本發(fā)明涉及并聯(lián)電抗器過電壓仿真，尤其涉及一種并聯(lián)電抗器過電壓仿真模擬方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、并聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中主要用于補(bǔ)償線路的容性無功功率，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。由于電力系統(tǒng)的負(fù)荷隨時(shí)間不斷變化，為了補(bǔ)償無功功率，并聯(lián)電抗器也要進(jìn)行頻繁的投切操作。然而，在并聯(lián)電抗器的投切過程中，可能會(huì)產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象，這對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成了威脅。

2、在配網(wǎng)中，投切并聯(lián)電抗器一般選擇真空斷路器，真空斷路器的優(yōu)點(diǎn)為具有較高的電氣恢復(fù)強(qiáng)度、良好的熄滅電弧能力和良好的頻繁操作特性等等，但是真空斷路器也存在截流效應(yīng)，容易引發(fā)過電壓的問題點(diǎn)，嚴(yán)重威脅設(shè)備的絕緣安全，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3、近年來，使用真空斷路器切除35kv并聯(lián)電抗器時(shí)，多次出現(xiàn)操作過電壓引起的電抗器開關(guān)柜燒毀或內(nèi)部擊穿等故障。因此現(xiàn)有技術(shù)對(duì)過電壓線型進(jìn)行了以下研究：

4、以往研究多認(rèn)為過電壓現(xiàn)象是由于在開斷過程中的截流引起的，且當(dāng)截流值位于3a附近時(shí)，真空斷路器的截流現(xiàn)象對(duì)過電壓幅值的影響比較小，但是隨著截流值的增大，截流過電壓倍數(shù)升高明顯。且當(dāng)系統(tǒng)為無出線的空母線時(shí)，由于母線側(cè)對(duì)地電容很小，并抗開斷引起的復(fù)燃會(huì)導(dǎo)致母線側(cè)大幅振蕩。同時(shí)由于真空電弧的不穩(wěn)定性，截流現(xiàn)象在開斷所有小電流的負(fù)載過程中是難以避免的，且目前截流值不足5a，對(duì)斷路器兩端斷口恢復(fù)電壓的影響微乎其微，故并非導(dǎo)致后續(xù)嚴(yán)重過電壓的根本原因。

5、綜上可知，重燃是無法避免的，某一相電流重燃帶來的重燃過電壓卻并不強(qiáng)烈，多次反復(fù)重燃才會(huì)導(dǎo)致能量的不斷補(bǔ)充，引發(fā)電壓級(jí)升效應(yīng)。但是此時(shí)另兩相相對(duì)地及相間過電壓并不大，無法解釋某些相間過電壓事故。

6、目前將35kv并聯(lián)電抗器過電壓產(chǎn)生的原因解釋為首開相反復(fù)重燃，而后導(dǎo)致的后兩相等效截流過電壓(各相電流互差120°，因此在某時(shí)刻命令斷路器開斷后，必然存在某一相電流先過零點(diǎn)熄弧，此相被稱作首開相，隨后過零的兩相稱之為后開相)，且首開相的復(fù)燃是由于真空斷路器兩端的絕緣強(qiáng)度增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于斷口恢復(fù)電壓的上升速度。

7、舉例來說，如圖1所示，首開相b相電流在575ms-576ms內(nèi)過零后又連續(xù)復(fù)燃大約3.5ms，且首開相b相復(fù)燃帶來的電壓級(jí)升效應(yīng)十分顯著，隨著復(fù)燃的反復(fù)發(fā)生，振蕩越來越強(qiáng)烈。此時(shí)盡管a、c兩相還未過零，但是高頻暫態(tài)電流通過相間的耦合到后兩相a、c的電流上，因而也出現(xiàn)了電流的高頻振蕩，此時(shí)當(dāng)高頻經(jīng)過零點(diǎn)時(shí)被斷路器提前滅弧，即導(dǎo)致了后兩相工頻電流還未過零，但被迫開斷的情況，此時(shí)a、c兩相截流值的磁場(chǎng)能量將轉(zhuǎn)化為并抗側(cè)對(duì)地電容的電場(chǎng)能量，故當(dāng)截流值處于極端情況時(shí)過電壓十分嚴(yán)重。

