一种直流输电工程故障电路自动生成方法
【专利摘要】本发明公开了一种直流输电工程故障电路自动生成方法，通过链接文件和ID号将直流工程中的一次回路子电路结构模块、设备模型、电路元件模型以及开关器件和二次回路中的控制和保护电路模块以及相关避雷器的配置关联起来，并通过选择开关的运行状态建立故障配置文件，最后自动生成故障电路，本发明通过这些ID号的关联，结合直流工程设备信息文件和避雷器方案配置信息文件，完成具有避雷器以及控制保护方案的直流工程故障电路网络拓扑建模及等效电路图生成。用户只需通过配置一定的故障文件即可完成直流工程实例化应用，不要对每种故障进行建模，极大简化直流工程故障网络拓扑等效和建模的工作量，提高了直流工程故障建模效率。
【专利说明】一种直流输电工程故障电路自动生成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高压直流输电系统分析领域，具体涉及一种直流输电工程故障电路自动生成方法。
【背景技术】
[0002]目前我国的高压直流输电系统主要担负着远距离、大容量输电和区域电网互联的重要任务。直流输电系统在遭受雷击、操作、故障或其他原因而产生的过电压后一旦发生设备绝缘击穿事故引起直流系统停运，就有可能造成负荷中心失去大容量的电力供应，进而危及大区电网的稳定运行，后果将十分严重，特别是对于像我国南方电网这样大规模交直流混联系统的破坏将是难以想象的。近年来，随着国内直流输电系统的迅速发展，投入运行的输电线路回数、长度和换流站数量急剧增加，直流线路过电压引起的事故的可能性也越来越高。因此有效的开展直流工程的过电压分析，合理的开展绝缘配合设计成为工程面临的重大技术挑战之一。
[0003]在直流工程过电压分析中最主要是要对各种可能故障进行建模和仿真。目前主要采用的电磁暂态仿真软件是PSCAD和ATP，这两款软件都只提供直流工程中最基本的电路元件，对每种故障都需要单独建立模型进行仿真，工作量非常大。
【发明内容】
[0004]为了更好开展直流系统过电压分析绝缘配合工作，降低新建工程故障建模难度和工作量的问题，本发明提出了一种直流输电工程故障电路自动生成方法。
[0005]为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是:
一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:具体包括以下步骤:
(O配置直流工程结构信息和直流工程基本电气参数；
(2)依据直流工程实际接线建立相应的电路模板文件，主要包括设备配置电路文件即一次回路主电路接线图以及关键位置的开关器件、直流开关场配置电路、避雷器配置电路；
(3)在设备配置电路中加入二次回路电路，二次回路电路包括控制和保护电路模块；
(4)对应各种电路故障来改变设备配置电路文件中的开关器件，并将相应的控制和保护电路，以及直流开关场配置文件和避雷器配置电路通过链接文件以及关联ID号连接起来，形成各种故障配置文件，最后自动生成故障电路。
[0006]前述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述步骤(I)中包括以下步骤:
1.1)根据用户配置，获取直流工程结构信息，包括直流工程运行方式、输电方式、换流器接线形式、直流线路及接地极线杆塔类型；
1.2)根据用户配置，获取直流工程电气信息，包括系统额定功率、额定电压、额定电流、线路长度、整流器额定触发角、逆变器额定关断角、直流线路最高运行电压、直流线路最高运行电流。
[0007]前述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述步骤(2)中包括以下步骤:
2.1)建立设备配置电路文件，包括一次回路的送端交流源模块、送端换流站模块、输电线路模块、受端换流站模块、受端交流源模块；
2.2)建立直流开关场配置电路，按照实际的直流工程主接线在整流侧和逆变侧建立开关器件；
