CN109659913A - 一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法 - Google Patents

一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，包括：获取双母二分之三接线的全部断路器状态；设定各个断路器等效阻抗；构造交流出线虚拟电路网络；对m*m矩阵X和m*1矩阵a进行赋值；计算b＝INV(X)*a；构造母线虚拟电路网络；对的n*n矩阵Y和n*1矩阵c进行赋值；计算d＝INV(Y)*c；利用b和d，判断各个断路器是否满足最后断路器判别公式；给出最后断路器判断结果。本方法基于基础的电路理论，原理清晰，判据简单，便于功能实现，且可有效降低程序出现误判，错判的可能性，此外，本方法避免了大量的逻辑运算，降低了程序复杂程度，便于后期运行维护和校核，具有较强的工程实用价值。

Description

一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法。
背景技术
现有直流工程的交流场一般采用具有多串联络线的双母二分之三接线方式，可通过每串三个断路器间隔连接换流器、交流线路、交流滤波器、母线等设备。当所连的设备增多，交流串的数量也会增多，所构成的倒闸工况将成指数增长，若有N个断路器间隔，则有2N种倒闸工况。
在某种倒闸工况下，若其中一个断路器分开，会导致换流器失去所有电流通路而停运，或换流器不连接在任一母线上，则该断路器为最后断路器，该工况为直流运行与停运间的临界倒闸工况。
目前设置联锁的做法是人为找出所有临界倒闸工况以及其中的最后断路器，然后把每种临界倒闸工况都编写一段程序(几十甚至几百段程序)；当交流场出现临界倒闸工况，满足程序条件，则锁定其中的最后断路器。但这种方法一方面无法保证找出全部临界倒闸工况，很多隐藏的工况很容易遗漏，另一方面这种方法需要大量的人为主观判断，效率极其低下，而且判断结果非常不可靠，实际直流工程已经多次出现最后断路器保护误出口事件，导致直流闭锁。此外，利用这种方法识别最后断路器，程序复杂，工作量大，后期运行维护难度极高。
综上，有必要以最后断路器识别方法为研究对象，发明适用于现场，原理简单，便于实现的最后断路器识别方法。
发明内容
为了提高直流系统工程现场对于最后断路器的识别能力，避免发生断路器误操作导致的直流闭锁事故，本发明提出一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，该方法构造交流出线虚拟电路网络和母线虚拟电路网络，分别计算断路器电流，并以断路器电流为判据，实现最后断路器的识别。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，包括以下步骤：
步骤1、获取双母二分之三接线的全部断路器状态；
步骤2、设定各个断路器等效阻抗；
步骤3、构造交流出线虚拟电路网络；
步骤4、对m*m矩阵X和m*1矩阵a进行赋值；
步骤5、计算b＝INV(X)*a；
步骤6、构造母线虚拟电路网络；
步骤7、对的n*n矩阵Y和n*1矩阵c进行赋值；
步骤8、计算d＝INV(Y)*c；
步骤9、利用b和d，判断各个断路器是否满足最后断路器判别公式；
步骤10、给出最后断路器判断结果。
进一步的，步骤1中，第i串联络线第j个断路器状态为ki-j，闭合状态表示为1，断开状态表示为0。
进一步的，步骤2中，第i串联络线第j个断路器等效阻抗Ri-j的设定公式为：
Ri-j＝(1e6-1e-3)(1-ki-j)+1e-3
其中，i＝1...M，M为联络线总数；j＝1..3，其中j＝1为靠近I母的断路器，j＝2为中间的断路器，j＝3为靠近II母的断路器；Ri-j的单位为欧姆。
进一步的，步骤3中，交流出线虚拟网络为将双母二分之三接线电路等效成一直流电路网络，等效方法包括：所有交流出线点经小电阻Rin连接直流电压源；换流器连接点经小电阻Rout直接接地，且无其它接地点；