8、綜上所述，等效截流過電壓的機(jī)理為：首開相發(fā)生復(fù)燃時(shí)，暫態(tài)電流由于三相間的耦合疊加到后兩相還未過零的電流上。復(fù)燃發(fā)生后斷口電壓的強(qiáng)度增強(qiáng)，暫態(tài)振蕩不斷增強(qiáng)，引起后兩相電流出現(xiàn)高頻過零點(diǎn)，斷路器經(jīng)過不斷加工可以開斷高頻電流，因此高頻電流被截?cái)啵溥^電壓產(chǎn)生的效果與斷路器工頻截流效果類似。但是，該截流對(duì)斷路器而言是高頻電流過零熄弧，并沒有發(fā)生工頻截流，且由于斷口開路，電流只有在并抗側(cè)電容和電抗電感之間振蕩，進(jìn)行能量交換，因此產(chǎn)生了同截流過電壓相同的效果，稱之為等效截流過電壓。

9、但是由于斷路器在數(shù)毫秒內(nèi)可以連續(xù)擊穿上百次，因此無法利用簡(jiǎn)單的開關(guān)模型模擬負(fù)載的連續(xù)擊穿過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種并聯(lián)電抗器過電壓仿真模擬方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，解決上述技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種并聯(lián)電抗器過電壓仿真模擬方法，包括以下步驟：

3、s1、考慮斷路器開斷過程、介質(zhì)動(dòng)態(tài)絕緣強(qiáng)度恢復(fù)過程、電弧重燃判斷機(jī)制，基于atp-emtp軟件平臺(tái)，構(gòu)建真空斷路器仿真模型；

4、s2、利用atp-emtp軟件平臺(tái)，并基于步驟s1構(gòu)建的真空斷路器仿真模型結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)，建立并聯(lián)電抗器仿真模型；

5、s3、利用步驟s1構(gòu)建的真空斷路器仿真模型模擬真空斷路器的行為，分別對(duì)步驟s2所述的并聯(lián)電抗器仿真模型的進(jìn)行首開相連續(xù)復(fù)燃、等效截流仿真和連續(xù)復(fù)燃至等效截流仿真，并輸出仿真結(jié)果。

6、優(yōu)選的，步驟s1所述的真空斷路器仿真模型包括model模塊和sw-tacs開關(guān)；其中，model模塊用于通過輸入量判斷模擬斷路器在不同工況下的行為，sw-tacs開關(guān)用于基于model模塊輸出的開關(guān)控制信號(hào)，模擬實(shí)際斷路器的操作；

7、model模塊的輸入量分別為真空斷路器兩端電壓、流經(jīng)真空斷路器的電流、電流過零判斷以及電流對(duì)時(shí)間的變化率，model模塊的數(shù)據(jù)輸出量包括斷口恢復(fù)電壓和斷口介質(zhì)絕緣強(qiáng)度，model模塊還輸出有開關(guān)控制信號(hào)，用于控制sw-tacs開關(guān)的閉合和斷開。

8、優(yōu)選的，在步驟s1中，利用atp-emtp軟件平臺(tái)建立真空斷路器過零開斷及電弧重燃的仿真，并采用fortran語言編寫控制以及開關(guān)程序，獲得真空斷路器仿真模型，對(duì)真空斷路器的工作過程進(jìn)行模擬。

9、優(yōu)選的，步驟s2所述的并聯(lián)電抗器仿真模型包括35kv母線、與35kv母線相連的運(yùn)行線路以及依次與35kv母線相連的步驟s1所述的真空斷路器仿真模型、并聯(lián)電抗器和避雷器，其中真空斷路器仿真模型的兩端均經(jīng)分布電容接地，且真空斷路器經(jīng)電纜連接并聯(lián)電抗器；

