[发明专利]考虑真空断路器预击穿特性的建模与仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统仿真技术领域，具体涉及一种考虑真空断路器预击穿特性的建模与仿真方法。

背景技术

真空断路器由于具有体积小、质量轻、环保和适合频繁操作等特点，在中压领域具有得天独厚的优势，具有广泛的应用前景。然而，真空断路器在常见的投切并联电抗器等感性负载时常伴随着过电压的产生，威胁设备和系统的运行安全。相关研究认为，这与断路器合闸过程中的预击穿现象有关。

对真空断路器预击穿的研究常见的有实验和仿真两种方法。然而，实验成本较高，而且，由于不同工作条件下电路参数差异较大和实验条件等原因，实验研究具有很大的局限性。而仿真研究可以任意设定电路参数，在一定的简化条件下，通过计算机程序既可以对该种情况下的过电压及其影响因素进行计算研究，也可以对过电压保护装置及其效果进行仿真研究，具有一定经济性。但是现有的仿真软件中真空断路器建模方式较为简单，未考虑真空断路器所具有的预击穿特性，因此，对真空断路器的预击穿特性进行准确建模与仿真就显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种考虑真空断路器预击穿特性的建模与仿真方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种考虑真空断路器预击穿特性的建模与仿真方法，所述建模与仿真方法包括下列步骤：

S1、将真空断路器等效为带并联支路的可控电阻，其并联支路为电阻、电感、电容或这三者的任意组合、任意连接方式；

S2、建立真空断路器触头间介质绝缘强度模型，确定断路器合闸过程中的触头间介质绝缘强度与时间之间的函数关系；

S3、建立真空断路器的高频电流熄灭能力模型，确定描述高频电流熄灭的要素为高频电流持续时间和高频电流过零时的电流导数，及其需要满足的条件；

S4、将真空断路器可能具有的状态划分为4个：合闸前、暂态恢复电压过程、高频电流持续过程和完全合闸，并确定各状态间的相互转换关系，其中，合闸前记为状态1，暂态恢复电压过程记为状态2，高频电流持续过程记为状态3，完全合闸记为状态4；

S5、通过建模实现对可控电阻阻值的控制，进行仿真。

进一步地，所述可控电阻的阻值可以通过编程与仿真软件交互，可以在仿真过程中随仿真时间而改变，具体大小由程序输出所控制。

进一步地，所述并联支路上的电阻、电感、电容值均为固定值。

进一步地，所述断路器合闸过程中的触头间介质绝缘强度与时间之间的函数关系应满足介质绝缘强度随着时间的增加而单调递减，最后等于0。

进一步地，所述高频电流熄灭需要满足的条件为：高频电流需持续一定时间以上，高频电流过零时的电流导数小于某常数，且该常数的取值范围为1×10⁵kA/s～10×10⁵kA/s。

进一步地，所述各状态间的相互转换关系包括：

在真空断路器没有收到合闸命令前的状态一直保持为状态1，收到合闸命令后的第一次电压V_brk大于介质绝缘强度时状态由状态1转换为状态3，其中，V_brk指可控电阻两端的电压差。

进一步地，所述各状态间的相互转换关系包括：

状态3转换为状态2的条件为：通过可控电阻的电流满足高频电流熄灭条件。

进一步地，所述各状态间的相互转换关系包括：

状态2转换为状态3的条件为：可控电阻两端的电压差V_brk大于或等于介质绝缘强度。

进一步地，所述可控电阻在各状态中的表达式如下：

状态1:R＝1MΩ；

状态2:R＝1MΩ；

状态3:

状态4:R＝0。

进一步地，合闸开始后，所述介质绝缘强度按如下方程计算：

U＝TRV_lim-A(t-t_close)-B

其中，TRV_lim为真空断路器绝缘强度能承受的最大值，A、B为计算系数，t为仿真时间，t_close是合闸开始时的时间，TRV_lim的计算方式如下：

其中，k_af为振幅系数，k_pp为首开极系数，E_mag是断路器额定电压。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：