[发明专利]一种变电站10kV母线旁路转供带电作业分析与仿真方法

权利要求书

1.一种变电站10kV母线旁路转供带电作业分析与仿真方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：将叠加原理的思想应用到单位电流法中，实现实时计算合环操作过程中的循环电流；

步骤S2：采用提高合环开关两侧母线负荷对称度以及减小合环开关两侧母线电压相量差的方法来提高母线合环转供的成功率，并运用MATLAB/Simulink仿真软件进行验证；

步骤S3：采用电弧黑盒模型模拟电弧的暂态特性，并分别从多种角度，研究合环开关解环过程对电弧电流的影响因素，并运用ATP-EMTP仿真软件进行分析研究。

2.根据权利要求1所述的变电站10kV母线旁路转供带电作业分析与仿真方法，其特征在于：所述步骤S1的具体实现如下：

基于叠加原理思想的单位电流法，能够在母线负荷转供的过程中，实时计算转供线路的循环电流，用于避免计算复杂的节点阻抗矩阵，基于叠加原理思想的单位电流法的基本步骤如下：

(1)在合环开关合环之前，首先测量保留网络原有电源和负荷的情况下合环开关两侧两条母线的电压相量值和

(2)保证其他节点均无电流注入的情况下在合环开关两侧两条母线分别注入大小相等方向相反的单位电流，并再次测量两条母线的电压相量值和

(3)根据叠加原理的思想，通过前两次的测量值相减得到将系统中负荷和上级网络电源全部置0时的无源网络中注入单位电流的测量情况，进而求解得到等值阻抗与循环电流，计算表达式如下：

式中，ΔU_a、ΔU_b为注入单位电流前后的电压向量差；I_e为单位电流；Z_∑为系统等值阻抗；I_循环为循环电流。

3.根据权利要求1所述的变电站10kV母线旁路转供带电作业分析与仿真方法，其特征在于：所述步骤S2的具体实现如下，包括：

提高合环开关两侧母线负荷对称度来提高母线合环转供的成功率包括：

假设U_AH2、U_BH2为合环开关闭合后变压器T₁和T₂的高压侧电压；S_AH2、S_BH2为合环开关闭合后流入变压器T₁和T₂的功率；变压器T₁和T₂的阻抗为Z_T1和Z_T2；S_AL2、S_BL2为合环开关闭合后流出变压器T₁和T₂的功率；U_AL2、U_BL2为合环开关闭合后变压器T₁和T₂的低压侧电压；S_A、S_B为两条母线的负荷；ΔS为由母线a流向母线b的功率，计算循环电流步骤如下：

(1)合环开关闭合后，计算变压器T₁和T₂的高压侧母线电压U_AH2和U_BH2；

(2)认为合环开关所在馈线阻抗为0，即U_AL2＝U_BL2＝U_L2，计算合环开关闭合后，变压器T₁和T₂的高压侧母线电压差ΔU_H2：

(3)计算流入系统总功率S_∑、母线a流向母线b功率ΔS、循环电流I_c：

S_∑＝S_AL2+S_BL2＝S_A+S_B (8)

ΔS＝S_AL2-S_A＝S_B-S_BL2 (9)

(4)联立式(7)至式(10)可得合环转供时的循环电流：

由式(11)可知系统中变压器型号和参数已经固定，Z_T1和Z_T2为固定值，调整合环开关两侧母线负荷的对称性越高，即S_A与S_B越相近，则合环操作后引起的合环电流就越小，母线合环转供的成功率越高；

减小合环开关两侧母线电压相量差的方法来提高母线合环转供的成功率包括：

假设有两条母线进行转供操作，母线1电压幅值小于母线2电压幅值，要减小合环开关两侧母线电压相量差，能增大母线1电压幅值或者减小母线2电压幅值；合环开关两侧母线电压相量分别为U₁∠θ₁和U₂∠θ₂，相角差为Δθ＝θ₁-θ₂；以U₂在U₁相量上的投影U_1t为准进行调整即可得到最小的循环电流，此时合环点两侧电压差拥有最小值ΔU_min，分接头调整公式如下所示，k为变压器分接头调整的参数；

4.根据权利要求1所述的变电站10kV母线旁路转供带电作业分析与仿真方法，其特征在于：所述步骤S3的具体实现如下：

采用电弧黑盒模型模拟电弧的暂态特性，基于电弧黑盒模型的基本原理，用如下非线性方程表示电弧电压：

式中，u_a0(t)和i_a是电弧长度为常数L₀时，电弧电压和电弧电流的值；U_a、U_b、I₀、和R_δ都是定义电弧电压波形的参数；sgn(t)为符号函数；U_a是电弧电压梯度E_a和电弧长度L_a的乘积，分量表示电弧电压的初始值，分量R_δ|i_b(t)|是由i_a决定的拟线性部分，R_δ是电弧电阻的一部分，其值由U_a的值决定；

在电弧模型中考虑电弧的伸长，通过乘以一个函数L(t)来实现，L(t)的表达式为：

L(t)＝L₀(1+ΔL(t-T_i)h(t-T_i)) (15)

式中：ΔL(t-T_i)表示弧长改变量，T_i是电弧的开始时间，h(t)是赫维赛德函数；

联立式(15)和式(16)有：

采用指数函数来描述电弧长度改变的动态过程：

L(t)＝L₀[1+Ae^B(t-Ti)h(t-T_i)] (18)

式中：A、B为决定弧长改变量的参数，且：

ΔL(t-T_i)＝Ae^B(t-Ti)h(t-T_i) (19)

综上所述，电弧模型的表达式：

再联立式(19)和式(20)，得：

u_a(t)＝u_a0(t)[1+Ae^B(t-Ti)h(t-T_i)] (21)

式中：A、B的值为常数，在相关的实验数据基础上通过曲线拟合的方法计算得到，能够基本保证仿真模型的准确性。