10、系統(tǒng)參數(shù)如下：并聯(lián)電抗器：額定電壓35kv，額定容量3.34mvar，每相電感380mh，繞組電阻1.2ω；

11、電纜：?jiǎn)涡倦娎|，長(zhǎng)度100m，單位長(zhǎng)度電感0.38μh/m，單相對(duì)地電容22nf；

12、避雷器：氧化鋅避雷器，電壓等級(jí)35kv，額定電壓51kv，直流1ma參考電壓75.3kv。

13、優(yōu)選的，步驟s3具體包括以下步驟：

14、s31、利用model模塊發(fā)出開斷命令；

15、s32、判斷流經(jīng)真空斷路器的電流i是否小于截止流imar，若是則表明真空斷路器開始開斷，執(zhí)行步驟s33，否則執(zhí)行等待；

16、s33、真空斷路器進(jìn)入開斷狀態(tài)，真空斷路器的弧隙轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣介質(zhì)，構(gòu)建真空斷路器分?jǐn)鄷r(shí)間與動(dòng)態(tài)絕緣強(qiáng)度之間的分段擬合函數(shù)，再將過零點(diǎn)時(shí)間輸入分段擬合函數(shù)，得到動(dòng)態(tài)絕緣強(qiáng)度ud；

17、s34、判斷動(dòng)態(tài)絕緣強(qiáng)度ud是否小于斷口恢復(fù)電壓uf，若是則真空斷路器閉合，以模擬首開相連續(xù)復(fù)燃和等效截流，否則真空斷路器進(jìn)入步驟s33所述的開斷狀態(tài)；

18、s35、判斷是否滿足開斷條件，若是則進(jìn)入步驟s33所述的開斷狀態(tài)，并在此過程中模擬連續(xù)復(fù)燃至等效截流，若否保持閉合狀態(tài)。

19、優(yōu)選的，步驟s33所述的分段擬合函數(shù)表達(dá)式如下：

20、

21、式中，td表示真空斷路器分?jǐn)鄷r(shí)間，單位為ms。

22、優(yōu)選的，步驟s35所述的開斷條件包括同時(shí)滿足電流過零條件、高頻電流過零熄弧能力條件和最小燃弧時(shí)間條件；

23、其中，電流過零條件如下：采集t時(shí)刻流經(jīng)真空斷路器的電流信號(hào)it，并采集延遲δt后輸出的電流信號(hào)it-δt，若t時(shí)刻電流it×it-δt＜0，則判定電流過零點(diǎn)；

24、高頻電流過零熄弧能力條件如下：若流經(jīng)電流對(duì)時(shí)間的變化率其中λ表示設(shè)定閾值；

25、最小燃弧時(shí)間條件如下：t＞ts，其中，ts為最小燃弧時(shí)間，t為燃弧時(shí)間。

26、一種并聯(lián)電抗器過電壓仿真模擬系統(tǒng)，用于執(zhí)行一種并聯(lián)電抗器過電壓仿真模擬方法，其包括參數(shù)設(shè)置模塊、仿真模型建立模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和仿真結(jié)果輸出顯示模塊；

27、其中，參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置模型參數(shù)；

28、仿真模型建立模塊用于根據(jù)設(shè)置的模型參數(shù)建立并聯(lián)電抗器仿真模型；

29、數(shù)據(jù)采集模塊用于采集并聯(lián)電抗器仿真模型的仿真結(jié)果；

30、仿真結(jié)果輸出顯示模塊用于輸出并顯示仿真結(jié)果。

31、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)一種并聯(lián)電抗器過電壓仿真模擬方法。

32、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)一種并聯(lián)電抗器過電壓仿真模擬方法。

33、因此，本發(fā)明采用上述一種并聯(lián)電抗器過電壓仿真模擬方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，具有的有益效果為：

34、通過對(duì)真空斷路器的開斷過程進(jìn)行仿真模擬，揭示了過電壓的主要成因，從而揭示了35kv并聯(lián)電抗器在投切過程中過電壓的產(chǎn)生機(jī)制，為后續(xù)研究提供可靠的支持。

35、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。