CN113419168B - 直流系统中断路器暂态特性分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种直流系统中断路器暂态特性分析方法及装置。获取直流系统的系统参数后，对系统参数进行大步长仿真，得到直流系统发生故障时每个断路器的开关参数，再基于开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数，根据分布函数获取各断路器的最大故障电流，按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，得到各断路器的暂态特性参数，暂态特性参数用于判断各断路器的开断能力。该方法既使在断路器面临多种短路类型和短路电流变化复杂的情况下，也能进行断路器暂态特性的准确分析，有利于快速找到高压断路器故障问题，作为控制直流系统的有力指导，使用可靠。

Description

直流系统中断路器暂态特性分析方法及装置

技术领域

本申请涉及直流系统技术领域，特别是涉及一种直流系统中断路器暂态特性分析方法及装置。

背景技术

直流系统一般指高压直流系统，当前投运的高压直流输电工程一般用于远距离、大容量输电。随着科学技术的发展，具有显著优势的柔性直流模式应用于特高压电网后，具备三站同时启停、在线投退等多种功能。柔性直流采用多电平子模块的电压源换流器，可解决双端直流问题，工作性能好，使用广泛。

但是，柔性直流系统在控制和保护策略上较双端直流更加复杂，柔性直流系统中的高压断路器同样面临运行模式及切合故障电流更加复杂的问题。传统的对断路器进行小步长仿真分析的方法面对数量级急剧增长的故障状态，其响应速度、精度大大降低，导致分析结果不准确，使用不可靠。

发明内容

基于此，有必要针对传统的断路器仿真分析方法使用不可靠的问题，提供一种直流系统中断路器暂态特性分析方法及装置。

一种直流系统中断路器暂态特性分析方法，包括以下步骤：

获取直流系统的系统参数；

对所述系统参数进行大步长仿真，得到所述直流系统发生故障时每个断路器的开关参数；所述开关参数包括断路器的动作状态和流过断路器的电流；

基于所述开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数；

根据所述分布函数获取各断路器的最大故障电流；

按照所述最大故障电流对各所述断路器进行小步长仿真，得到各所述断路器的暂态特性参数，所述暂态特性参数用于判断各所述断路器的开断能力。

一种直流系统中断路器暂态特性分析装置，包括：

输入模块，用于获取直流系统的系统参数；

大步长仿真模块，用于对所述系统参数进行大步长仿真，得到所述直流系统发生故障时每个断路器的开关参数；所述开关参数包括断路器的动作状态和流过断路器的电流；

分布函数计算模块，用于基于所述开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数；

故障电流获取模块，用于根据所述分布函数获取各断路器的最大故障电流；

仿真分析模块，用于按照所述最大故障电流对各所述断路器进行小步长仿真，得到各所述断路器的暂态特性参数，所述暂态特性参数用于判断各所述断路器的开断能力。

上述直流系统中断路器暂态特性分析方法及装置，获取直流系统的系统参数后，对系统参数进行大步长仿真，得到直流系统发生故障时每个断路器的开关参数，开关参数包括断路器的动作状态和流过断路器的电流，再基于开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数，根据分布函数获取各断路器的最大故障电流，按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，得到各断路器的暂态特性参数，暂态特性参数用于判断各断路器的开断能力。获取直流系统的系统参数后，通过大步长仿真和动作与电流分布建模可以得到最大故障电流，然后按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，进行严重工况筛选，得到断路器的暂态特性参数，可以用于判断断路器的开断能力，该方法既使在断路器面临多种短路类型和短路电流变化复杂的情况下，也能进行断路器暂态特性的准确分析，有利于快速找到高压断路器故障问题，作为控制直流系统的有力指导，使用可靠。

在其中一个实施例中，所述直流系统发生故障的故障类型为两个以上。

在其中一个实施例中，所述对所述系统参数进行大步长仿真，得到所述直流系统发生故障时每个断路器的开关参数，包括：

对所述系统参数进行大步长仿真，得到所述直流系统的运行方式和故障类型；

遍历所述断路器可能出现的故障，得到所述直流系统发生故障时，各所述断路器在不同的故障类型下对应的开关参数。

在其中一个实施例中，所述基于所述开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数，包括：

汇总所述开关参数，计算不同故障类型对应的所述断路器的动作概率；

根据所述动作概率和流过所述断路器的电流，得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数。

在其中一个实施例中，所述根据所述动作概率和流过所述断路器的电流，得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数，包括：

