[發明專利]考慮真空斷路器預擊穿特性的建模與仿真方法

在審

• 申請號: 201710303326.5
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN107423474A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 江曉鋒;郭亞勛;劉剛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明涉及電力系統仿真技術領域，具體涉及一種考慮真空斷路器預擊穿特性的建模與仿真方法。

背景技術

真空斷路器由于具有體積小、質量輕、環保和適合頻繁操作等特點，在中壓領域具有得天獨厚的優勢，具有廣泛的應用前景。然而，真空斷路器在常見的投切并聯電抗器等感性負載時常伴隨著過電壓的產生，威脅設備和系統的運行安全。相關研究認為，這與斷路器合閘過程中的預擊穿現象有關。

對真空斷路器預擊穿的研究常見的有實驗和仿真兩種方法。然而，實驗成本較高，而且，由于不同工作條件下電路參數差異較大和實驗條件等原因，實驗研究具有很大的局限性。而仿真研究可以任意設定電路參數，在一定的簡化條件下，通過計算機程序既可以對該種情況下的過電壓及其影響因素進行計算研究，也可以對過電壓保護裝置及其效果進行仿真研究，具有一定經濟性。但是現有的仿真軟件中真空斷路器建模方式較為簡單，未考慮真空斷路器所具有的預擊穿特性，因此，對真空斷路器的預擊穿特性進行準確建模與仿真就顯得尤為必要。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種考慮真空斷路器預擊穿特性的建模與仿真方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種考慮真空斷路器預擊穿特性的建模與仿真方法，所述建模與仿真方法包括下列步驟：

S1、將真空斷路器等效為帶并聯支路的可控電阻，其并聯支路為電阻、電感、電容或這三者的任意組合、任意連接方式；

S2、建立真空斷路器觸頭間介質絕緣強度模型，確定斷路器合閘過程中的觸頭間介質絕緣強度與時間之間的函數關系；

S3、建立真空斷路器的高頻電流熄滅能力模型，確定描述高頻電流熄滅的要素為高頻電流持續時間和高頻電流過零時的電流導數，及其需要滿足的條件；

S4、將真空斷路器可能具有的狀態劃分為4個：合閘前、暫態恢復電壓過程、高頻電流持續過程和完全合閘，并確定各狀態間的相互轉換關系，其中，合閘前記為狀態1，暫態恢復電壓過程記為狀態2，高頻電流持續過程記為狀態3，完全合閘記為狀態4；

S5、通過建模實現對可控電阻阻值的控制，進行仿真。

進一步地，所述可控電阻的阻值可以通過編程與仿真軟件交互，可以在仿真過程中隨仿真時間而改變，具體大小由程序輸出所控制。

進一步地，所述并聯支路上的電阻、電感、電容值均為固定值。

進一步地，所述斷路器合閘過程中的觸頭間介質絕緣強度與時間之間的函數關系應滿足介質絕緣強度隨著時間的增加而單調遞減，最后等于0。

進一步地，所述高頻電流熄滅需要滿足的條件為：高頻電流需持續一定時間以上，高頻電流過零時的電流導數小于某常數，且該常數的取值范圍為1×10⁵kA/s～10×10⁵kA/s。

進一步地，所述各狀態間的相互轉換關系包括：

在真空斷路器沒有收到合閘命令前的狀態一直保持為狀態1，收到合閘命令后的第一次電壓V_brk大于介質絕緣強度時狀態由狀態1轉換為狀態3，其中，V_brk指可控電阻兩端的電壓差。

進一步地，所述各狀態間的相互轉換關系包括：

狀態3轉換為狀態2的條件為：通過可控電阻的電流滿足高頻電流熄滅條件。

進一步地，所述各狀態間的相互轉換關系包括：

狀態2轉換為狀態3的條件為：可控電阻兩端的電壓差V_brk大于或等于介質絕緣強度。

進一步地，所述可控電阻在各狀態中的表達式如下：

狀態1:R＝1MΩ；

狀態2:R＝1MΩ；

狀態3:

狀態4:R＝0。

進一步地，合閘開始后，所述介質絕緣強度按如下方程計算：

U＝TRV_lim-A(t-t_close)-B

其中，TRV_lim為真空斷路器絕緣強度能承受的最大值，A、B為計算系數，t為仿真時間，t_close是合閘開始時的時間，TRV_lim的計算方式如下：

其中，k_af為振幅系數，k_pp為首開極系數，E_mag是斷路器額定電壓。

本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：