本發明屬于電氣工程領域，具體涉及一種分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析方法及系統。

背景技術：

特高壓直流的高端換流器和低端換流器分別接入不同電壓等級的交流系統，相應的無功設備也會分層接入不同電壓等級，高低端換流變及相應無功設備將通過交流特高壓主變或交流系統形成環網。特高壓直流輸電工程采用受端分層接入方式后，與已投運的直流輸電工程結構不同，目前開展的研究較少，可直接借鑒使用的成果不多，缺乏用來指導工程實踐和推廣應用技術依據，因此需要開展特高壓直流分層接入高低端換流器、無功設備以主變環網的電磁暫態研究。特高壓直流分層接入高低端換流器后，會對換流站及所接入交流系統的過電壓、諧振特性以及1000kv交流濾波器斷路器的分斷性能產生影響，因此有必要對特高壓直流分層接入高低端換流器、無功設備及交流主變環網的電磁暫態進行研究，掌握特高壓直流分層接入后近區交直流系統的電磁暫態特性，提出勵磁涌流及過電壓抑制措施，提出特高壓直流輸電系統分層接入1000kv交流濾波器斷路器性能指標，為工程設計和設備研制提供依據。

在高壓直流輸電工程的換流站內一般安裝有3大組、8～12小組交流濾波器/電容器組(以下簡稱濾波器組)，為換流器工作提供無功并濾除它所產生的交流諧波。由于濾波器組容量大(容性)、投切頻繁，所以與一般交流變電站中使用的斷路器相比，用于hvdc換流站交流濾波器投切的斷路器除應滿足一般常規要求外，還必須滿足斷路器斷口恢復電壓(transientrecovervoltage，trv)更高、切斷電容電流更大和配備選相合閘功能等特殊要求，這些特殊要求直接影響換流站濾波器組斷路器的設備選型。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

鑒于上述問題，本發明提供一種分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析方法及系統，通過仿真不同工況下斷路器的開斷負荷參數，以方便技術人員對換流站濾波器組斷路器進行設備選型。

(二)技術方案

本發明一方面提供一種分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析方法，用于仿真分析交流濾波器所連斷路器的電磁暫態特性，所述斷路器用于實現交流濾波器與交流母線連接或者斷開，所述交流母線經變壓器連接至直流輸電線路，方法包括：s1，仿真所述斷路器的不同工況，得到不同工況下斷路器的開斷負荷參數，包括斷路器最大斷口恢復電壓峰值、斷口恢復電壓第一個波峰的陡度、斷路器濾波器側最大斷口對地電壓峰值、斷路器最大流經電流峰值、斷路器最大開斷電流峰值；s2，根據各個工況下斷路器的開斷負荷參數，確定所述斷路器的開斷負荷參數的最大水平；s3，將所述斷路器的開斷負荷參數的最大水平與實際斷路器的開斷負荷參數額定值進行比對，得到比對結果。

進一步，步驟s1中，仿真所述斷路器的不同工況，包括：濾波器投入時斷路器合閘涌流及合閘過電壓、直流線路接地故障后切除大組濾波器、交流線路接地故障后切除大組濾波器、正常穩態運行切除濾波器時斷路器發生一次單相重燃、直流系統閉鎖后逐個切除小組濾波器。

進一步，交流母線的電壓等級為1000kv。

本發明另一方面提供一種分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析系統，用于仿真分析濾波器所連斷路器的電磁暫態特性，所述斷路器用于實現濾波器與交流母線連接或者斷開，所述交流母線經變壓器連接至直流輸電線路，系統包括：仿真模塊，用于仿真所述斷路器的不同工況，得到不同工況下斷路器的開斷負荷參數，包括斷路器最大斷口恢復電壓峰值、斷口恢復電壓第一個波峰的陡度、斷路器濾波器側最大斷口對地電壓峰值、斷路器最大流經電流峰值、斷路器最大開斷電流峰值；參數統計模塊，用于根據各個工況下斷路器的開斷負荷參數，確定所述斷路器的開斷負荷參數的最大水平；比對模塊，用于將所述斷路器的開斷負荷參數的最大水平與實際斷路器的開斷負荷參數額定值進行比對，得到比對結果。