根据所述动作概率和流过所述断路器的电流，得到故障动作次数加权的分布函数。

在其中一个实施例中，所述根据所述分布函数获取各断路器的最大故障电流，包括：

对所述分布函数采用聚类分析，得到各断路器的最大故障电流。

在其中一个实施例中，所述对所述分布函数采用聚类分析，得到各断路器的最大故障电流，包括：

对所述分布函数采用K-means聚类分析，得到各断路器的最大故障电流。

在其中一个实施例中，所述按照所述最大故障电流对各所述断路器进行小步长仿真，得到各所述断路器的暂态特性参数，包括：

基于Cassie-Mayr电弧模型，按照所述最大故障电流对各所述断路器进行小步长仿真，得到各所述断路器的暂态特性参数。

在其中一个实施例中，所述故障类型包括换流站内故障、直流线路故障和交流侧故障中的至少一种。

附图说明

图1为一个实施例中直流系统中断路器暂态特性分析方法的流程图；

图2为另一个实施例中直流系统中断路器暂态特性分析方法的流程图；

图3为又一个实施例中直流系统中断路器暂态特性分析方法的流程图；

图4为一个实施例中昆柳龙三端直流系统单极拓扑结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，提供一种直流系统中断路器暂态特性分析方法，该方法主要对直流系统中的断路器的暂态特性进行分析。直流系统是指国内外已经建成或尚未建成的高压直流输电系统。进一步地，直流系统也可以为特高压混合多端直流系统。以昆柳龙直流工程为例，该工程依托乌东德水电站，采用±800kV真双极主接线方式的三端混合直流输电方案。其中送端云南昆北站采用常规直流(LCC)方式，广西柳州站和广东龙门站采用柔性直流(MMC)方式，额定直流电压为±800kV(极对中性母线)，每极采用高低两个换流器串联方式，柔直站桥臂功率模块采用半桥和全桥功率模块混合级联的结构。昆北站额定功率和额定电流分别为8000MW和5000A，受端柳州站、龙门站的分别为3000MW和1875A、5000MW和3125A。昆柳龙直流系统兼具多端、柔性和混合三大特点，同时具备三站同时启停、柔直站在线投退、Y-ESOF（闭锁本站）和X-ESOF(闭锁三站)、OLT(空载加压运行)和柔直站STATCOM(无功补偿)等功能，所以相较于常规两端直流，其运行方式更加多样，控制和保护策略更加复杂、存在更多的故障类型、短路容量也更大。昆柳龙直流系统运行方式包括三端双极大地回线满功率运行、柳龙双端双极大地回线运行、昆柳双端单极大地回线运行、昆龙双端双极大地回线运行、三端单极金属回线运行、三端降压运行、三端单阀组运行等。

直流系统中断路器一般为高压断路器，又称直流场开关，直流场开关包括直流转换开关、旁路开关以及高速并联开关。本申请提出的直流系统中断路器暂态特性分析方法可以对直流系统中的所有开关进行暂态特性分析，以提高直流系统的工作性能。其中直流转换开关的作用是在不中断功率输送的前提下，实现系统运行方式的切换，并根据系统需要开断故障电流，根据其在系统中的布置方式和作用，可以分为4种类型，即金属回线转换开关、大地回线转换开关、中性母线开关、中性母线接地开关。旁路开关的作用是在换流器退出运行过程中把换流器短路，在换流器投入运行过程中把电流转移到换流阀中。高速并联开关在换流站退出运行时实现线路的电气隔离。

具体地，请参见图1，直流系统中断路器暂态特性分析方法包括以下步骤：

步骤S100：获取直流系统的系统参数。

在进行断路器暂态特性分析之前，首先获取直流系统的系统参数，根据系统参数可以构建一个与直流系统对应的系统模型。其中，系统参数可以结构参数、工作参数和环境参数，结构参数可以包括组成直流系统的各个器件、各个器件之间的连接关系等，工作参数为组成直流系统的各个器件的工作参数，如电压电流等，环境参数可以包括直流系统的工作环境参数，包括地势、温度和湿度等，以获得一个与真实的直流系统类似的直流系统模型，提高后续分析结果的准确性。可以理解的是，该直流系统可以为已经投入使用的直流系统，系统参数可以包括建立直流系统时的初始工作参数和直流系统在使用一段时间后的当前状态下对应的系统参数，基于系统参数得到后续的分析结果可以作为对当前直流系统工作性能的评估。或者，该直流系统也可以为计划搭建的、还未投入使用的直流系统，获取计划的直流系统的预设参数作为系统参数，后续分析的结果可以作为优化系统性能的有力依据。