其中，第i串联络线第j个断路器上的电流为Ii-j，电流方向为I母到II母，UI为I母电压；UII为II母电压；第i串联络线第1个和第2个断路器间的节点电压为Ui-1，第i串联络线第2个和第3个断路器间的节点电压为Ui-2；Rin＝1e-3；Rout＝1e-3；第p个交流出线点的电压源电压为Uin-p＝1kV，电流为Iin-p，其中，p＝1...P，P为交流出线点总数；换流器连接点的入地电流为Iout
进一步的，步骤4中，m*m矩阵X和m*1矩阵a由交流出线虚拟电路网络各节点电压、节点电流方程转换成矩阵形式得出，满足如下条件：
Xb＝a
其中，对于含有M串联络线，P个交流出线点的双母二分之三接线，m＝5M+P+3；b＝[Iout,I1-1,I1-2,I1-3,...,IM-1,IM-2,IM-3,UI,UII,U1-1,U1-2,...,UM-1,UM-2,Iin-1,..,Iin-P]T；X由已知阻抗参数Ri-j、Rin、Rout构成，a由已知电压源电压Uin-1构成。
进一步的，步骤6中，母线虚拟电路网络为将双母二分之三接线电路等效成一直流电路网络，等效方法包括：取消所有交流出线；I母和II母经小电阻R'in连接直流电压源；换流器连接点经小电阻R'out直接接地，且无其它接地点；
其中，第i串联络线第j个断路器上的电流为I'i-j，电流方向为I母到II母；U'I为I母电压；U'II为II母电压；第i串联络线第1个和第2个断路器间的节点电压为U'i-1，第i串联络线第2个和第3个断路器间的节点电压为U'i-2；R'in＝1e-3；R'out＝1e-3；I母所连接的电压源电压为U'in-I＝1kV，电流为I'in-I；II母所连接的电压源电压为U'in-II＝1kV，电流为I'in-II；换流器连接点的入地电流为I'out。
进一步的，步骤7中，n*n矩阵Y和n*1矩阵c由母线虚拟电路网络各节点电压、节点电流方程转换成矩阵形式得出，满足如下条件：
Yd＝c
其中，对于含有M串联络线的双母二分之三接线，n＝5M+5；d＝[I'out,I'1-1,I'1-2,I'1-3,...,I'M-1,I'M-2,I'M-3,U'I,U'II,U'1-1,U'1-2,...,U'M-1,U'M-2,I'in-I,I'in-II]T；Y由已知阻抗参数Ri-j、R'in和R'out构成，c由已知电压源电压U'in-I构成。
进一步的，步骤9中，若b和d中|Iout|≤1kA或|I'out|≤1kA时，直流系统处于非运行状态，无最后断路器。
进一步的，步骤9中，若b和d中|Iout|>1kA且|I'out|>1kA时，第i串联络线第j个断路器的最后断路器判别公式如下所示：
|Ii-j|>0.99|Iout|或|I'i-j|>0.99|I'out|
当断路器电流满足上述公式时，该断路器为最后断路器。
本发明的主要原理为：在某一种正常倒闸工况下，换流器必然连接一条交流出线，并连接一条母线。若将交流出线等效成电压源，换流器为接地点，则必然存在电流自交流出线流向换流器，若某一合上的断路器的电流等于流到换流器的电流，则说明所有流到换流器的电流必然经过该断路器，若断开该断路器则交流出线和换流器间无其他回路，则该断路器为最后断路器。
同理，若将交流母线等效成电压源，换流器为接地点，则必然存在电流自交流母线流向换流器，若某一合上的断路器的电流等于流到换流器的电流，则说明所有流到换流器的电流必然经过该断路器，若断开该断路器则交流母线和换流器间无其他回路，则该断路器为最后断路器。
因此，可以基于二分之三接线电路，通过构造交流出线虚拟电路网络和母线虚拟电路网络，分别计算断路器电流，并以断路器电流为判据，实现最后断路器的识别。
本发明的有益效果是：本方法从最后断路器电路的原理出发，构造交流出线虚拟电路网络和母线虚拟电路网络，通过断路器电流大小判断电流流向和电路分支情况，并最终识别最后断路器。本方法基于基础的电路理论，原理清晰，判据简单，便于功能实现，且可有效降低程序出现误判，错判的可能性。此外，本方法避免了大量的逻辑运算，降低了程序复杂程度，便于后期运行维护和校核，具有较强的工程实用价值。
附图说明
图1是一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法的流程图；
图2是含有七串联络线的二分之三接线电路；
图3是交流出线虚拟电路网络；
图4是母线虚拟电路网络.
