一種計(jì)算e型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法。包括有以下步驟：1）確定保護(hù)邏輯；2）建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型，對以上的保護(hù)邏輯建模；3)執(zhí)行EMTDC電磁暫態(tài)仿真，觀察測量信號曲線，驗(yàn)證接地極開路保護(hù)動(dòng)作邏輯是否滿足要求；4)記錄接地極開路故障下避雷器E的最大能量。本發(fā)明改變了原計(jì)算模型控制保護(hù)邏輯過于理想化的弊端，采用基于測量信號觸發(fā)的控制保護(hù)邏輯，即增加了測量電壓電流的采樣濾波和判斷環(huán)節(jié)，并作為保護(hù)觸發(fā)的依據(jù)；在保護(hù)出口移相過程中，增加斜率環(huán)節(jié)，令觸發(fā)角以4°/毫秒的速度進(jìn)行移相。本發(fā)明改進(jìn)了仿真模型的控制保護(hù)邏輯，使其更符合實(shí)際運(yùn)行情況。使用本方法選取E避雷器能量參數(shù)具有更大的安全性，能有效保護(hù)中性母線上的電力設(shè)備。
【專利說明】一種計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法，屬于計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)故障時(shí)，會(huì)在設(shè)備上產(chǎn)生過電壓應(yīng)力，直流工程領(lǐng)域?yàn)楸Ｕ显O(shè)備安全運(yùn)行，需要在系統(tǒng)中裝設(shè)一定數(shù)量的避雷器，以起到保護(hù)重要設(shè)備、泄放故障電流的作用。
[0003]E型避雷器是裝設(shè)在直流中性母線上的避雷器，起到限制過電壓、保護(hù)中性母線設(shè)備的作用。選擇E型避雷器參數(shù)時(shí)，需要使用仿真軟件模擬直流系統(tǒng)發(fā)生接地極開路故障，計(jì)算避雷器的最大能量應(yīng)力。在計(jì)算中需要考慮系統(tǒng)的實(shí)際條件，其中最重要的是接地極開路保護(hù)的動(dòng)作邏輯。
[0004]實(shí)際系統(tǒng)發(fā)生接地極開路故障會(huì)導(dǎo)致中性母線電壓升高，電流減少，超過保護(hù)動(dòng)作閥值后，由接地極開路保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行換流閥移相閉鎖過程，即換流閥的觸發(fā)角由15°移到120°，移相速度一般為4° /ms。但目前仿真建模中對保護(hù)動(dòng)作過程作了簡化處理:首先是保護(hù)的動(dòng)作不由檢測量(中性母線電壓、電流)觸發(fā)，而是由故障信號直接觸發(fā)，即模型中設(shè)置故障發(fā)生后直接向保護(hù)發(fā)送動(dòng)作信號；保護(hù)出口的移相過程不考慮實(shí)際移相速度，即瞬間完成移相過程。因此采用目前的建模方法計(jì)算出的避雷器能量會(huì)比實(shí)際小，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種提高仿真計(jì)算與實(shí)際工程控制保護(hù)過程的一致性的計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法。本發(fā)明改進(jìn)了仿真模型的控制保護(hù)邏輯，基于實(shí)際控制保護(hù)邏輯，使其更符合實(shí)際運(yùn)行情況。使用本方法選取E避雷器能量參數(shù)具有更大的安全性，能有效保護(hù)中性母線上的電力設(shè)備。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法，包括有以下步驟:
1)確定保護(hù)邏輯；
2)建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型，對以上的保護(hù)邏輯建模；
3)執(zhí)行EMTDC電磁暫態(tài)仿真，觀察測量信號曲線，驗(yàn)證接地極開路保護(hù)動(dòng)作邏輯是否滿足要求；
4)記錄接地極開路故障下避雷器E的最大能量。
[0007]上述步驟I)中確定保護(hù)邏輯是接地極開路保護(hù)邏輯:當(dāng)檢測到中性母線電壓大于SOkV且接地極電流之和小于120A并持續(xù)60ms，執(zhí)行換流閥移相閉鎖過程，移相以4° /毫秒的速率進(jìn)行。
[0008]上述步驟2)中建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型是對直流系統(tǒng)，包括一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的建模。
[0009]上述步驟2)中建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型的方法如下:
交流網(wǎng)絡(luò)使用等值電源代替，直流一次系統(tǒng)按照實(shí)際接線方式搭建包括換流變壓器，換流閥，開關(guān)，避雷器，平波電抗器等設(shè)備的系統(tǒng)，直流二次系統(tǒng)按照實(shí)際的控制保護(hù)邏輯搭建包括控制系統(tǒng)以及閥廳區(qū)域、直流線路區(qū)域、中性母線區(qū)域的保護(hù)系統(tǒng)。