步骤S200：对系统参数进行大步长仿真，得到直流系统发生故障时每个断路器的开关参数。

获取到系统参数后，对系统参数进行大步长仿真，进行断路器故障模糊定位，得到直流系统发生故障时每个断路器的开关参数。具体地，进行大步长仿真时，根据直流系统的运行方式和故障类型执行大步长仿真，当直流系统发生故障时，记录直流系统中各个断路器的工作参数，用于后续分析。其中，开关参数包括断路器的动作状态和流过断路器的电流，具体地，断路器的动作状态包括断路器的导通或断开状态等。可以理解，开关参数还可以包括其他参数，例如断路器上的电压和电弧等，可根据实际情况确定。大步长仿真的步长是指时间，在直流系统领域，大步长仿真可以为微秒级的仿真。步长的具体数值并不是唯一的，可根据实际需求选择，只要本领域技术人员认为可以实现即可。对系统参数进行大步长仿真可以解决柔性直流模式应用于特高压电网后，高压断路器面临的短路电流变化方式呈现数量级增长等问题。

步骤S300：基于开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数。

获取到各个断路器的开关参数后，由于开关参数包括断路器的动作状态和流过断路器的电流，根据断路器的动作状态和流过断路器的电流可以得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数。具体地，分布函数又称累计分布函数，是概率密度函数的积分，能完整描述一个随机变量X的概率分布。故障动作概率是指直流系统发生动作时，断路器动作的概率。故障电流是指直流系统发生故障时，流过断路器的电流。得到故障动作概率及故障电流后，以故障电流为自变量，故障动作概率为因变量，得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数。进一步地，还可以根据故障动作概率及故障电流对应的分布函数，绘制概率密度分布图，从而直观显示出不同的故障电流下断路器的工作状态变化。

步骤S400：根据分布函数获取各断路器的最大故障电流。

得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数后，根据已有的故障动作概率及故障电流数值，获取各断路器的最大故障电流。最大故障电流为断路器可能流过的电流值中最大的电流。获取最大故障电流后，可以作为评估断路器在极端电流条件下的工作性能的重要依据。

步骤S500：按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，得到各断路器的暂态特性参数。

最大故障电流可以表征直流系统的严重工况，按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，得到各断路器的暂态特性参数，暂态特性参数用于判断各断路器的开断能力。采用最严重工况下的电流和实际现场断路器参数进行仿真，可以判断高压断路器是否可以在规定时间内开断故障电流，从而评估各断路器的开断能力，从而可以根据断路器的开断能力对断路器的工作过程进行控制，保障断路器的工作性能。例如，若仿真发现柳州站的中性母线开关流过的最大电流值为8.5KA，其也是柳州站内所有直流场开关中流过最大故障电流的开关，则可以通过仿真其最严重工况下即故障电流大小为8.5kA情况下的断路器开关过程，如果实际断路器能承受住该电流值，则可以说明该站直流开关在发生故障时都能稳定开断故障电流。

在一个实施例中，直流系统发生故障的故障类型为两个以上。直流系统实际运行时，故障类型也是多种多样的。通过对两个以上的故障类型考虑进直流系统中断路器暂态特性分析方法中，可以使对断路器的分析更加贴近实际，从而提高得到的断路器的暂态特性参数的准确性。

在一个实施例中，故障类型包括换流站内故障、直流线路故障和交流侧故障中的至少一种。其中，换流站内故障包括换流阀接地故障、极出线接地故障、接地极断线故障、高低端阀组接地故障和换流变压器接地故障中的一种或多种，直流线路故障为直流系统中的线路故障，以昆柳龙直流工程为例，直流线路故障包括昆柳段线路接地故障和柳龙段线路接地故障中的至少一种，交流侧故障包括单相短路故障、三相短路故障和相间短路故障中的一种或多种。可以理解，故障类型的数量和种类越多时，对断路器的暂态特性分析越准确，具体的故障类型的数量和种类并不是固定的，可根据实际需求选择，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，步骤S200包括步骤S210和步骤S220。