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
以一含有七串联络线的二分之三接线电路为例，该电路如图2所示，换流器连接在第四串联络线，交流出线连接在第一，二，三，四，五，六串联络线，其中第二串连接有2条出线。
如图1所示，一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法包括下述步骤：
步骤1、获取双母二分之三接线的全部断路器状态。第i串联络线第j个断路器状态为ki-j，闭合状态表示为1，断开状态表示为0。
步骤2、设定各个断路器等效阻抗。第i串联络线第j个断路器等效阻抗Ri-j的设定公式为：
Ri-j＝(1e6-1e-3)(1-ki-j)+1e-3
其中，i＝1...M，M为联络线总数；j＝1..3，其中j＝1为靠近I母的断路器，j＝2为中间的断路器，j＝3为靠近II母的断路器；Ri-j的单位为欧姆。
步骤3、构造交流出线虚拟电路网络，如图3所示，所有交流出线点经小电阻Rin连接直流电压源；换流器连接点经小电阻Rout直接接地，且无其它接地点。
第i串联络线第j个断路器上的电流为Ii-j，电流方向为I母到II母，i＝1...7；j＝1..3，UI为I母电压；UII为II母电压；第i串联络线第1个和第2个断路器间的节点电压为Ui-1，第i串联络线第2个和第3个断路器间的节点电压为Ui-2；Rin＝Rout＝1e-3；第p个交流出线点的电压源电压为Uin-p＝1kV，电流为Iin-p，p＝1...6；换流器连接点的入地电流为Iout。
步骤4、对m*m矩阵X和m*1矩阵a进行赋值。首先，列写交流出线虚拟电路网络各节点电压、节点电流方程：
UI-Ui-1＝Ri-1Ii-1
Ui-1-Ui-2＝Ri-2Ii-2
Ui-2-UII＝Ri-3Ii-3
RoutIout＝U4-1
I7-1＝I7-2＝I7-3
I6-1＝I6-2＝I6-3
I5-1＝I5-2＝I5-3-Iin-6
I4-1-Iout＝I4-2＝I4-3-Iin-5
I3-1＝I3-2＝I3-3-Iin-4
I2-1+Iin-2＝I2-2＝I2-3-Iin-3
I1-1+Iin-2＝I1-2＝I1-3
Uin-1＝Uin-2＝Uin-3＝Uin-4＝Uin-5＝Uin-6
Uin-1-U1-1＝RinIin-1
Uin-2-U2-1＝RinIin-2
Uin-3-U2-2＝RinIin-3
Uin-4-U3-2＝RinIin-4
Uin-5-U4-2＝RinIin-5
Uin-6-U5-2＝RinIin-6
其中i＝1..7。上方程组可以转换成矩阵形式：
Xb＝a
其中，b＝[Iout,I1-1,I1-2,I1-3,...,IM-1,IM-2,IM-3,UI,UII,U1-1,U1-2,...,UM-1,UM-2,Iin-1,..,Iin-P]T；a为44*1矩阵，由已知电压源电压Uin-1构成：
a＝[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-Uin-1,-Uin-1,-Uin-1,-Uin-1,-Uin-1,-Uin-1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]TX为44*44矩阵，由已知阻抗参数Ri-j、Rin、Rout构成：
将电阻和电压数据代入即完成X和a矩阵赋值。
步骤5、计算b＝INV(X)*a，得到b中参数的具体数值；
步骤6、构造母线虚拟电路网络，如图4所示，取消所有交流出线；I母和II母经小电阻R'in连接直流电压源；换流器连接点经小电阻R'out直接接地，且无它其接地点。
第i串联络线第j个断路器上的电流为I'i-j，电流方向为I母到II母，i＝1...7；j＝1..3；U'I为I母电压；U'II为II母电压；第i串联络线第1个和第2个断路器间的节点电压为U'i-1，第i串联络线第2个和第3个断路器间的节点电压为U'i-2；R'in＝R'out＝1e-3；'I母所连接的电压源电压为U'in-I＝1kV，电流为I'in-I；II母所连接的电压源电压为U'in-II＝1kV，电流为I'in-II；换流器连接点的入地电流为I'out。