進一步，仿真模塊中，仿真所述斷路器的不同工況，包括：濾波器投入時斷路器合閘涌流及合閘過電壓、直流線路接地故障后切除大組濾波器、交流線路接地故障后切除大組濾波器、正常穩態運行切除濾波器時斷路器發生一次單相重燃、直流系統閉鎖后逐個切除小組濾波器。

進一步，交流母線的電壓等級為1000kv。

(三)有益效果

本發明具有以下有益效果：

(1)實現了對分層接入方式下交流濾波器斷路器的電磁暫態特性分析，對分層接入方式下的設備選型有更重要的指導意義；

(2)綜合考慮多種工況下的濾波器電磁暫態特性，對其特性指標的分析更加全面；

附圖說明

圖1是本發明實施例中分層接入方式下的直流輸電系統的結構示意圖。

圖2是本發明實施例提供的分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析方法的流程圖。

圖3是本發明實施例提供的分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析系統的功能模塊圖。

具體實施方式

本發明提供一種分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析方法及系統，用于仿真分析交流濾波器所連斷路器的電磁暫態特性，方法包括：s1，仿真所述斷路器的不同工況，得到不同工況下斷路器的開斷負荷參數，包括斷路器最大斷口恢復電壓峰值、斷口恢復電壓第一個波峰的陡度、斷路器濾波器側最大斷口對地電壓峰值、斷路器最大流經電流峰值、斷路器最大開斷電流峰值；s2，根據各個工況下斷路器的開斷負荷參數，確定所述斷路器的開斷負荷參數的最大水平；s3，將所述斷路器的開斷負荷參數的最大水平與實際斷路器的開斷負荷參數額定值進行比對，得到比對結果。

根據結合附圖對本發明示例性實施例的以下詳細描述，本發明的其它方面、優勢和突出特征對于本領域技術人員將變得顯而易見。

在本發明中，術語“包括”和“含有”及其派生詞意為包括而非限制；術語“或”是包含性的，意為和/或。

在本說明書中，下述用于描述本發明原理的各種實施例只是說明，不應該以任何方式解釋為限制發明的范圍。參照附圖的下述描述用于幫助全面理解由權利要求及其等同物限定的本發明的示例性實施例。下述描述包括多種具體細節來幫助理解，但這些細節應認為僅僅是示例性的。因此，本領域普通技術人員應認識到，在不背離本發明的范圍和精神的情況下，可以對本文中描述的實施例進行多種改變和修改。此外，為了清楚和簡潔起見，省略了公知功能和結構的描述。此外，貫穿附圖，相同參考數字用于相似功能和操作。

圖1是本發明實施例中分層接入方式下的直流輸電系統的結構示意圖，如圖1所示，直流輸電線路正負極為±800kv輸電線，經過末端換流站(圖中三角形)轉化為交流形式，隨后經不同的變壓器(圖中交叉圓形)連接至不同電壓等級的交流母線，母線電壓等級分別為500kv、1000kv。其中每個交流母線都會通過斷路器(圖未示出)連接若干組交流濾波器用于線路濾波，斷路器在系統內實際上起到開關的作用，即濾波器組與母線連接或者斷開是利用斷路器的開合來實現的。本發明為了分析交流母線的電壓等級為1000kv時斷路器電磁暫態特性分析，提供了一種分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析方法及系統，能夠在不同工況下得到斷路器的開斷負荷參數。

圖2是本發明實施例提供的分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析方法的流程圖，如圖2所示，方法包括：

s1，仿真所述斷路器的不同工況，得到不同工況下斷路器的開斷負荷參數，包括斷路器最大斷口恢復電壓峰值、斷口恢復電壓第一個波峰的陡度、斷路器濾波器側最大斷口對地電壓峰值、斷路器最大流經電流峰值、斷路器最大開斷電流峰值。

具體地，本實施例在pscad中仿真了斷路器的如下6種工況：

工況1：濾波器投入時斷路器合閘涌流及合閘過電壓：

依據斷路器控制策略，直流輸電系統正常啟動的過程中，交流濾波器組是隨著直流輸送容量的增加而逐組投入，以滿足補償無功以及濾除諧波的要求。斷路器合閘涌流是指斷路器在合閘過程中其上所流過的電流，斷路器合閘過電壓是指斷路器在合閘過程中的斷口對地電壓。