步骤S210：对系统参数进行大步长仿真，得到直流系统的运行方式和故障类型。

获取到直流系统的系统参数后，首先确定直流系统仿真类型，然后梳理其运行方式和故障类型，执行大步长快速仿真。以直流系统为混合三端直流系统为例，混合三端直流系统单极拓扑请参见图4，图中所有的开关均为本申请提出的直流系统中断路器暂态特性分析方法的研究对象。直流系统的运行方式包括三站同时启停、柔直站在线投退、Y-ESOF（闭锁本站）和X-ESOF(闭锁三站)、OLT(空载加压运行)和柔直站STATCOM(无功补偿)等，直流系统的故障类型可以包括换流站内故障、直流线路故障和交流侧故障等。

步骤S220：遍历断路器可能出现的故障，得到直流系统发生故障时，各断路器在不同的故障类型下对应的开关参数。

得到直流系统的运行方式和故障类型后，在直流系统的不同运行方式下，遍历断路器可能出现的故障，得到直流系统发生故障时，各断路器在不同的故障类型下对应的开关参数。得到直流系统的运行方式和故障类型后，制定大步长模糊定位的循环工作流。具体地，以昆柳龙直流工程为例，快速遍历高压断路器可能出现的系统全部永久故障，设置工作流记录，工作流用于记录三个站里每个开关的动作状态以及流过其电流大小情况。

在一个实施例中，请参见图2，步骤S300包括步骤S310和步骤S320。

步骤S310：汇总开关参数，计算不同故障类型对应的断路器的动作概率。

得到各个断路器在各种故障类型下的开关参数后，对开关参数进行汇总，得到在直流系统发生不同类型的故障时，断路器的导通和断开的状态，以及开合的次数，然后对于开关的动作状态，计算故障类型工况中直流断路器的动作概率，即不同故障类型对应的断路器的动作概率。

步骤S320：根据动作概率和流过断路器的电流，得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数。

得到不同故障类型对应的断路器的动作概率后，结合流过断路器的电流，以故障电流为自变量，故障动作概率为因变量，得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数。进一步地，还可以根据故障动作概率及故障电流对应的分布函数，绘制概率密度分布图，从而直观显示出不同的故障电流下断路器的工作状态变化。

在一个实施例中，请参见图3，步骤S320包括步骤S321。

步骤S321：根据动作概率和流过断路器的电流，得到故障动作次数加权的分布函数。

得到不同故障类型对应的断路器的动作概率后，结合流过断路器的电流，可以对故障动作次数分配不同的权重，得到故障动作次数加权的分布函数，使得到的分布函数更加满足需求。其中，故障动作次数加权的分布函数可以理解为故障动作次数加权的高压断路器故障电流概率分布关系，进一步地，还可以根据故障动作次数加权的分布函数绘制概率密度分布图，显示直观。

在一个实施例中，请参见图2，步骤S400包括步骤S410。

步骤S410：对分布函数采用聚类分析，得到各断路器的最大故障电流。

当故障类型包括两个以上，尤其是当故障类型的数量较多时，得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数后，采用聚类分析建模，将故障电流按照故障类型进行聚类，分析在不同故障类型中，各断路器的最大故障电流。采用聚类分析得到各断路器的最大故障电流适用于故障类型较多的场景，可以更好地满足仿真需求。

在一个实施例中，请参见图3，步骤S410包括步骤S411。

步骤S411：对分布函数采用K-means聚类分析，得到各断路器的最大故障电流。

具体地，K-means聚类分析的一般步骤包括:在n个待归类的大规模数集中的元素中选择K个元素作为计算中心点，计算数集中所有元素与中心的间距，合理的以间距最小为方法将每个元素分到不同的类，计算不同组别中数据的均值，将此值作为新的中心值，算出每个元素点与K个聚类中心的间距，并使得该元素分到与其间距最小的集群中心点所属的类当中去。对分布函数采用K-means聚类分析时，收敛速度快，计算方便。可以理解，在其他实施例中，也可以采用其他算法获取各断路器的最大故障电流，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，步骤S500包括步骤S510。

步骤S510：基于Cassie-Mayr电弧模型，按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，得到各断路器的暂态特性参数。

具体地，建立Cassie-Mayr电弧模型，依据故障动作概率及故障电流对应的分布函数，设置各类高压断路器按最大故障电流值进行仿真，得到各断路器的暂态特性参数。通过确定动作概率加权的动作电流最大值依次判定开关能否在故障时可靠动作，判据为采用最严重工况下的电流和实际现场断路器参数进行仿真，判断高压断路器是否可以在规定时间内开断故障电流。