步骤7、对的n*n矩阵Y和n*1矩阵c进行赋值。首先，列写母线虚拟电路网络各节点电压、节点电流方程：
U'I-U'i-1＝Ri-1I'i-1
U'i-1-U'i-2＝Ri-2I'i-2
U'i-2-U'II＝Ri-3I'i-3
R'outI'out＝U'4-1
I'7-1＝I'7-2＝I'7-3
I'6-1＝I'6-2＝I'6-3
I'5-1＝I'5-2＝I'5-3
I'4-1-I'out＝I'4-2＝I'4-3
I'3-1＝I'3-2＝I'3-3
I'2-1＝I'2-2＝I'2-3
I'1-1＝I'1-2＝I'1-3
U'in-I-U'I＝R'inI'in-I
U'in-II-U'II＝R'inI'in-II
U'in-I＝U'in-II
其中i＝1..7。上方程组可以转换成矩阵形式：
Yd＝c
其中，d＝[I'out,I'1-1,I'1-2,I'1-3,...,I'M-1,I'M-2,I'M-3,U'I,U'II,U'1-1,U'1-2,...,U'M-1,U'M-2,I'in-I,I'in-II]T；c为40*1矩阵，由已知电压源电压U'in-I构成：
c＝[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-U'in-I,-U'in-I,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]TY为40*40矩阵，由已知阻抗参数Ri-j、R'in和R'out构成：
将电阻和电压数据代入即完成Y和c矩阵赋值。
步骤8、计算d＝INV(Y)*c，得到d中参数的具体数值；
步骤9、利用b和d，判断各个断路器是否满足最后断路器判别公式。若b和d中|Iout|≤1kA或|I'out|≤1kA时，直流系统处于非运行状态，无最后断路器。若b和d中|Iout|>1kA且|I'out|>1kA时，第i串联络线第j个断路器的最后断路器判别公式如下所示：
|Ii-j|>0.99|Iout|或|I'i-j|>0.99|I'out|
当断路器电流满足上述公式时，该断路器为最后断路器。
步骤10、给出最后断路器判断结果。
根据上述实施步骤，随机抽取100种二分之三极线方式的倒闸工况，测试最后断路器的判断结果的准确性，测试结果如表1所示。
表1测试结果
从上述判断结果可以发现本发明的一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，利用断路器状态量，可以有效的识别最后断路器。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、获取双母二分之三接线的全部断路器状态；
步骤2、设定各个断路器等效阻抗；
步骤3、构造交流出线虚拟电路网络；
步骤4、对m*m矩阵X和m*1矩阵a进行赋值；
步骤5、计算b＝INV(X)*a；
步骤6、构造母线虚拟电路网络；
步骤7、对的n*n矩阵Y和n*1矩阵c进行赋值；
步骤8、计算d＝INV(Y)*c；
步骤9、利用b和d，判断各个断路器是否满足最后断路器判别公式；
步骤10、给出最后断路器判断结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，其特征在于：步骤1中，第i串联络线第j个断路器状态为ki-j，闭合状态表示为1，断开状态表示为0。
3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，其特征在于：步骤2中，第i串联络线第j个断路器等效阻抗Ri-j的设定公式为：
Ri-j＝(1e6-1e-3)(1-ki-j)+1e-3
其中，i＝1...M，M为联络线总数；j＝1..3，其中j＝1为靠近I母的断路器，j＝2为中间的断路器，j＝3为靠近II母的断路器；Ri-j的单位为欧姆。