工況2：直流線路接地故障后切除大組濾波器：

直流線路系統運行穩定后，直流線路發生接地故障，導致整流側、逆變側雙極閉鎖，在此種情況下，通過同時操作所有大組斷路器來實現切除整流側所有交流濾波器。

工況3：交流線路接地故障后切除大組濾波器：

系統運行穩定后，整流側交流線路發生單相永久接地故障，交流線路斷路器單相重合閘失敗后三相全部斷開，整流側、逆變側雙極閉鎖，通過同時操作所有大組斷路器來切除整流側所有交流濾波器。

工況4：正常穩態運行切除濾波器時斷路器發生一次單相重燃：

系統運行穩定后，通過一組大組斷路器切除一組大組交流濾波器，隨后斷路器發生單相重燃，直流系統正常工作均不閉鎖。

工況5：直流系統閉鎖后逐個切除小組濾波器：

當因故直流系統要發生閉鎖時，整流側換流站先閉鎖，經過一段時延逆變側換流站閉鎖,，隨后逐個切除全部濾波器。

工況6：直流系統閉鎖后逐個切除大組濾波器：

當因故直流系統要發生閉鎖時，整流側換流站先閉鎖，經過一段時延逆變側換流站閉鎖，隨后直接切除整個大組濾波器。

在本步驟中，斷路器最大斷口恢復電壓峰值u是指斷路器兩端電壓的最大值；

斷口恢復電壓第一個波峰的陡度du/dt是指斷路器兩端電壓的最大攀升速度；

斷路器濾波器側最大斷口對地電壓峰值ue是指斷路器近地側對地的電壓最大值；

斷路器最大流經電流峰值im是指斷路器開斷前流過電流的最大值；

斷路器最大開斷電流峰值i是指斷路器開斷過程中流過電流的最大值；

s2，根據各個工況下斷路器的開斷負荷參數，確定所述斷路器的開斷負荷參數的最大水平。

在上述步驟s1中，本實施例已經得到了6中工況下不同的開斷負荷參數，在本步驟s2中，通過統計6中工況中開斷負荷參數，得到開斷負荷參數的最大水平，例如，取6中工況中開斷負荷參數的最大值，作為其最大水平。

s3，將所述斷路器的開斷負荷參數的最大水平與實際斷路器的開斷負荷參數額定值進行比對，得到比對結果。

本實施例通過仿真±800kv特高壓直流輸電分層接入工程1000kv整流側交流濾波器在不同系統運行方式下，斷路器不同合閘和開斷工況下斷路器負荷特性的計算研究，得到了該1000kv側交流濾波器斷路器在各工況下的開斷負荷特性參數的最大水平，計算結果見表1。

表1

表1是所有交流濾波器斷路器各開斷負荷參數的最大水平，與目前我國750kv斷路器操作沖擊額定耐受電壓在斷口間為2075kv，相對地為1550kv，額定峰值耐受電流(峰值)為125ka，開斷容性電流能力為工頻有效值2ka相比較：斷路器在所研究的各種計算工況下開斷容性電流最大值為3.8ka超過了750kv斷路器的標準。

圖3是本發明實施例提供的分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析系統的功能模塊圖，如圖3所示，系統300包括仿真模塊310、參數統計模塊320及比對模塊330，該系統300可以執行上面參考圖2描述的方法，以實現分層接入方式下斷路器電磁暫態特性分析。

具體地，仿真模塊310用于仿真所述斷路器的不同工況，得到不同工況下斷路器的開斷負荷參數，包括斷路器最大斷口恢復電壓峰值、斷口恢復電壓第一個波峰的陡度、斷路器濾波器側最大斷口對地電壓峰值、斷路器最大流經電流峰值、斷路器最大開斷電流峰值；參數統計模塊320用于根據各個工況下斷路器的開斷負荷參數，確定所述斷路器的開斷負荷參數的最大水平；比對模塊330用于將所述斷路器的開斷負荷參數的最大水平與實際斷路器的開斷負荷參數額定值進行比對，得到比對結果。根據本發明的實施例，各個模塊的功能實現可以參見上面參考圖2的描述，這里不再重復。

