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专利号: 2018115244079
申请人: 华南理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种快速开关型限流器与断路器的参数优化方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、建立基于快速开关型限流器的断路器开断特性分析模型;

S2、根据不同故障距离,建立包括限流电感、断口均压电容、限流器对地电容、断路器对地电容的多个参数与包括瞬态恢复电压峰值、瞬态恢复电压峰值时间、瞬态恢复电压第一参考电压、瞬态恢复电压首峰值时间、限流器开关数量和限流深度的多个标准要求之间的数学模型;

S3、以包括瞬态恢复电压峰值、瞬态恢复电压峰值时间、瞬态恢复电压第一参考电压、瞬态恢复电压首峰值时间、限流器开关数量和限流深度的多个标准要求的冗余度作为目标函数,建立快速开关型限流器与断路器的参数优化模型;

S4、采用遗传算法对快速开关型限流器与断路器的参数优化模型进行优化。

2.根据权利要求1所述的参数优化方法,其特征在于,基于快速开关型限流器的断路器开断特性分析模型描述了不同故障发生后的振荡机理,包含限流器出口发生接地故障与线路上发生近区接地故障两种情景。

3.根据权利要求2所述的参数优化方法,其特征在于,设节点i的电压幅值为Ui,发电机出口等效电感为Li,快速开关型限流器开关数量为N,限流电感为NLFCL,断口均压电容CBf/N,发电机电角频率为ω;当限流器出口发生接地故障后,快速开关型限流器投入工作,短路电流为:设断路器额定开断电流为IBRK,则限流深度为:由此可以得到断路器线路侧B点电压的幅值:

设限流器快速开关的耐受电压为Udk,则为了防止被击穿,限流器开关数量应为:+

由于故障时刻t=0 时电弧还未熄灭,断路器是闭合的,断路器两端电压相等,有UAm=UBm;

设断路器开断时, 电源电压相位 对于由发电机出口阻抗、断路器对地电容构成的电源侧回路,有:

由此,可求得断路器两端电压分别为:

其中,

由此可得,当限流器出口处发生接地故障,瞬态恢复电压的数学模型为:T

其中,X=[CBRK,CFCL,LFCL,CBf] ,(X)表示限流器与断路器的参数与变量之间存在映射关系,CBRK为断路器并联电容,CFCL为限流器并联电容,LFCL为限流电感,CBf为限流器断口均压电容;根据三角函数变换公式,可将瞬态恢复电压的数学模型化简为:其中:

4.根据权利要求3所述的参数优化方法,其特征在于,设节点i的电压幅值为Ui,发电机出口等效电感为Li,快速开关型限流器开关数量为N,限流电感为NLFCL,断口均压电容CBf/N,发电机电角频率为ω;当线路上发生近区接地故障,设单位长度的线路电感为Lline,单位长度的线路对地电容为Cline,故障距离s>0,其他参数与限流器出口处故障相同,则短路电流为:+

当t=0时,电弧还未熄灭,断路器两端电压相等,有由于线路电感和电容沿线路均匀分布,所以电弧熄灭后,线路对地电容的电压以锯齿波的形式沿线路传输,该锯齿波的峰值为 周期为假定锯齿波uC从最低点上升到峰值需要1/2个周期,可得锯齿波uC的表达式为:其中, 表示某时刻包含的周期数;由此可知,当线路上发生近区接地故障时,在一个周期内,瞬态恢复电压的数学模型为:(s)

TRV (X)=αcosωt‑βcosω1t‑(α‑β‑UCm)cosω2t‑uC其中,

5.根据权利要求4所述的参数优化方法,其特征在于,步骤S2包括:建立瞬态恢复电压首峰值时间的数学模型;

建立瞬态恢复电压第一参考电压的数学模型;

求取瞬态恢复电压峰值、瞬态恢复电压峰值时间的数值解;

建立限流器开关数量的数学模型;

建立限流深度的数学模型。

6.根据权利要求5所述的参数优化方法,其特征在于,瞬态恢复电压首峰值时间的数学模型为:限流器出口处故障下,s=0km,瞬态恢复电压为三个不同频率的正弦波叠加而成,周期分别为T1=2π/ω,T2=2π/ω1,T3=2π/ω2;

根据波形叠加的规律,瞬态恢复电压到达第一个峰值的时间应为三个正弦波到达首峰值时间的最小值,由于T1>>T2且T1>>T3,故有瞬态恢复电压首峰值为:近区故障下,s>0km,瞬态恢复电压由三个正弦波和一个锯齿波叠加而成,锯齿波‑uC的首峰值时间为T0/2;根据波形叠加的规律,瞬态恢复电压到达第一个峰值的时间为四个波到达首峰值时间的最小值,瞬态恢复电压首峰值为:

7.根据权利要求5所述的参数优化方法,其特征在于,瞬态恢复电压第一参考电压的数学模型为:(0) (0)

限流器出口处故障下,s=0km,将瞬态恢复电压首峰值时间t1 (X)代入TRV (X),得到瞬态恢复电压第一参考电压为:(0) (0) (0) (0)

TRVfirst (X)=αcosωt1 (X)‑βcosω1t1 (X)‑(α‑β)cosω2t1 (X)(s) (s)

近区故障下,s>0km,将瞬态恢复电压首峰值时间t1 (X)代入TRV (X),得到瞬态恢复电压第一参考电压为:

8.根据权利要求5所述的参数优化方法,其特征在于,求取瞬态恢复电压峰值、瞬态恢复电压峰值时间的数值解具体为:设瞬态恢复电压持续时间为[0,T],取时间的精度为Δt,当TRV(t)>TRV(t‑Δt)且TRV(t)>TRV(t+Δt)时,则TRV(t)为瞬态恢复电压的极大值点;遍历时间[0,T],找到所有的极大值点TRV(t(k)),k=1,2,3,…,i,瞬态恢复电压峰值为TRVmax,瞬态恢复电压峰值时间为t2,有:(s) (s)

TRVmax (X)=max(TRV (t(k))),s=0,1,2,3…(s) (s)

其中,瞬态恢复电压峰值TRVmax (X)对应的时间t(k)就是瞬态恢复电压峰值时间t2(X)。

9.根据权利要求3‑4、6‑8中任一项所述的参数优化方法,其特征在于,目标函数为:* *

其中,T为瞬态恢复电压的持续时间,t1 为瞬态恢复电压首峰值时间,t2 为瞬态恢复电* *压峰值时间,TRVfirst 为瞬态恢复电压第一参考电压,TRVmax 为瞬态恢复电压峰值的预期* * (s)值,c 为限流深度,n为限流器开关数量的预期值,TRVfirst (X)为瞬态恢复电压第一参考(s) (s) (s)电压,TRVmax (X)为瞬态恢复电压峰值,t1 (X)为瞬态恢复电压首峰值时间,t2 (X)为瞬态恢复电压峰值时间;n(X)为限流器预期开关数量,c(X)为限流深度;

将多个目标转化为单个目标,则目标函数为:

其中,σi(i=1,2...6)为各项的权重系数,满足

10.根据权利要求9所述的参数优化方法,其特征在于,快速开关型限流器与断路器的参数优化模型为:(s) (s)

其中,RRRV (X)为瞬态恢复电压上升率,TRVmax (X)为瞬态恢复电压峰值,LX为参数的取值范围。