[0010]上述控制系統(tǒng)包括定電流控制、定電壓控制、定熄弧角控制。
[0011]上述步驟3)中保護(hù)動(dòng)作邏輯要求是:1)在故障點(diǎn)的故障，本保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作；2)保護(hù)觸發(fā)的條件滿足要求；3)保護(hù)動(dòng)作移相速率滿足要求。
[0012]本發(fā)明改變了原計(jì)算模型控制保護(hù)邏輯過于理想化的弊端，采用基于測量信號觸發(fā)的控制保護(hù)邏輯，即增加了測量電壓電流的采樣濾波和判斷環(huán)節(jié)，并作為保護(hù)觸發(fā)的依據(jù)；在保護(hù)出口移相過程中，增加斜率環(huán)節(jié)，令觸發(fā)角以4° /毫秒的速度進(jìn)行移相。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
I)改進(jìn)了仿真模型的控制保護(hù)邏輯，使其更符合實(shí)際運(yùn)行情況。
[0013]2)使用本方法選取E避雷器能量參數(shù)具有更大的安全性，能有效保護(hù)中性母線上的電力設(shè)備。
[0014]本發(fā)明是一種方便實(shí)用的計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是雙極大地運(yùn)行方式的直流系統(tǒng)框架圖。
[0016]圖2是單極大地運(yùn)行方式的直流系統(tǒng)框架圖。
[0017]圖3是±500kV直流工程中電磁暫態(tài)仿真下的故障點(diǎn)說明。
[0018]圖中:
a.整流側(cè)，b逆變側(cè)，換流變壓器1，換流閥2，接地極線路3，直流中性母線4，直流高壓母線5，直流線路6，平波電抗器7，中性母線電壓分壓器8 (測量直流電壓)，E型避雷器9，接地極開路故障點(diǎn)10，接地極I回線路電流互感器11 (測量直流電流)，接地極2回線路電流互感器12 (測量直流電流)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例:
圖1是雙極大地運(yùn)行方式的直流系統(tǒng)框架圖，圖2是單極大地運(yùn)行方式的直流系統(tǒng)框架圖。包括有換流變壓器1，換流閥2，接地極線路3，直流中性母線4，直流高壓母線5，直流線路6，平波電抗器7，中性母線電壓分壓器8，E型避雷器9，接地極開路故障點(diǎn)10，接地極I回線路電流互感器11，接地極2回線路電流互感器12，中性母線電壓分壓器8用于測量直流電壓，接地極I回線路電流互感器11用于測量直流電流，接地極2回線路電流互感器12用于測量直流電流。整流側(cè)a及逆變側(cè)b見圖1的兩側(cè)。換流變壓器I的二次側(cè)與換流閥2相連，換流閥高壓端連接平波電抗器7和直流高壓母線5，低壓端連接直流中性母線4，中性母線經(jīng)過兩回直流接地極線路接地，中性母線電壓分壓器8和E型避雷器9均裝設(shè)在中性母線上，接地極回I和回2電流互感器11、12裝設(shè)在接地極線路上，接地極開路故障點(diǎn)10設(shè)置在中性母線和接地極線路之間。[0020]雙極大地運(yùn)行方式，其直流側(cè)接線相當(dāng)于兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的單極大地回線方式的HVDC系統(tǒng)兩極在地回路中的電流方向相反。該方式運(yùn)行靈活方便，可靠性高，是最為廣泛采用的接線方式。正常運(yùn)行時(shí)兩極電流相等，地中電流為零。當(dāng)一極故障停運(yùn)時(shí)非故障極的電流從大地返回，轉(zhuǎn)為單極大地回線方式運(yùn)行。
[0021]圖2相當(dāng)于把圖1整流側(cè)極I直流場放大，并畫出了換流閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，直流高壓母線上的平波電抗器，直流中性母線上的電壓互感器和E型避雷器，兩回接地極線路。圖2中只有位置10是故障點(diǎn)，圖2中標(biāo)號7與圖1的標(biāo)號6連接，圖2只是仿真模型的局部放大圖。
[0022]以圖2為例，在電磁暫態(tài)模型中，計(jì)算接地極開路故障時(shí)E避雷器流過的能量過程如下:
1)搭建針對圖1的系統(tǒng)框架，并對仿真系統(tǒng)詳細(xì)建模，滿足系統(tǒng)的參數(shù)要求；
2)選取中性母線電壓和電流作為主要觀測量，如圖2中的中性母線電壓和電流；
3)設(shè)置故障為接地極開路故障，設(shè)置故障時(shí)間為永久性故障；
4)直流控制方式采用定功率控制，且可以調(diào)整；
5)直流接線方式可采用雙極、單極大地；
6)對圖2中的模型進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真步長50微秒，仿真時(shí)間根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模，通常在5-10秒，保證系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)；