2.3)建立避雷器配置电路，对照实际工程的换流器接线和电压等级挂上对应的避雷器。
[0008]前述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述步骤(3)中包括以下步骤:
3.1)在设备配置电路中即第一层电路中加入控制和保护模块，使得每种不同的故障对应每种不同的控制和保护；
3.2)对每个电路模板文件以及保护和控制电路，标上一定的链接文件名和关联ID号。
[0009]5、根据权利要求4所述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述步骤(4)中包括以下步骤:
4.1)首先对该工程的接线方式选择相应的智能开关的运行状态，有三种接线方式，包括单极大地回线、单极金属回线、双极运行方式，这三种接线方式设置在直流开关场、负极送端换流站模块和负极受端换流站模块；
4.2)以上三种运行方式对应的故障形式包括整流侧接地极线开路、逆变侧接地极线开路、送端换流侧Y线圈侧套管短路、受端换流侧Y线圈阀侧套管短路、逆变侧阀连续换相失败、逆变侧闭锁旁通对未解锁、整流侧阀顶短路、逆变侧阀顶短路；每种故障形式对应不同的开关状态，同时与之相对应的保护为接地极线短路保护、换流侧差动保护、换相失败保护、直流过电压保护、极母线差动保护，分别给这些开关和保护模块赋予不同的ID号；
4.3)根据不同故障配置不同的避雷器方案，具体避雷器参数可以参照实际工程运行的伏安特性曲线；
4.4)通过链接文件和关联ID号将开关器件、主电路、控制和保护、避雷器联系起来，做成故障配置文件，自动形成故障电路。
[0010]前述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述步骤2.1)中，送端换流站模块和受端换流站模块根据换流器接线形式的不同分为单十二脉动和双十二脉动；输电线路模块根据杆塔形式不同分为单回直流输电线路、双回直流输电线路。
[0011]前述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述4.2)中，具体命名规则如下:避雷器及其关联元件的ID从Yl开始，用于实现避雷器及其关联元件的同时显示或隐藏；同一层电路中，模块按照ID号大小进行排序，从Y200开始；电路中普通开关元件ID从Y300开始；为实现设备配置中同一侧正、负极元件参数的同步，需要参数同步的UserElement元件ID —致,元件号可以从Yl开始。
[0012]本发明所达到的有益效果:
本发明通过各电路模块的链接文件和关联ID，简化直流输电工程故障建模工作，提供方便快捷的设备配置和避雷器配置功能，自动生成用于仿真分析的直流输电工程故障等效电路图，简化建模工作量，提高了直流工程故障建模效率。
[0013]本发明具有以下优点1、高效，自动生成用于分析的直流输电工程故障电路图；2、拓展性好，随着直流输电技术的发展，可添加内置新的故障类型，实现新型故障直流工程的建模。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明一个实施例龙政直流输电工程故障电路自动生成流程图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0016]一种直流输电工程故障电路自动生成方法，首先依据实际直流工程结构信息建立电路模板文件，主要包括设备配置电路、直流开关场配置电路、避雷器配置电路三类。其中设备配置电路分为三层子电路，在第二层子电路中的关键位置预置一定的开关器件，包括断路器和隔离开关，通过选择开关器件的运行状态来生成各种故障电路。在主电路中对每种故障电路搭建相应的控制和保护电路，对这些配置电路以及每层电路的各部分和相关器件设立一定的ID号，通过这些ID号的关联，结合直流工程设备信息文件和避雷器方案配置信息文件，完成具有避雷器以及控制保护方案的直流工程故障电路网络拓扑建模及等效电路图生成。
[0017]具体包括以下步骤:
第I步骤:配置直流工程基本信息。
[0018]1.1)根据用户配置，获取直流工程结构信息，主要包括直流工程运行方式、输电方式、换流器接线形式、直流线路及接地极线杆塔类型。
[0019]1.2)根据用户配置，获取直流工程电气信息，主要包括系统额定功率、额定电压、额定电流、线路长度、整流器额定触发角、逆变器额定关断角、直流线路最高运行电压、直流线路最闻运行电流。
[0020]第2步骤:依据直流工程实际接线建立相应的电路模板文件。
[0021]2.1)建立设备配置电路文件，所述电路模板文件包括一次回路的送端交流源模块、送端换流站模块、输电线路模块、受端换流站模块、受端交流源模块,其中送端换流站模块和受端换流站模块根据换流器接线形式的不同分为单十二脉动和双十二脉动；输电线路模块根据杆塔形式不同分为单回直流输电线路、双回直流输电线路。
[0022]2.2)建立直流开关场配置电路，按照实际的直流工程主接线在整流侧和逆变侧建立一定的开关器件。
[0023]2.3)、建立避雷器配置电路，对照实际工程的换流器接线和电压等级挂上对应的避雷器。
[0024]第3步骤:在设备配置电路文件中对应每种不同的故障加入相应的控制和保护，对控制和保护电路和元器件赋予不同的链接文件名和ID号。
[0025]3.1)在设备配置电路中即第一层电路中加入控制和保护模块每种不同的故障对应每种不同的控制和保护。
[0026]3.2)对每个电路模板文件以及保护和控制电路，标上一定的链接文件名和关联ID号。比如送端换流站模块可命名其链接文件名为LX_R_P_DTS-TC-T32_DCSwitchField.tpf，元件ID号为Y3，其子层电路即第二层电路中换流器的链接文件命名为LX_R_P_Converterl.tpf, ID为Y100，其后子层电路为换流器的实际电路接线图。在第二层电路和第三层电路中加上必要的开关元件。
[0027]第4步骤:根据各种故障形式选择相应的开关运行状态、避雷器动作(参照绝缘配合要求)、主电路和控制保护电路，通过链接文件名和ID号关联起来，形成故障配置文件，自动形成故障电路。
[0028]4.1)首先对该工程的接线方式选择相应的智能开关的运行状态，一般有三种接线方式，包括单极大地回线(GR)、单极金属回线(MR)、双极运行方式(BP)。这些智能开关一般设置在直流开关场、负极送端换流站模块和负极受端换流站模块。
[0029]4.2)对应各种不同的故障形式如整流侧接地极线开路、逆变侧接地极线开路、送端换流侧Y线圈侧套管短路、受端换流侧Y线圈阀侧套管短路、逆变侧阀连续换相失败、逆变侧闭锁旁通对未解锁、整流侧阀顶短路、逆变侧阀顶短路，每种故障对应不同的开关状态，与之相对应的保护为接地极线短路保护、换流侧差动保护、换相失败保护、直流过电压保护、极母线差动保护，分别给这些开关和保护模块赋予不同的ID号。
[0030]具体命名规则如下:避雷器及其关联元件的ID从Yl开始，用于实现避雷器及其关联元件的同时显示或隐藏；同一层电路中，模块按照ID号大小进行排序，建议从Y200开始；电路中普通开关元件ID从Y300开始；为实现设备配置中同一侧正、负极元件参数的同步，需要参数同步的UserElement元件ID —致,元件号可以从Π开始。
[0031]4.3)根据不同故障配置不同的避雷器方案，具体避雷器参数可以参照实际工程运行的伏安特性曲线。
[0032]4.4)通过链接文件和关联ID号将开关器件、主电路、控制和保护、避雷器联系起来，做成故障配置文件，自动形成故障电路。
[0033]如图1所示，为龙政直流输电工程故障电路自动生成流程。
[0034]第I步骤:配置直流工程基本信息。
[0035]1.1)根据用户配置，获取直流工程结构信息为:直流工程运行方式为回；输电方式为架空线；换流器接线方式为单十二脉动；换流器技术为典型晶闸管换流技术；送电接地极杆塔类型为直流单回塔；受端接地杆塔类型为直流单回塔；直流极线杆塔类型为直流单回塔。
