绕组间电容、二次回路对设备地电位电容，设备接地回路电感、接地电阻。

(三)有益效果

本发明提供了配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，配电线路上由于故障或开关操作产生的高频信号经线路传播或直接作用在互感器回路一次侧，经过互感器等效回路后在二次侧可得出响应信号，部分信号经过杂散回路传递到二次侧控制部分，幅值较高，会对控制回路产生影响，导致开关误动作或拒动，通过系统模型模拟故障工况，产生高频信号在线路模型上传播至互感器回路模型一次侧，经杂散电容耦合至二次侧回路，可对耦合至二次侧的高频信号进行研究，分析频谱特征，仿真模型包括配电系统模型、开关燃弧模型、电子式互感器等效回路、杂散参数等效回路，利用仿真软件建立配电系统模型，包括变电站进线电源、变压器、10kV母线、多条10kV配电线路及所带负载，可通过系统仿真模拟配电网中出现多种操作及故障工况，产生工频过电压及高频干扰信号，开关操作可用燃弧模型进行仿真，模拟开关动作时间隙击穿产生的电弧，模型包括弧道电阻、控制开关、熄弧开关、重燃支路，通过模拟燃弧过程，产生高频过电压信号，该信号经线路、母线传播至其他电子式互感器一次侧所处线路，电子式互感器等效回路包括电流互感器回路、电压互感器回路及杂散参数等效回路，杂散参数等效回路包括线圈绕组间杂散电容、回路对设备地电位杂散电容、接地回路电感、接地电阻等，可实现将系统仿真模型与被测试设备模型相结合，仿真模拟高频干扰信号的产生、传播和作用过程，可以直接在互感器二次侧得到系统故障或操作产生信号的响应，在电子式互感器等效回路进行建模，同时在回路中添加杂散参数回路，一次侧和二次侧绕组间电容，二次回路对设备地电位电容，从而实现在控制回路安装在设备附近时，避免由于电磁环境复杂，高频信号的干扰经常会使开关出现延迟动作甚至误动、拒动的情况发生，从而很好的保证了配电网的稳定运行。

附图说明

图1为本发明系统的结构原理框图；

图2为本发明110kV变电站及10kV配电线路仿真模型的结构示意图；

图3为本发明柱上开关燃弧仿真模型的结构示意图；

图4为本发明电子式互感器等效回路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明实施例提供一种技术方案：配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，具体包括以下步骤：

S1、首先通过仿真软件进行建模仿真，建立10kV配电系统仿真模型，考虑会产生高频干扰信号的几种工况，模拟故障或操作产生的过电压及高频干扰，建立开关动作燃弧模型，模拟开关分/合闸时产生的电弧，在此过程中会产生高频干扰信号，建立电子式互感器等效回路模型，包括互感器本身的等效回路以及杂散参数等效回路；

S2、对配电系统可能出现高频过电压的工况进行仿真，在线路上产生高频信号并沿线路传播至互感器回路一次侧；

S3、在互感器回路二次侧检测响应信号，观察并记录数据波形，研究杂散参数等效回路的通频特性。

本发明中，步骤S1中的仿真模型包括配电系统模型、隔离开关燃弧模型、电子式互感器等效回路和杂散参数等效回路，开关分/合闸燃弧模型串联在配电系统模型线路中，电子式互感器等效回路以及杂散参数等效回路并联在线路模型上。

本发明中，配电系统仿真模型包括变电站等效电源、变压器、配电10kV母线、配电线路及所带负载，所述工况包括开关操作、线路或设备发生故障和雷电冲击。

本发明中，开关动作燃弧模型包括重燃回路，用于模拟开关分闸时的燃弧过程，燃弧模型模拟开关分闸时端口间的电弧，在线路中产生高频干扰信号，信号经互感器等效回路及杂散参数回路传到互感器二次侧，在二次侧检测信号的频谱响应。

本发明中，电子式互感器等效回路模型包括电流互感器和电压互感器，主体可以为三相一体式互感器或者分体式互感器，电流互感器通过电磁感应线圈及取样电阻获取信号，电压互感器可为电阻分压式、电容分压式或者阻容分压式。

