CN112147396A - 一种短路电流直流分量百分数的计算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短路电流直流分量百分数的计算方法及系统，其中方法包括：计算短路电流i的交流分量幅值IAC；根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量；将短路电流i减去所述交流分量后获取短路电流i的直流分量；根据所述直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC；基于所述直流分量值IDC和所述交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数。

Description

一种短路电流直流分量百分数的计算方法及系统
技术领域
本发明涉及输变电技术领域，更具体地，涉及一种短路电流直流分量百分数的计算方法及系统。
背景技术
与输电线路的工作电流相比，电网的短路电流很大，当线路或母线发生短路故障时，在短路瞬间，系统中的电感元件磁通不能突变，因此短路电流中就会出现直流分量，直流分量的最大值必然等于短路电流周期分量改变量的绝对值。忽略工作电流，则短路电流i为：
Figure BDA0002673169420000011
式中，等号右边第一项是短路电流的周期分量，即短路电流的交流分量，等号右边第二项就是短路电流的非周期分量，即直流分量。ω为角频率，
Figure BDA0002673169420000012
是电压和电流之间的相位差，而ψ则是短路瞬间电压的初相角。
图1为短路关合和开断电流以及直流分量的百分数的确定方法示意图。
短路电流的直流分量百分数dc％为断路器触头分离的瞬间(开始燃弧)的直流分量IDC (见图1所示)与此时短路电流交流分量峰值IAC的比值，再乘以100。
其中AA′、BB′为电流波的包络线；BX为正常零线；CC’为任一瞬间电流波零线的偏移；
DD′为由CC′测量的任一瞬间电流交流分量的有效值；IMC为关合电流；
EE′为触头分离的瞬间(开始燃弧)；IAC为在EE′瞬间电流交流分量的峰值；
Figure BDA0002673169420000021
为在EE′瞬间电流交流分量的有效值；
Figure BDA0002673169420000022
为直流分量的百分数；
/DC为在EE′瞬间电流的直流分量；
可见，计算直流分量百分数之前需要得到短路电流的直流分量IDC 和交流分量IAC的值。交流分量IAC可通过计算短路电流的稳态值较为容易的获得，而直流分量IDC的计算方法有多种，不同的方法计算结果可能有显著的差异，从而对直流分量百分数造成较大误差。
现有技术一般采用电磁暂态计算得到短路电流，再对短路电流进行分析处理，得到直流分量衰减曲线。处理的方法可通过拟合短路电流上、下包络线，求其平均值即为直流分量曲线；或者采用快速傅立叶变换分析短路电流波形得出直流分量的衰减曲线。获得直流分量衰减曲线后便可求出任意时间的直流分量值IDC，从而可通过式子
Figure BDA0002673169420000023
求出直流分量的百分数。
该计算方法需要对短路电流及其直流分量进行拟合，或者需进行傅立叶变换提取直流分量，在此过程中拟合公式的选取、波形的傅立叶变换对结果影响较大，可能会导致拟合曲线不准确，从而计算出来的直流分量百分数与实际误差较大，不利于断路器开断短路电流。
因此，需要一种技术，以实现对短路电流直流分量百分数的计算。
发明内容
本发明技术方案提供一种短路电流直流分量百分数的计算及系统，以解决如何对短路电流直流分量百分数进行计算的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种短路电流直流分量百分数的计算方法，所述方法包括：
计算短路电流i的交流分量幅值IAC；
根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量；
将短路电流i减去所述交流分量后获取短路电流i的直流分量；
根据所述直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC；
基于所述直流分量值IDC和所述交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数。
优选地，所述根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量，包括：
根据短路电流i的波形和稳态值，计算得到短路电流i的交流分量幅值IAC和相位
Figure BDA0002673169420000033
根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，获取短路电流i的交流分量。
优选地，所述将短路电流i减去所述交流分量后获取短路电流i的直流分量，包括：
在预定时间内将短路电流i减去交流分量
Figure BDA0002673169420000034
获取短路电流i的直流分量
Figure BDA0002673169420000031
t为断路触头分离的时间，ω为角频率，
Figure BDA0002673169420000035
是电压和电流之间的相位差，ψ是短路瞬间电压的初相角，Im为短路瞬间短路电流的直流分量。
优选地，所述根据所述直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC；基于所述直流分量值IDC和所述交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数，包括：
根据断路触头分离的时间t，获取时间t的直流分量值IDC；
计算短路电流直流分量百分数
Figure BDA0002673169420000032
基于本发明的另一方面，本发明提供一种短路电流直流分量百分数的计算系统，所述系统包括：
第一计算单元，用于计算短路电流i的交流分量幅值IAC；
第二计算单元，根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量；
第三计算单元，将短路电流i减去所述交流分量后获取短路电流i的直流分量；
确定单元，根据所述直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC；
第四计算单元，基于所述直流分量值IDC和所述交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数。
优选地，所述第二计算单元用于根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量，还用于：
根据短路电流i的波形和稳态值，计算得到短路电流i的交流分量幅值IAC和相位
Figure BDA0002673169420000041
根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，获取短路电流i的交流分量。