具体过程包括：1）建立断路器仿真电弧模型，采用Cassie-Mayr模型，将电弧视为一个非线性时变电阻：

（1）

其中，

为断路器的电弧的等效电阻值，

为断路器上的电压值，

为流过断路器中的电流值，

为单位长度电弧的电导。

Cassie-Mayr模型的数学表达式如式（2）:

（2）

式中，

为电弧电导，

为电弧时间常数，

为功率耗散系数，

为流过断路器中的电流值,

为断路器上的电压值。

简成如下形式:

（3）

式中，

为断路器的电弧的等效电阻值，

为断路器上的电压值，

、

、

、

均为功率耗散系数。

2）采用PSCAD建立电弧模型，即将其看作为一个由电弧电流i作为输入变量的可控时变电阻。模型中选取功率耗散系数

=7MW，

=15.5

，

=0.27，

=0.59。

为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中，直流系统中断路器暂态特性分析方法包括如下步骤：

1、基于大步长仿真的高压断路器故障模糊定位

为解决柔性直流模式应用于特高压电网后，高压断路器面临传统方法较难以解决的短路电流变化方式呈现数量级增长以及微秒级仿真步长受限等问题，提出采用大步长仿真模糊定位的数据处理方法。具体如下：

一是确定混合三端直流系统仿真类型，梳理其运行方式和故障类型，执行大步长快速仿真，昆柳龙混合三端直流系统单极拓扑如图4所示。

二是制定大步长模糊定位的循环工作流。快速遍历高压断路器可能出现的系统全部永久故障，设置工作流记录，用于三个站里每个开关的动作状态以及流过其电流大小情况记录。

2、基于高压断路器动作频次的动作电流概率分布建模

一是汇总上述仿真高压断路器动作情况，对于开关的动作状态，计算故障类型工况中直流断路器的动作概率。

二是匹配故障动作概率及故障电流对应关系。建立故障动作次数加权的高压断路器故障电流概率分布关系，并绘制概率密度分布图。

3、基于K-means聚类的最大电流暂态故障筛选

一是采用聚类分析建模，将故障电流大小按故障类型进行聚类，分析在不同故障类型中，各直流场开关最大故障电流。K-means聚类算法的一般步骤如下:

（1）在n个待归类的大规模数集中的元素中选择K个元素作为计算中心点。

（2）计算数集中所有元素与中心的间距，合理的以间距最小为方法将每个元素分到不同的类；

（3）计算不同组别中数据的均值，将此值作为新的中心值。

（4）算出每个元素点与K个聚类中心的间距，并使得该元素分到与其间距最小的集群中心点所属的类当中去；

4、小步长仿真最严重故障状态。将聚类结果中最严重的故障电流采用小步长仿真，判断高压断路器的开断能力。

建立Cassie-Mayr电弧模型，依据概率密度分布图，设置各类高压断路器按最大故障电流值进行仿真，并对其暂态特性做出分析。确定动作概率加权的动作电流最大值依次判定开关能否在故障时可靠动作。判据为采用最严重工况下的电流和实际现场断路器参数进行仿真，判断高压断路器是否可以在规定时间内开断故障电流。

1）建立断路器仿真电弧模型，采用Cassie-Mayr模型，将电弧视为一个非线性时变电阻：

（1）

其中，

为断路器的电弧的等效电阻值，

为断路器上的电压值，

为流过断路器中的电流值，

为单位长度电弧的电导。

Cassie-Mayr模型的数学表达式如式（2）:

（2）

式中，

为电弧电导，

为电弧时间常数，

为功率耗散系数，

为流过断路器中的电流值,

为断路器上的电压值。

简成如下形式:

（3）

式中，

为断路器的电弧的等效电阻值，

为断路器上的电压值，

、

、

、

均为功率耗散系数。

2）采用PSCAD建立电弧模型，即将其看作为一个由电弧电流i作为输入变量的可控时变电阻。模型中选取功率耗散系数

=7MW，

=15.5

，

=0.27，

=0.59。

本实施例仿真了198种多端直流系统故障，通过本申请所提出的方法，可得到以下结论：

1、确定了柳州和龙门站站的中性母线开关和直流母线开关动作最多，其中主要来自其站内发生的直流故障，由于仿真的故障类型都是单极故障，所以可以得出当柔直站内发生直流单极故障时，其站内的中性母线开关和直流母线开关大概率会动作，并将故障极退出运行，受端系统会损失一半的功率。