根據本發明各實施例的上述方法、裝置、單元和/或模塊可以通過有計算能力的電子設備執行包含計算機指令的軟件來實現。該系統可以包括存儲設備，以實現上文所描述的各種存儲。所述有計算能力的電子設備可以包含通用處理器、數字信號處理器、專用處理器、可重新配置處理器等能夠執行計算機指令的裝置，但不限于此。執行這樣的指令使得電子設備被配置為執行根據本發明的上述各項操作。上述各設備和/或模塊可以在一個電子設備中實現，也可以在不同電子設備中實現。這些軟件可以存儲在計算機可讀存儲介質中。計算機可讀存儲介質存儲一個或多個程序(軟件模塊)，所述一個或多個程序包括指令，當電子設備中的一個或多個處理器執行所述指令時，所述指令使得電子設備執行本發明的方法。

這些軟件可以存儲為易失性存儲器或非易失性存儲裝置的形式(比如類似rom等存儲設備)，不論是可擦除的還是可重寫的，或者存儲為存儲器的形式(例如ram、存儲器芯片、設備或集成電路)，或者被存儲在光可讀介質或磁可讀介質上(比如，cd、dvd、磁盤或磁帶等等)。應該意識到，存儲設備和存儲介質是適于存儲一個或多個程序的機器可讀存儲裝置的實施例，所述一個程序或多個程序包括指令，當所述指令被執行時，實現本發明的實施例。實施例提供程序和存儲這種程序的機器可讀存儲裝置，所述程序包括用于實現本發明的任何一項權利要求所述的裝置或方法的代碼。此外，可以經由任何介質(比如，經由有線連接或無線連接攜帶的通信信號)來電傳遞這些程序，多個實施例適當地包括這些程序。

根據本發明各實施例的方法、裝置、單元和/或模塊還可以使用例如現場可編程門陣列(fpga)、可編程邏輯陣列(pla)、片上系統、基板上的系統、封裝上的系統、專用集成電路(asic)或可以以用于對電路進行集成或封裝的任何其他的合理方式等硬件或固件來實現，或以軟件、硬件以及固件三種實現方式的適當組合來實現。該系統可以包括存儲設備，以實現上文所描述的存儲。在以這些方式實現時，所使用的軟件、硬件和/或固件被編程或設計為執行根據本發明的相應上述方法、步驟和/或功能。本領域技術人員可以根據實際需要來適當地將這些系統和模塊中的一個或多個，或其中的一部分或多個部分使用不同的上述實現方式來實現。這些實現方式均落入本發明的保護范圍。

如本領域技術人員將會理解的，為了任何的以及所有的目的，例如在提供書面說明書的方面，本申請中所公開的所有范圍也涵蓋任何的以及所有的可能的子范圍以及其子范圍的組合。任何所列出的范圍均能夠被容易地識別成充分的描述以及使同樣的范圍能夠至少被分解成同等的兩部分、三部分、四部分、五部分、十部分，等等。作為非限制性的例子，本申請中所討論的每個范圍均能夠被容易地分解成下三分之一、中三分之一以及上三分之一等等。如本領域技術人員還將會理解的，諸如“直到”、“至少”、“大于”、“小于”等的所有語言均包括所表述的數量并且是指能夠隨之被分解成如以上所討論的子范圍的范圍。最后，如本領域技術人員將會理解的，范圍包括各個單獨的成分。所以，例如，具有1-3個單元的組是指具有1、2或者3個單元的組。類似地，具有1-5個單元的組是指具有1、2、3、4或者5個單元的組，等等。

盡管已經參照本發明的特定示例性實施例示出并描述了本發明，但是本領域技術人員應該理解，在不背離所附權利要求及其等同物限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以對本發明進行形式和細節上的多種改變。因此，本發明的范圍不應該限于上述實施例，而是應該不僅由所附權利要求來進行確定，還由所附權利要求的等同物來進行限定。