4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，其特征在于：步骤3中，交流出线虚拟电路网络为将双母二分之三接线电路等效成一直流电路网络，等效方法包括：所有交流出线点经小电阻Rin连接直流电压源；换流器连接点经小电阻Rout直接接地，且无其它接地点；
其中，第i串联络线第j个断路器上的电流为Ii-j，电流方向为I母到II母，UI为I母电压；UII为II母电压；第i串联络线第1个和第2个断路器间的节点电压为Ui-1，第i串联络线第2个和第3个断路器间的节点电压为Ui-2；Rin＝1e-3；Rout＝1e-3；第p个交流出线点的电压源电压为Uin-p＝1kV，电流为Iin-p，p＝1...P，其中，P为交流出线点总数；换流器连接点的入地电流为Iout。
5.根据权利要求4所述的一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，其特征在于：步骤4中，m*m矩阵X和m*1矩阵a由交流出线虚拟电路网络各节点电压、节点电流方程转换成矩阵形式得出，满足如下条件：
Xb＝a
其中，对于含有M串联络线，P个交流出线点的双母二分之三接线，m＝5M+P+3；b＝[Iout,I1-1,I1-2,I1-3,...,IM-1,IM-2,IM-3,UI,UII,U1-1,U1-2,...,UM-1,UM-2,Iin-1,..,Iin-P]T；X由已知阻抗参数Ri-j、Rin、Rout构成，a由已知电压源电压Uin-1构成。
6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，其特征在于：步骤6中，母线虚拟电路网络为将双母二分之三接线电路等效成一直流电路网络，等效方法包括：取消所有交流出线；I母和II母经小电阻R”in连接直流电压源；换流器连接点经小电阻R'out直接接地，且无其它接地点；
其中，第i串联络线第j个断路器上的电流为I'i-j，电流方向为I母到II母；U'I为I母电压；U'II为II母电压；第i串联络线第1个和第2个断路器间的节点电压为U'i-1，第i串联络线第2个和第3个断路器间的节点电压为U'i-2；R'in＝1e-3；R'out＝1e-3；I母所连接的电压源电压为U'in-I＝1kV，电流为I'in-I；II母所连接的电压源电压为U'in-II＝1kV，电流为I'in-II；换流器连接点的入地电流为I'out。
7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，其特征在于：步骤7中，n*n矩阵Y和n*1矩阵c由母线虚拟电路网络各节点电压、节点电流方程转换成矩阵形式得出，满足如下条件：
Yd＝c
其中，对于含有M串联络线的双母二分之三接线，n＝5M+5；d＝[I'out,I'1-1,I'1-2,I'1-3,...,I'M-1,I'M-2,I'M-3,U'I,U'II,U'1-1,U'1-2,...,U'M-1,U'M-2,I'in-I,I'in-II]T；Y由已知阻抗参数Ri-j、R'in和R'out构成，c由已知电压源电压U'in-I构成。
8.根据权利要求7所述的一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，其特征在于：步骤9中，若b和d中|Iout|≤1kA或|I'out|≤1kA时，直流系统处于非运行状态，无最后断路器。
9.根据权利要求7所述的一种基于虚拟电路网络的最后断路器识别方法，其特征在于：步骤9中，若b和d中|Iout|>1kA且|I'out|>1kA时，第i串联络线第j个断路器的最后断路器判别公式如下所示：
|Ii-j|>0.99|Iout|或|I'i-j|>0.99|I'out|
当断路器电流满足上述公式时，该断路器为最后断路器。
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