优选地，所述第三计算单元用于将短路电流i减去所述交流分量后获取短路电流i的直流分量，还用于：
在预定时间内将短路电流i减去交流分量
Figure BDA0002673169420000042
获取短路电流i的直流分量
Figure BDA0002673169420000043
t为断路触头分离的时间，ω为角频率，
Figure BDA0002673169420000044
是电压和电流之间的相位差，ψ是短路瞬间电压的初相角，Im为短路瞬间短路电流的直流分量。
优选地，所述确定单元用于根据所述直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC，还用于：根据断路触头分离的时间t，获取时间t的直流分量值IDC；
所述第四计算单元用于基于所述直流分量值IDC和所述交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数，包括：
计算短路电流直流分量百分数
Figure BDA0002673169420000045
本发明技术方案提出了一种短路电流直流分量百分数的计算方法及系统，本发明技术方案紧扣短路电流及其交直流分量的基本概念，给出了短路电流交流分量和直流分量的计算方法，计算过程简单。本发明技术方案不涉及短路电流的波形和直流分量拟合等繁杂的二次处理，从而能避免拟合公式不准确带来的误差，提高了计算的准确性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据现有技术的短路关合和开断电流以及直流分量的百分数的确定方法示意图；
图2为根据本发明优选实施方式的一种短路电流直流分量百分数的计算方法流程图；以及
图3为根据本发明优选实施方式的短路电流波形示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的计算交流分量示意图；
图5为根据本发明优选实施方式的不同时间的直流分量示意图；以及
图6为根据本发明优选实施方式的一种短路电流直流分量百分数的计算系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图2为根据本发明优选实施方式的一种短路电流直流分量百分数的计算方法流程图。本发明实施方式提供了一种短路电流直流分量百分数的计算方法。
由于现有技术没有相应的标准、导则对短路电流直流分量百分数的计算方法进行规范，也无法通过试验对短路电流直流分量百分数进行验证，致使计算结果误差较大。本发明实施方式针对这一问题，提出了一种短路电流直流分量百分数的计算方法，主要包括短路电流的直流分量和交流分量的计算方法。本发明实施方式紧扣短路电流及其交直流分量的基本概念，计算过程简单，不涉及对曲线的公式拟合、波形傅里叶分析等过多的二次处理，从而能够较为准确的计算其百分数，提高计算的准确性。
如图2所示，本发明提供一种短路电流直流分量百分数的计算方法，方法包括：
步骤201：计算短路电流i的交流分量幅值IAC；
步骤202：根据故障后短路电流i的波形及交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量；优选地，根据故障后短路电流i的波形及交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量，包括：
根据短路电流i的波形和稳态值，计算得到短路电流i的交流分量幅值IAC和相位
Figure BDA0002673169420000061
根据故障后短路电流i的波形及交流分量幅值IAC不变的原则，获取短路电流i的交流分量。
步骤203：将短路电流i减去交流分量后获取短路电流i的直流分量。优选地，将短路电流i减去交流分量后获取短路电流i的直流分量，包括：
在预定时间内将短路电流i减去交流分量
Figure BDA0002673169420000062
获取短路电流i的直流分量
Figure BDA0002673169420000063
t为断路触头分离的时间，ω为角频率，
Figure BDA0002673169420000064
是电压和电流之间的相位差，ψ是短路瞬间电压的初相角，Im为短路瞬间短路电流的直流分量。
步骤204：根据直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC；
步骤205：基于直流分量值IDC和交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数。
优选地，根据直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC；基于直流分量值IDC和交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数，包括：
根据断路触头分离的时间t，获取时间t的直流分量值IDC；
计算短路电流直流分量百分数
Figure BDA0002673169420000071
本发明提出的短路电流直流分量百分数的计算方法包括两部分，一是由于短路电流的大小由交流分量和直流分量组成(如式1所示)，
Figure BDA0002673169420000072
根据故障后短路电流的波形及交流分量幅值不变的原则，计算出交流分量
Figure BDA0002673169420000073
二是在指定的时间段内用短路电流i减去交流分量，从而得到直流分量
Figure BDA0002673169420000074
最终计算出断路器触头分离的瞬间t时的直流分量百分数dc％。
本发明的技术方案包括：
步骤一，根据短路电流的波形和稳态值(直流分量衰减完毕)，计算得到其交流分量幅值IAC和相位
Figure BDA0002673169420000075
从而得到交流分量的波形数据；
步骤二，在指定的时间内将短路电流i减去交流分量
Figure BDA0002673169420000076
得到直流分量
Figure BDA0002673169420000077
步骤三，根据断路器触头分离的瞬间的时间为t，得出此时的直流分量大小IDC，从而计算出百分数
Figure BDA0002673169420000078
本发明明确了短路电流直流分量百分数的计算方法，其过程是根据短路电流的组成求出交流分量和直流分量，没有采用曲线拟合和谐波分析的方法，可避免拟合公式不准确带来的误差。
某一系统的短路电流波形见下图3，故障发生在0.016s，其稳态值为73kA(峰值)。根据稳态值及图3，计算得到交流分量，如图4所示。将图3的短路电流大小减去交流分量图4，得到不同时间的直流分量，其波形见图5。
若故障后到断路器分闸瞬间的时间t为0.032s，则其直流分量为40kA(见图5)，则直流分量的百分数dc％＝100×40/73＝54.79。
本发明通过计算得到短路电流及其交流分量的波形数据后，指定时间内短路电流i减去交流分量，从而得到该时间段内的直流分量。本发明计算出短路电流的稳态值IAC，再根据短路电流的波形，计算得到交流分量相位
Figure BDA0002673169420000085