2、从故障电流汇结果可以看到柳州站的中性母线开关流过的最大电流值为8.5KA，其也是柳州站内所有直流场开关中流过最大故障电流的开关。所以可以通过仿真其最严重工况下即故障电流大小为8.5kA情况下的断路器开关过程，如果实际断路器能承受住该电流值，则可以说明该站直流开关在发生故障时都能稳定开断故障电流。以此可以说明另外两站的情况。

3、通过绘制的故障电流分布结果可以看出当发生故障时，昆北站大部分开关流过的故障电流峰值超过5KA（额定电流）的概率超过了50%，柳北（柳州）站大部分开关故障电流超过2kA（额定电流）的概率超过了40%，龙门站大部分开关故障电流超过3kA（额定电流）的概率超过了50%，所以当三端系统发生故障后，有一半的可能性各直流场开关所流过的故障电流都超过了正常运行时稳态值。

4、根据聚类分析得到的故障电流分类结果表明，在多端直流线路长、结构复杂，故障点和故障类型不好确定的实际情况下，合理增加开关通流能力和开断容量，将有助于提高三端直流系统故障穿越能力。

本申请旨在解决具有显著优势的柔性直流技术应用于特高压电网后，高压断路器面临传统方法较难以解决的多类型短路电流、多类型电流变化、微秒级仿真及故障确定等困难。该申请采用大步长仿真定位+动作频次加权电流建模+基于K-means聚类的最大故障电流遍历方法，以期提供一种直流场高压断路器新型故障特性仿真分析方法，为多端混合柔性直流模式下迅速找到高压断路器故障问题提供解决方案。

该直流系统中断路器暂态特性分析方法提供了一种快速定位柔性直流高压电网中，高压断路器暂态特性分析技术。该技术将解决断路器在柔性直流输电中面临多种短路类型和短路电流变化复杂等问题，有助于柔性直流输电技术高压故障问题的快速诊断，并通过大步长模糊筛选+动作频次加权分布+聚类分析与小步长严重工况筛选的方法，实现特高压柔性直流输电领域的断路器暂态特性仿真分析。

上述直流系统中断路器暂态特性分析方法，获取直流系统的系统参数后，对系统参数进行大步长仿真，得到直流系统发生故障时每个断路器的开关参数，开关参数包括断路器的动作状态和流过断路器的电流，再基于开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数，根据分布函数获取各断路器的最大故障电流，按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，得到各断路器的暂态特性参数，暂态特性参数用于判断各断路器的开断能力。获取直流系统的系统参数后，通过大步长仿真和动作与电流分布建模可以得到最大故障电流，然后按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，进行严重工况筛选，得到断路器的暂态特性参数，可以用于判断断路器的开断能力，该方法既使在断路器面临多种短路类型和短路电流变化复杂的情况下，也能进行断路器暂态特性的准确分析，有利于快速找到高压断路器故障问题，作为控制直流系统的有力指导，使用可靠。

在一个实施例中，提供一种直流系统中断路器暂态特性分析装置，包括输入模块、大步长仿真模块、分布函数计算模块、故障电流获取模块和仿真分析模块，输入模块用于获取直流系统的系统参数，大步长仿真模块用于对系统参数进行大步长仿真，得到直流系统发生故障时每个断路器的开关参数，开关参数包括断路器的动作状态和流过断路器的电流，分布函数计算模块用于基于开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数，故障电流获取模块用于根据分布函数获取各断路器的最大故障电流，仿真分析模块用于按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，得到各断路器的暂态特性参数，暂态特性参数用于判断各断路器的开断能力。关于直流系统中断路器暂态特性分析装置的工作内容与直流系统中断路器暂态特性分析方法的过程对应，已在上文中进行详细说明，在此不再赘述。

上述直流系统中断路器暂态特性分析装置，获取直流系统的系统参数后，对系统参数进行大步长仿真，得到直流系统发生故障时每个断路器的开关参数，开关参数包括断路器的动作状态和流过断路器的电流，再基于开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数，根据分布函数获取各断路器的最大故障电流，按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，得到各断路器的暂态特性参数，暂态特性参数用于判断各断路器的开断能力。获取直流系统的系统参数后，通过大步长仿真和动作与电流分布建模可以得到最大故障电流，然后按照最大故障电流对各断路器进行小步长仿真，进行严重工况筛选，得到断路器的暂态特性参数，可以用于判断断路器的开断能力，该方法既使在断路器面临多种短路类型和短路电流变化复杂的情况下，也能进行断路器暂态特性的准确分析，有利于快速找到高压断路器故障问题，作为控制直流系统的有力指导，使用可靠。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种直流系统中断路器暂态特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取直流系统的系统参数；