7)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，觸發(fā)故障點(diǎn)故障，觀察接地極開路保護(hù)動(dòng)作情況；
8)記錄保護(hù)動(dòng)作前后的直流觀測電流值，保護(hù)動(dòng)作波形以及E避雷器的能量波形。
[0023]
本發(fā)明是通過以下步驟技實(shí)現(xiàn):
步驟1:確定保護(hù)邏輯。
[0024]接地極開路保護(hù)邏輯:當(dāng)檢測到中性母線電壓大于SOkV且接地極電流之和小于120A并持續(xù)60ms，執(zhí)行換流閥移相閉鎖過程，移相以4° /毫秒的速率進(jìn)行。
[0025]步驟2:建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型，對以上的保護(hù)邏輯建模。
[0026]目前典型直流工程主要為單十二脈動(dòng)橋的±500kV直流閥組結(jié)構(gòu)，根據(jù)故障仿真要求，選取如下圖2中的故障點(diǎn)10:
注:接地極開路保護(hù)測量中性母線電壓對應(yīng)圖中UdN，接地極電流之和對應(yīng)圖中的單回接地極線路電流Ideel和Idee2。
[0027]故障點(diǎn)選取接地極開路故障。
[0028]步驟3:執(zhí)行EMTDC電磁暫態(tài)仿真，觀察測量信號曲線，驗(yàn)證接地極開路保護(hù)動(dòng)作邏輯滿足要求。
[0029]所述的保護(hù)動(dòng)作邏輯要求是:1)在上圖中的故障點(diǎn)故障，本保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作；2)保護(hù)觸發(fā)的條件滿足要求；3)保護(hù)動(dòng)作移相速率滿足要求。
[0030]步驟4:記錄接地極開路故障下避雷器E的最大能量。
【權(quán)利要求】
1.一種計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法，其特征在于包括有以下步驟: 1)確定保護(hù)邏輯； 2)建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型，對以上的保護(hù)邏輯建模； 3)執(zhí)行EMTDC電磁暫態(tài)仿真，觀察測量信號曲線，驗(yàn)證接地極開路保護(hù)動(dòng)作邏輯是否滿足要求； 4)記錄接地極開路故障下避雷器E的最大能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法，其特征在于上述步驟I)中確定保護(hù)邏輯是接地極開路保護(hù)邏輯:當(dāng)檢測到中性母線電壓大于SOkV且接地極電流之和小于120A并持續(xù)60ms，執(zhí)行換流閥移相閉鎖過程，移相以4° /毫秒的速率進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法，其特征在于上述步驟2)中建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型是對直流系統(tǒng)，包括一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的建模。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法，其特征在于上述步驟2)中建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型的方法如下: 交流網(wǎng)絡(luò)使用等值電源代替，直流一次系統(tǒng)按照實(shí)際接線方式搭建包括換流變壓器，換流閥，開關(guān)，避雷器，平波電抗器等設(shè)備的系統(tǒng)，直流二次系統(tǒng)按照實(shí)際的控制保護(hù)邏輯搭建包括控制系統(tǒng)以及閥廳區(qū)域、直流線路區(qū)域、中性母線區(qū)域的保護(hù)系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法，其特征在于上述控制系統(tǒng)包括定電流控制、定電壓控制、定熄弧角控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的計(jì)算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法，其特征在于上述步驟3)中保護(hù)動(dòng)作邏輯要求是:1)在故障點(diǎn)的故障，本保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作；2)保護(hù)觸發(fā)的條件滿足要求；3)保護(hù)動(dòng)作移相速率滿足要求。
【文檔編號】G06F17/50GK103473387SQ201310249149
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】徐迪臻, 楊煜, 黎小林, 黃瑩, 趙曉斌 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司