一種計算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）確定保護邏輯；2）建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型，對以上的保護邏輯建模；3)執(zhí)行EMTDC電磁暫態(tài)仿真，觀察測量信號曲線，驗證接地極開路保護動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)明改變了原計算模型控制保護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)，并作為保護觸發(fā)的依據(jù)；在保護出口移相過程中，增加斜率環(huán)節(jié)，令觸發(fā)角以4°/毫秒的速度進行移相。本發(fā)明改進了仿真模型的控制保護邏輯，使其更符合實際運行情況。使用本方法選取E避雷器能量參數(shù)具有更大的安全性，能有效保護中性母線上的電力設(shè)備。
【專利說明】一種計算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種計算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法，屬于計算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，會在設(shè)備上產(chǎn)生過電壓應(yīng)力，直流工程領(lǐng)域為保障設(shè)備安全運行，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、保護中性母線設(shè)備的作用。選擇E型避雷器參數(shù)時，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，計算避雷器的最大能量應(yīng)力。在計算中需要考慮系統(tǒng)的實際條件，其中最重要的是接地極開路保護的動作邏輯。
[0004]實際系統(tǒng)發(fā)生接地極開路故障會導(dǎo)致中性母線電壓升高，電流減少，超過保護動作閥值后，由接地極開路保護動作執(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動作過程作了簡化處理:首先是保護的動作不由檢測量(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)生后直接向保護發(fā)送動作信號；保護出口的移相過程不考慮實際移相速度，即瞬間完成移相過程。因此采用目前的建模方法計算出的避雷器能量會比實際小，不利于設(shè)備的安全運行。
【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算與實際工程控制保護過程的一致性的計算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法。本發(fā)明改進了仿真模型的控制保護邏輯，基于實際控制保護邏輯，使其更符合實際運行情況。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)確定保護邏輯；
2)建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型，對以上的保護邏輯建模；
3)執(zhí)行EMTDC電磁暫態(tài)仿真，觀察測量信號曲線，驗證接地極開路保護動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)中確定保護邏輯是接地極開路保護邏輯: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)按照實際的控制保護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)中保護動作邏輯要求是:1)在故障點的故障，本保護應(yīng)該動作；2)保護觸發(fā)的條件滿足要求；3)保護動作移相速率滿足要求。
[0012]本發(fā)明改變了原計算模型控制保護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)，并作為保護觸發(fā)的依據(jù)；在保護出口移相過程中，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)改進了仿真模型的控制保護邏輯，使其更符合實際運行情況。
[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，能有效保護中性母線上的電力設(shè)備。
[0014]本發(fā)明是一種方便實用的計算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是雙極大地運行方式的直流系統(tǒng)框架圖。
[0016]圖2是單極大地運行方式的直流系統(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)。
【具體實施方式】
[0019]實施例:
圖1是雙極大地運行方式的直流系統(tǒng)框架圖，圖2是單極大地運行方式的直流系統(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10設(shè)置在中性母線和接地極線路之間。[0020]雙極大地運行方式，其直流側(cè)接線相當(dāng)于兩個獨立運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。該方式運行靈活方便，可靠性高，是最為廣泛采用的接線方式。正常運行時兩極電流相等，地中電流為零。當(dāng)一極故障停運時非故障極的電流從大地返回，轉(zhuǎn)為單極大地回線方式運行。
[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，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，計算接地極開路故障時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中的模型進行仿真計算，仿真步長50微秒，仿真時間根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模，通常在5-10秒，保證系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)；
7)系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)后，觸發(fā)故障點故障，觀察接地極開路保護動作情況；
8)記錄保護動作前后的直流觀測電流值，保護動作波形以及E避雷器的能量波形。
[0023]
本發(fā)明是通過以下步驟技實現(xiàn):
步驟1:確定保護邏輯。
[0024]接地極開路保護邏輯: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，對以上的保護邏輯建模。
[0026]目前典型直流工程主要為單十二脈動橋的±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10:
注:接地極開路保護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，驗證接地極開路保護動作邏輯滿足要求。
[0029]所述的保護動作邏輯要求是:1)在上圖中的故障點故障，本保護應(yīng)該動作；2)保護觸發(fā)的條件滿足要求；3)保護動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)確定保護邏輯； 2)建立高壓直流電磁暫態(tài)仿真模型，對以上的保護邏輯建模； 3)執(zhí)行EMTDC電磁暫態(tài)仿真，觀察測量信號曲線，驗證接地極開路保護動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)中確定保護邏輯是接地極開路保護邏輯: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° /毫秒的速率進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算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)進行統(tǒng)一的建模。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計算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)按照實際的控制保護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)域的保護系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計算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任一項所述的計算E型避雷器暫態(tài)應(yīng)力的方法，其特征在于上述步驟3)中保護動作邏輯要求是:1)在故障點的故障，本保護應(yīng)該動作；2)保護觸發(fā)的條件滿足要求；3)保護動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