[0036]1.2)根据用户参数配置，获取的直流工程基本电气参数为:系统基本参数包括额定功率3000MW、额定电压500kV、额定电流3kA、线路长度860km、整流器额定触发角15°、逆变器额定关断角17°、直流线路最高运行电压515kV、直流线路最高运行电流3.3kA。
[0037]第2步骤:依据直流工程实际接线建立相应的电路模板文件。
[0038]2.1)建立设备配置电路文件，包括一次回路的送端交流源模块、送端换流站模块、输电线路模块、受端换流站模块、受端交流源模块。换流器接线形式为单十二脉动、直流线路为单回。
[0039]2.2)建立直流开关场配置电路，按照实际的直流工程主接线在整流侧和逆变侧建立一定的开关器件。
[0040]2.3)建立避雷器配置电路，对照实际工程的换流器接线和电压等级挂上对应的避雷器。该工程为500kV单回形式，故参照《高压直流换流站绝缘配合导则》给出的避雷器所有类型和配置位置，提供用户避雷器配置接口。
[0041]第3步骤:在设备配置电路文件中对应每种不同的故障加入相应的控制和保护，对控制和保护电路和元器件赋予不同的链接文件名和ID号。
[0042]3.1)在设备配置电路中即第一层电路中加入控制和保护模块每种不同的故障对应每种不同的控制和保护。
[0043]3.2)对每个电路模板文件以及保护和控制电路，标上一定的链接文件名和关联ID号。比如送端换流站模块可命名其链接文件名为LX_R_P_DTS-TC-T32_DCSwitchField.tpf,元件ID号为Y3，其子层电路即第二层电路中换流器的链接文件命名为LX_R_P_Converterl.tpf, ID为Y100，其后子层电路为换流器的实际电路接线图。在第二层电路和第三层电路中加上必要的开关元件。
[0044]第4步骤:根据各种故障形式选择相应的开关运行状态、避雷器动作(参照绝缘配合要求)、主电路和控制保护电路，通过链接文件名和ID号关联起来，形成故障配置文件，自动形成故障电路。
[0045]4.1)首先对该工程的接线方式选择相应的智能开关的运行状态，一般有三种接线方式，包括单极大地回线(GR)、单极金属回线(MR)、双极运行方式(BP)。这些智能开关一般设置在直流开关场、负极送端换流站模块和负极受端换流站模块。比如设置Y4.Y210、Y5.Y13、Y5.Y16 对应的开关处于关闭，Υ4.Υ209、Υ4.Υ211、Υ4.Υ201、Υ4.Υ208、Υ5.Υ12、Υ5.Υ17处于开断时候，对应系统处于单极金属回线(MR)状态，其它三种类似
4.2)对应各种不同的故障形式如整流侧接地极线开路、逆变侧接地极线开路、送端换流侧Y线圈侧套管短路、受端换流侧Y线圈阀侧套管短路、逆变侧阀连续换相失败、逆变侧闭锁旁通对未解锁、整流侧阀顶短路、逆变侧阀顶短路，每种故障对应不同的开关状态，与之相对应的保护为接地极线短路保护、换流侧差动保护、换相失败保护、直流过电压保护、极母线差动保护，分别给这些开关和保护模块赋予不同的ID号。比如正极控制ID号为Υ1、负极控制ID号为Υ2，极线短路保护Υ20、换流侧差动保护Υ21。
[0046]4.3)根据不同故障配置不同的避雷器方案，具体避雷器参数可以参照实际工程运行的伏安特性曲线。比如极线短路保护需要动作的避雷器类型为DR、DL、E，使这三种避雷器动作就行。
[0047]4.4)对每种故障都这样通过链接文件和关联ID号将开关器件、主电路、控制和保护、避雷器联系起来，做成故障配置文件，就可以自动形成故障电路。
[0048]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:具体包括以下步骤: (1)配置直流工程结构信息和直流工程基本电气参数； (2)依据直流工程实际接线建立相应的电路模板文件，主要包括设备配置电路文件即一次回路主电路接线图以及关键位置的开关器件、直流开关场配置电路、避雷器配置电路； (3)在设备配置电路中加入二次回路电路，二次回路电路包括控制和保护电路模块； (4)对应各种电路故障来改变设备配置电路文件中的开关器件，并将相应的控制和保护电路，以及直流开关场配置文件和避雷器配置电路通过链接文件以及关联ID号连接起来，形成各种故障配置文件，最后自动生成故障电路。
