[发明专利]一种基于数字孪生的避雷器运行状态检测方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生的避雷器运行状态检测方法，其特征在于：所述方法包括：

步骤1：获取待建模避雷器的设备参数、运行数据以及外部信息，获取避雷器在电网拓扑中的安装信息；

步骤2：从电学角度对避雷器实体进行特征映射，根据改进的阻性电流算法建立考虑避雷器老化因素的避雷器数字孪生模型；

步骤3：考虑相间杂散电容干扰，对避雷器数字孪生模型进行修正；

步骤4：基于数字孪生模型，考虑谐波影响的避雷器在线检测；

步骤5：基于数字孪生模型信息，利用谐波分析法提出避雷器老化状态评估，根据计算结果将避雷器分为未老化、老化中期和完全老化三个等级。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的避雷器运行状态检测方法，其特征在于：获取待建模避雷器设备参数包括电气参数和结构参数；电气参数包括伏安特性曲线、额定电压、持续运行电压、标称放电电流下残压和最大放电电流，结构参数包括避雷器型号、阀片材质、质量和比热容参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的避雷器运行状态检测方法，其特征在于：电网拓扑中的安装信息的获取方法为：获取电网电压等级，明确避雷器的接入方式与保护范围，得到电网拓扑图和避雷器在电网安装分布图。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的避雷器运行状态检测方法，其特征在于：步骤2具体包括：

步骤2.1、基于获取的避雷器设备参数，建立避雷器基本数字孪生模型；

根据避雷器伏安特性曲线将避雷器等效为一个电容C支路与一个非线性电阻R支路的并联电路；避雷器的泄漏电流i_X分为阻性电流i_R和容性电流i_C两部分，计算公式如下：

其中u为施加于避雷器两端电压，k为避雷器自身老化程度决定的常数：

步骤2.2、基于容性电流补偿法消去容性电流，从而得到阻性电流；考虑谐波对容性电流的影响，容性电流分量根据u计算得到，如下式：

i_R＝i_X-i_C

其中ω为交流电频率，n为谐波次数；

步骤2.3、根据改进的阻性电流算法，对非线性等效电阻进行修正，建立考虑避雷器老化对电阻影响的避雷器数字孪生模型；

将非线性电阻R产生基波阻性电流的电阻等效为线性电阻R₁，其余部分等效为非线性电阻R₂，从而使非线性电阻R等效为R₁与R₂并联组成；根据基本孪生电路模型，对阻性电流i_R进行FFT分解，如下式所示：

其中θ_x为x次谐波电流的相位；

计算x次谐波在基波处的阻性电流幅值I_MX1，如下式所示：

计算得到R₁线性等效电阻，然后根据R₁得到R₂，如下式所示，其中θ为基波电流的相位：

R₂＝tanu/k-R₁。