本发明中，杂散参数等效回路包括一次侧和二次侧电流互感器绕组间电容、二次回路对设备地电位电容，设备接地回路电感、接地电阻。

应用案例

分别对工况为单相开关分闸操作、互感器模型为电磁式电流互感器及电容式电压互感器合成回路进行应用。

如图1所示，建立配电系统仿真模型，用交流电源模型等效变电站110kV进线，经三绕组变压器低压10kV绕组输出连接10kV母线，母线连接多条配电线路，每条线路装设开关，设置传输线路模型、负载参数模拟实际线路所带负荷，确认系统稳定运行，可通过系统仿真模拟单相接地故障、断线故障、单相开关开断，三相开关分闸、雷电感应过电压、雷电冲击电流等工况。以开关分闸操作为例，当线路2开关动作开断时，产生过电压及高频干扰信号，信号会沿线路、母线传播至其他线路互感器一次侧。

如图2所示，通过燃弧模型模拟开关动作分闸拉弧，0时刻分闸指令发出，分闸开关动作；弧道电阻为时变电阻模型，模拟电弧随时间变化逐渐拉长，弧道电阻的变化；主回路熄弧开关用于控制电弧初次熄弧；重燃支路上重燃开关在开关两侧恢复电压高于介质击穿电压时闭合，模拟电弧重燃；添加多条重燃支路模拟多次电弧重燃，通过模拟燃弧过程，产生过电压及高频信号。

如图3所示，依据互感器参数建立电子式互感器等效模型，其中，电流互感器通过T型等效回路，N2为二次侧线圈匝数，R2为二次侧直流电阻，L2为线圈电感，C2为线圈入口电容，R为取样电阻，电压互感器为电容式分压器通过末端电容获取电压，C1为高压臂电容，C2为低压臂电容。杂散回路包括一次侧导线及二次侧线圈之间电容C12、二次侧线圈对设备地点为电容C2g、设备接地回路电感Lg、接地电阻Rg。

在开关分闸操作时，燃弧模型产生过电压几高频信号，检测互感器一次侧电压电流波形及二次侧输出信号U2、U2’，分析频谱特征，可得到互感器等效回路的频率响应，对后续实验研究提供参考。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、首先通过仿真软件进行建模仿真，建立10kV配电系统仿真模型，考虑会产生高频干扰信号的几种工况，模拟故障或操作产生的过电压及高频干扰，建立开关动作燃弧模型，模拟开关分/合闸时产生的电弧，在此过程中会产生高频干扰信号，建立电子式互感器等效回路模型，包括互感器本身的等效回路以及杂散参数等效回路；

S2、对配电系统可能出现高频过电压的工况进行仿真，在线路上产生高频信号并沿线路传播至互感器回路一次侧；

S3、在互感器回路二次侧检测响应信号，观察并记录数据波形，研究杂散参数等效回路的通频特性。

2.根据权利要求1所述的配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，其特征在于：所述步骤S1中的仿真模型包括配电系统模型、隔离开关燃弧模型、电子式互感器等效回路和杂散参数等效回路，开关分/合闸燃弧模型串联在配电系统模型线路中，电子式互感器等效回路以及杂散参数等效回路并联在线路模型上。

3.根据权利要求1所述的配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，其特征在于：所述配电系统仿真模型包括变电站等效电源、变压器、配电10kV母线、配电线路及所带负载，所述工况包括开关操作、线路或设备发生故障和雷电冲击。

4.根据权利要求1所述的配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，其特征在于：所述开关动作燃弧模型包括重燃回路，燃弧模型模拟开关分闸时端口间的电弧，在线路中产生高频干扰信号，信号经互感器等效回路及杂散参数回路传到互感器二次侧，在二次侧检测信号的频谱响应。

5.根据权利要求1所述的配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，其特征在于：所述电子式互感器等效回路模型包括电流互感器和电压互感器，主体可以为三相一体式互感器或者分体式互感器，电流互感器通过电磁感应线圈及取样电阻获取信号，电压互感器可为电阻分压式、电容分压式或者阻容分压式。

6.根据权利要求1所述的配电网一二次融合智能开关高频传导干扰测试仿真方法，其特征在于：所述杂散参数等效回路包括一次侧和二次侧电流互感器绕组间电容、二次回路对设备地电位电容，设备接地回路电感、接地电阻。