2.根据权利要求1所述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述步骤(I)中包括以下步骤: 1.1)根据用户配置，获取直流工程结构信息，包括直流工程运行方式、输电方式、换流器接线形式、直流线路及接地极线杆塔类型； 1.2)根据用户配置，获取直流工程电气信息，包括系统额定功率、额定电压、额定电流、线路长度、整流器额定触发角、逆变器额定关断角、直流线路最高运行电压、直流线路最高运行电流。
3.根据权利要求2所述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述步骤(2)中包括以下步骤: 2.1)建立设备配置电路文件，包括一次回路的送端交流源模块、送端换流站模块、输电线路模块、受端换流站模块、受端交流源模块； 2.2)建立直流开关场配置电路，按照实际的直流工程主接线在整流侧和逆变侧建立开关器件； 2.3)建立避雷器配置电路，对照实际工程的换流器接线和电压等级挂上对应的避雷器。
4.根据权利要求3所述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述步骤(3)中包括以下步骤: 3.1)在设备配置电路中即第一层电路中加入控制和保护模块，使得每种不同的故障对应每种不同的控制和保护； 3.2)对每个电路模板文件以及保护和控制电路，标上一定的链接文件名和关联ID号。
5.根据权利要求4所述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述步骤(4)中包括以下步骤: 4.1)首先对该工程的接线方式选择相应的智能开关的运行状态，有三种接线方式，包括单极大地回线、单极金属回线、双极运行方式，这三种接线方式设置在直流开关场、负极送端换流站模块和负极受端换流站模块； 4.2)以上三种运行方式对应的故障形式包括整流侧接地极线开路、逆变侧接地极线开路、送端换流侧Y线圈侧套管短路、受端换流侧Y线圈阀侧套管短路、逆变侧阀连续换相失败、逆变侧闭锁旁通对未解锁、整流侧阀顶短路、逆变侧阀顶短路；每种故障形式对应不同的开关状态，同时与之相对应的保护为接地极线短路保护、换流侧差动保护、换相失败保护、直流过电压保护、极母线差动保护，分别给这些开关和保护模块赋予不同的ID号； 4.3)根据不同故障配置不同的避雷器方案，具体避雷器参数可以参照实际工程运行的伏安特性曲线； 4.4)通过链接文件和关联10号将开关器件、主电路、控制和保护、避雷器联系起来，做成故障配置文件，自动形成故障电路。
6.根据权利要求5所述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述步骤2.1)中，送端换流站模块和受端换流站模块根据换流器接线形式的不同分为单十二脉动和双十二脉动；输电线路模块根据杆塔形式不同分为单回直流输电线路、双回直流输电线路。
7.根据权利要求6所述的一种直流输电工程故障电路自动生成方法，其特征在于:所述4.2)中，具体命名规则如下:避雷器及其关联元件的10从VI开始，用于实现避雷器及其关联元件的同时显示或隐藏；同一层电路中，模块按照10号大小进行排序，从1200开始；电路中普通开关元件10从1300开始；为实现设备配置中同一侧正、负极元件参数的同步，需要参数同步的1)861^161116111:元件10 —致，元件号可以从VI开始。
【文档编号】G06F17/50GK104408219SQ201410521554
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】周志成, 谢天喜, 何俊佳, 陶风波, 马勇, 刘洋, 李婷 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力科学研究院, 华中科技大学