对所述系统参数进行大步长仿真，得到所述直流系统发生故障时每个断路器的开关参数；所述开关参数包括断路器的动作状态和流过断路器的电流；

基于所述开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数；所述故障动作概率为所述直流系统发生故障时，断路器动作的概率；所述故障电流为所述直流系统发生故障时，流过断路器的电流；所述故障动作概率及故障电流对应的分布函数为以所述故障电流为自变量，以所述故障动作概率为因变量得到的函数；

根据所述分布函数获取各断路器的最大故障电流；

按照所述最大故障电流对各所述断路器进行小步长仿真，得到各所述断路器的暂态特性参数，所述暂态特性参数用于判断各所述断路器的开断能力。

2.根据权利要求1所述的直流系统中断路器暂态特性分析方法，其特征在于，所述直流系统发生故障的故障类型为两个以上。

3.根据权利要求2所述的直流系统中断路器暂态特性分析方法，其特征在于，所述对所述系统参数进行大步长仿真，得到所述直流系统发生故障时每个断路器的开关参数，包括：

对所述系统参数进行大步长仿真，得到所述直流系统的运行方式和故障类型；

遍历所述断路器可能出现的故障，得到所述直流系统发生故障时，各所述断路器在不同的故障类型下对应的开关参数。

4.根据权利要求1所述的直流系统中断路器暂态特性分析方法，其特征在于，所述基于所述开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数，包括：

汇总所述开关参数，计算不同故障类型对应的所述断路器的动作概率；

根据所述动作概率和流过所述断路器的电流，得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数。

5.根据权利要求4所述的直流系统中断路器暂态特性分析方法，其特征在于，所述根据所述动作概率和流过所述断路器的电流，得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数，包括：

根据所述动作概率和流过所述断路器的电流，得到故障动作次数加权的分布函数；所述故障动作次数加权的分布函数为对故障动作次数分配不同的权重，得到的故障动作次数加权的分布函数。

6.根据权利要求2所述的直流系统中断路器暂态特性分析方法，其特征在于，所述根据所述分布函数获取各断路器的最大故障电流，包括：

对所述分布函数采用聚类分析，得到各断路器的最大故障电流；所述各断路器的最大故障电流为每个断路器对应的最大故障电流。

7.根据权利要求6所述的直流系统中断路器暂态特性分析方法，其特征在于，所述对所述分布函数采用聚类分析，得到各断路器的最大故障电流，包括：

对所述分布函数采用K-means聚类分析，得到各断路器的最大故障电流。

8.根据权利要求1所述的直流系统中断路器暂态特性分析方法，其特征在于，所述按照所述最大故障电流对各所述断路器进行小步长仿真，得到各所述断路器的暂态特性参数，包括：

基于Cassie-Mayr电弧模型，按照所述最大故障电流对各所述断路器进行小步长仿真，得到各所述断路器的暂态特性参数。

9.根据权利要求2所述的直流系统中断路器暂态特性分析方法，其特征在于，所述故障类型包括换流站内故障、直流线路故障和交流侧故障中的至少一种。

10.一种直流系统中断路器暂态特性分析装置，其特征在于，包括：

输入模块，用于获取直流系统的系统参数；

大步长仿真模块，用于对所述系统参数进行大步长仿真，得到所述直流系统发生故障时每个断路器的开关参数；所述开关参数包括断路器的动作状态和流过断路器的电流；

分布函数计算模块，用于基于所述开关参数得到故障动作概率及故障电流对应的分布函数；所述故障动作概率为所述直流系统发生故障时，断路器动作的概率；所述故障电流为所述直流系统发生故障时，流过断路器的电流；所述故障动作概率及故障电流对应的分布函数为以所述故障电流为自变量，以所述故障动作概率为因变量得到的函数；

故障电流获取模块，用于根据所述分布函数获取各断路器的最大故障电流；

仿真分析模块，用于按照所述最大故障电流对各所述断路器进行小步长仿真，得到各所述断路器的暂态特性参数，所述暂态特性参数用于判断各所述断路器的开断能力。

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