[發(fā)明專利]一種變電站10kV母線旁路轉(zhuǎn)供帶電作業(yè)分析與仿真方法

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• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN112290537A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉培賢;楊洋;龍凱;黨軍朋;王建華;鄭博文;丁超;龔楷;李波;旃新翔
• 申請（專利權(quán)）人: 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00
• 代理公司: 昆明正原專利商標(biāo)代理有限公司 53100
• 代理人: 金耀生

1.一種變電站10kV母線旁路轉(zhuǎn)供帶電作業(yè)分析與仿真方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟S1：將疊加原理的思想應(yīng)用到單位電流法中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算合環(huán)操作過程中的循環(huán)電流；

步驟S2：采用提高合環(huán)開關(guān)兩側(cè)母線負(fù)荷對稱度以及減小合環(huán)開關(guān)兩側(cè)母線電壓相量差的方法來提高母線合環(huán)轉(zhuǎn)供的成功率，并運(yùn)用MATLAB/Simulink仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證；

步驟S3：采用電弧黑盒模型模擬電弧的暫態(tài)特性，并分別從多種角度，研究合環(huán)開關(guān)解環(huán)過程對電弧電流的影響因素，并運(yùn)用ATP-EMTP仿真軟件進(jìn)行分析研究。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站10kV母線旁路轉(zhuǎn)供帶電作業(yè)分析與仿真方法，其特征在于：所述步驟S1的具體實(shí)現(xiàn)如下：

基于疊加原理思想的單位電流法，能夠在母線負(fù)荷轉(zhuǎn)供的過程中，實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)供線路的循環(huán)電流，用于避免計(jì)算復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣，基于疊加原理思想的單位電流法的基本步驟如下：

(1)在合環(huán)開關(guān)合環(huán)之前，首先測量保留網(wǎng)絡(luò)原有電源和負(fù)荷的情況下合環(huán)開關(guān)兩側(cè)兩條母線的電壓相量值和

(2)保證其他節(jié)點(diǎn)均無電流注入的情況下在合環(huán)開關(guān)兩側(cè)兩條母線分別注入大小相等方向相反的單位電流，并再次測量兩條母線的電壓相量值和

(3)根據(jù)疊加原理的思想，通過前兩次的測量值相減得到將系統(tǒng)中負(fù)荷和上級網(wǎng)絡(luò)電源全部置0時(shí)的無源網(wǎng)絡(luò)中注入單位電流的測量情況，進(jìn)而求解得到等值阻抗與循環(huán)電流，計(jì)算表達(dá)式如下：

式中，ΔU_a、ΔU_b為注入單位電流前后的電壓向量差；I_e為單位電流；Z_∑為系統(tǒng)等值阻抗；I_{循環(huán)}為循環(huán)電流。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站10kV母線旁路轉(zhuǎn)供帶電作業(yè)分析與仿真方法，其特征在于：所述步驟S2的具體實(shí)現(xiàn)如下，包括：

提高合環(huán)開關(guān)兩側(cè)母線負(fù)荷對稱度來提高母線合環(huán)轉(zhuǎn)供的成功率包括：

假設(shè)U_AH2、U_BH2為合環(huán)開關(guān)閉合后變壓器T₁和T₂的高壓側(cè)電壓；S_AH2、S_BH2為合環(huán)開關(guān)閉合后流入變壓器T₁和T₂的功率；變壓器T₁和T₂的阻抗為Z_T1和Z_T2；S_AL2、S_BL2為合環(huán)開關(guān)閉合后流出變壓器T₁和T₂的功率；U_AL2、U_BL2為合環(huán)開關(guān)閉合后變壓器T₁和T₂的低壓側(cè)電壓；S_A、S_B為兩條母線的負(fù)荷；ΔS為由母線a流向母線b的功率，計(jì)算循環(huán)電流步驟如下：