从而得到交流分量的波形数据。
图6为根据本发明优选实施方式的一种短路电流直流分量百分数的计算系统结构图。如图6所示，本发明提供一种短路电流直流分量百分数的计算系统，系统包括：
第一计算单元601，用于计算短路电流i的交流分量幅值IAC。
第二计算单元602，根据故障后短路电流i的波形及交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量。优选地，第二计算单元602用于根据故障后短路电流i的波形及交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量，还用于：
根据短路电流i的波形和稳态值，计算得到短路电流i的交流分量幅值IAC和相位
Figure BDA0002673169420000081
根据故障后短路电流i的波形及交流分量幅值IAC不变的原则，获取短路电流i的交流分量。
第三计算单元603，将短路电流i减去交流分量后获取短路电流i的直流分量。优选地，第三计算单元603用于将短路电流i减去交流分量后获取短路电流i的直流分量，还用于：
在预定时间内将短路电流i减去交流分量
Figure BDA0002673169420000082
获取短路电流i的直流分量
Figure BDA0002673169420000083
t为断路触头分离的时间，ω为角频率，
Figure BDA0002673169420000084
是电压和电流之间的相位差，ψ是短路瞬间电压的初相角，Im为短路瞬间短路电流的直流分量。
确定单元604，根据直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC。优选地，确定单元604用于根据直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC，还用于：根据断路触头分离的时间t，获取时间t的直流分量值IDC。
第四计算单元605，基于直流分量值IDC和交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数。
第四计算单元605用于基于直流分量值IDC和交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数，包括：
计算短路电流直流分量百分数
Figure BDA0002673169420000091
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (8)

1.一种短路电流直流分量百分数的计算方法，所述方法包括：
计算短路电流i的交流分量幅值IAC；
根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量；
将短路电流i减去所述交流分量后获取短路电流i的直流分量；
根据所述直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC；
基于所述直流分量值IDC和所述交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数。
2.根据权利要求1所述的方法，所述根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量，包括：
根据短路电流i的波形和稳态值，计算得到短路电流i的交流分量幅值IAC和相位
Figure FDA0002673169410000011
根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，获取短路电流i的交流分量。
3.根据权利要求2所述的方法，所述将短路电流i减去所述交流分量后获取短路电流i的直流分量，包括：
在预定时间内将短路电流i减去交流分量
Figure FDA0002673169410000012
获取短路电流i的直流分量
Figure FDA0002673169410000013
t为断路触头分离的时间，ω为角频率，
Figure FDA0002673169410000014
是电压和电流之间的相位差，ψ是短路瞬间电压的初相角，Im为短路瞬间短路电流的直流分量。
4.根据权利要求3所述的方法，所述根据所述直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC；基于所述直流分量值IDC和所述交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数，包括：
根据断路触头分离的时间t，获取时间t的直流分量值IDC；
计算短路电流直流分量百分数
Figure FDA0002673169410000015
5.一种短路电流直流分量百分数的计算系统，所述系统包括：
第一计算单元，用于计算短路电流i的交流分量幅值IAC；
第二计算单元，根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量；
第三计算单元，将短路电流i减去所述交流分量后获取短路电流i的直流分量；
确定单元，根据所述直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC；
第四计算单元，基于所述直流分量值IDC和所述交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数。
6.根据权利要求5所述的系统，所述第二计算单元用于根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，计算短路电流i的交流分量，还用于：
根据短路电流i的波形和稳态值，计算得到短路电流i的交流分量幅值IAC和相位
Figure FDA0002673169410000021
根据故障后短路电流i的波形及所述交流分量幅值IAC不变的原则，获取短路电流i的交流分量。
7.根据权利要求6所述的系统，所述第三计算单元用于将短路电流i减去所述交流分量后获取短路电流i的直流分量，还用于：
在预定时间内将短路电流i减去交流分量
Figure FDA0002673169410000022
获取短路电流i的直流分量
Figure FDA0002673169410000023
t为断路触头分离的时间，ω为角频率，
Figure FDA0002673169410000024
是电压和电流之间的相位差，ψ是短路瞬间电压的初相角，Im为短路瞬间短路电流的直流分量。
8.根据权利要求7所述的系统，所述确定单元用于根据所述直流分量确定断路器触头分离的瞬间的直流分量值IDC，还用于：根据断路触头分离的时间t，获取时间t的直流分量值IDC；
所述第四计算单元用于基于所述直流分量值IDC和所述交流分量幅值IAC计算短路电流直流分量百分数，包括：
计算短路电流直流分量百分数
Figure FDA0002673169410000031
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