一种供电系统过电流仿真方法与终端与流程

本发明涉及电力仿真，特别涉及一种供电系统过电流仿真方法与终端。

背景技术：

1、可再生能源发电很大比例需要以直流型式接入电网，直流配电在众多领域应用有着愈发广泛的应用。相对于传统交流配电网，直流配电网中的发电设备、用电设备和传输线路都具有“低阻抗、低惯量”特点，发生短路故障时的电流迅速上升，威胁线路中设施的安全。特别是当直流配电系统中含有储能电池时，其短路放电电流响应特性达到毫秒级别，无论从速度或是峰值电流或时间匹配上，直流传输线路的保护都有更高的要求。

2、图1是典型低压直流微电网供电拓扑图，绝大部分储能电池采用锂离子电池，为追求更高的充放电效率，锂离子电池的直流电阻很低，其自身外短路时可以在毫秒级达到峰值电流，幅值和电池容量成正比。近年来，电化学储能用锂离子电池的单体容量不断增加，对供电系统的保护提出了更高的要求。

3、为限值峰值短路电流，通常采用被动式保护(断路器、熔断器等)或主动式保护(电力电子变换器)配合动力电池，有关低压直流系统短路特性文献分析表明，电池的输出串联变换器可以将短路电流限制在较小的范围内。然而电池在系统中需要频繁充放电，变换器的工作损耗计算在内，特别是在数据中心应用时，pue指标数值会有所增加，降低使用经济性。采用熔断器串联在线路中的被动式保护，当器件和源、线路的参数失配时，不能达到有针对性的保护。

4、针对当下面临的问题，在工程实践中可以采用试验或仿真方法进行设计，使熔断器主要参数设计和保护要求相匹配，使短路、严重过载这类偶发故障得到保护，也避免使用真实短路试验来验证熔断器的选型匹配。

5、目前，在公开号为cn111859609b的专利《一种基于matlab/simulink的熔断器建模仿真方法》中，源电路采用rlc电路模拟源的内部，不能完全反应电池类源的特性；仅采用了i2t计数模块反应熔断器的熔断过程，不能完全反应电弧的特性；没有涉及供电回路的参数的识别。在公开号为cn111585270a的专利《一种船用直流并网系统及其短路保护的仿真方法》中，虽建立了电池到直流母线的供电回路的仿真，但其中经过dc/dc变换器，未能分析电池类型电源向母线负载直接供电条件下熔断器的保护情况，并且没有给出熔断器的具体建模原理，以及短路波形与参数的选择判断依据。

6、因此，需要提供一种更加有效的建模仿真方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种供电系统过电流仿真方法与终端，实现更加有效的建模仿真。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种供电系统过电流建模方法，包括步骤：

4、s1、以含r-c-l的模型等效直流母线传输线路，建立直流网络功率传输线路短路瞬态时刻的等效电路模型；

5、s2、在所述等效电路模型中靠近锂离子电池位置设置熔断器模型，并将熔断器的熔断过程划分为弧前过程与燃弧过程：

6、在弧前过程中，忽略熔断器自身的电感，将熔断器等效为可变电阻，建立弧前过程的电路方程，并建立燃弧条件；

7、在燃弧过程中，将起弧模型等效为可变电阻串联电压源，建立燃弧过程的电路动态方程，并建立熔断器的故障判断条件和熔断器熔断条件；

8、s3、基于所述等效电路模型和所述熔断器模型，组合构建供电系统的系统模型。

9、一种供电系统过电流仿真方法，包括步骤：

10、s1、获取工程参数；

11、s2、将所述工程参数代入系统模型进行仿真运行；

12、所述系统模型的构建具体包括步骤：

13、建立直流网络功率传输线路短路瞬态时刻的等效电路模型包括：建立电池系统等效模型、建立直流网络各变换器短路瞬态时刻等效电路以及建立直流网络功率传输线路短路瞬态时刻等效电路；

14、在所述等效电路模型中靠近锂离子电池位置设置熔断器模型，并将熔断器的熔断过程划分为弧前过程与燃弧过程：

15、在弧前过程中，忽略熔断器自身的电感，将熔断器等效为可变电阻，建立弧前过程的电路方程，并建立燃弧条件；

16、在燃弧过程中，将起弧模型等效为可变电阻串联电压源，建立燃弧过程的电路动态方程，并建立熔断器的故障判断条件和熔断器熔断条件；

17、基于所述等效电路模型和所述熔断器模型，组合构建供电系统的系统模型。

18、为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

19、一种供电系统过电流仿真终端，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现以上所述的一种供电系统过电流建模方法中的步骤，或以上所述的一种供电系统过电流仿真方法中的步骤。

20、本发明的有益效果在于：本发明的一种供电系统过电流建模方法、仿真方法以及终端，以含r-c-l的模型等效直流母线传输线路，并在熔断器模型的构建中将熔断过程划分为弧前过程与燃弧过程，分别建立电路方程，并设计燃弧条件、熔断器的故障判断条件和熔断器熔断条件，得到供电系统更加准确的系统模型，实现更加有效的建模仿真，适用于含锂离子电池供电的含熔断器类型保护器件线路的短路电流模拟，为配电设施设计提供依据，并且可以判断熔断器的选型是否符合要求。

技术特征：

1.一种供电系统过电流仿真方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的一种供电系统过电流仿真方法，其特征在于，所述工程参数包括各变流器或逆变器的输出电容、直流母线的电感以及直流母线的电阻。

3.根据权利要求2所述的一种供电系统过电流仿真方法，其特征在于，所述直流母线的电阻通过采集母线上相邻的功率馈线连接点的电压计算得到，计算表达式为：

4.根据权利要求1所述的一种供电系统过电流仿真方法，其特征在于，所述电池系统等效模型的建立具体为：

5.根据权利要求1所述的一种供电系统过电流仿真方法，其特征在于，弧前过程的电路方程为：

6.根据权利要求1所述的一种供电系统过电流仿真方法，其特征在于，燃弧过程的电路动态方程表示为：

7.根据权利要求1所述的一种供电系统过电流仿真方法，其特征在于，燃弧条件表示为：

8.根据权利要求1所述的一种供电系统过电流仿真方法，其特征在于，熔断器保持含内阻的电压源特性，对流经的电流峰值具有故障判断条件，所述故障判断条件表示为：

9.根据权利要求1所述的一种供电系统过电流仿真方法，其特征在于，电弧熄灭时熔断器熔断，则熔断器熔断条件等效为电弧熄灭条件：

10.一种供电系统过电流仿真终端，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所处处理器执行所述计算机程序时实现以上权利要求1-9任一所述的一种供电系统过电流仿真方法中的步骤。

技术总结
本发明公开了一种供电系统过电流仿真方法与终端，以含R‑C‑L的模型等效直流母线传输线路，建立直流网络功率传输线路短路瞬态时刻的等效电路模型；在等效电路模型中靠近锂离子电池位置设置熔断器模型，并将熔断器的熔断过程划分为弧前过程与燃弧过程：在弧前过程中，忽略熔断器自身的电感，将熔断器等效为可变电阻，建立弧前过程的电路方程，并建立燃弧条件；在燃弧过程中，将起弧模型等效为可变电阻串联电压源，建立燃弧过程的电路动态方程，并建立熔断器的故障判断条件和熔断器熔断条件；基于等效电路模型和熔断器模型，组合构建供电系统的系统模型；本发明建立更加准确的系统模型，实现更加有效的建模仿真。

技术研发人员：马克明,张新池,李国伟
受保护的技术使用者：福建时代星云科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26