(1)合環(huán)開關(guān)閉合后，計(jì)算變壓器T₁和T₂的高壓側(cè)母線電壓U_AH2和U_BH2；

(2)認(rèn)為合環(huán)開關(guān)所在饋線阻抗為0，即U_AL2＝U_BL2＝U_L2，計(jì)算合環(huán)開關(guān)閉合后，變壓器T₁和T₂的高壓側(cè)母線電壓差ΔU_H2：

(3)計(jì)算流入系統(tǒng)總功率S_∑、母線a流向母線b功率ΔS、循環(huán)電流I_c：

S_∑＝S_AL2+S_BL2＝S_A+S_B (8)

ΔS＝S_AL2-S_A＝S_B-S_BL2 (9)

(4)聯(lián)立式(7)至式(10)可得合環(huán)轉(zhuǎn)供時(shí)的循環(huán)電流：

由式(11)可知系統(tǒng)中變壓器型號(hào)和參數(shù)已經(jīng)固定，Z_T1和Z_T2為固定值，調(diào)整合環(huán)開關(guān)兩側(cè)母線負(fù)荷的對稱性越高，即S_A與S_B越相近，則合環(huán)操作后引起的合環(huán)電流就越小，母線合環(huán)轉(zhuǎn)供的成功率越高；

減小合環(huán)開關(guān)兩側(cè)母線電壓相量差的方法來提高母線合環(huán)轉(zhuǎn)供的成功率包括：

假設(shè)有兩條母線進(jìn)行轉(zhuǎn)供操作，母線1電壓幅值小于母線2電壓幅值，要減小合環(huán)開關(guān)兩側(cè)母線電壓相量差，能增大母線1電壓幅值或者減小母線2電壓幅值；合環(huán)開關(guān)兩側(cè)母線電壓相量分別為U₁∠θ₁和U₂∠θ₂，相角差為Δθ＝θ₁-θ₂；以U₂在U₁相量上的投影U_1t為準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整即可得到最小的循環(huán)電流，此時(shí)合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓差擁有最小值ΔU_min，分接頭調(diào)整公式如下所示，k為變壓器分接頭調(diào)整的參數(shù)；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站10kV母線旁路轉(zhuǎn)供帶電作業(yè)分析與仿真方法，其特征在于：所述步驟S3的具體實(shí)現(xiàn)如下：

采用電弧黑盒模型模擬電弧的暫態(tài)特性，基于電弧黑盒模型的基本原理，用如下非線性方程表示電弧電壓：

式中，u_a0(t)和i_a是電弧長度為常數(shù)L₀時(shí)，電弧電壓和電弧電流的值；U_a、U_b、I₀、和R_δ都是定義電弧電壓波形的參數(shù)；sgn(t)為符號(hào)函數(shù)；U_a是電弧電壓梯度E_a和電弧長度L_a的乘積，分量表示電弧電壓的初始值，分量R_δ|i_b(t)|是由i_a決定的擬線性部分，R_δ是電弧電阻的一部分，其值由U_a的值決定；

在電弧模型中考慮電弧的伸長，通過乘以一個(gè)函數(shù)L(t)來實(shí)現(xiàn)，L(t)的表達(dá)式為：

L(t)＝L₀(1+ΔL(t-T_i)h(t-T_i)) (15)

式中：ΔL(t-T_i)表示弧長改變量，T_i是電弧的開始時(shí)間，h(t)是赫維賽德函數(shù)；

聯(lián)立式(15)和式(16)有：

采用指數(shù)函數(shù)來描述電弧長度改變的動(dòng)態(tài)過程：

L(t)＝L₀[1+Ae^B(t-Ti)h(t-T_i)] (18)

式中：A、B為決定弧長改變量的參數(shù)，且：

ΔL(t-T_i)＝Ae^B(t-Ti)h(t-T_i) (19)

綜上所述，電弧模型的表達(dá)式：

再聯(lián)立式(19)和式(20)，得：

u_a(t)＝u_a0(t)[1+Ae^B(t-Ti)h(t-T_i)] (21)

式中：A、B的值為常數(shù)，在相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過曲線擬合的方法計(jì)算得到，能夠基本保證仿真模型的準(zhǔn)確性。