一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法及装置与流程

本发明涉及超导限流器技术领域，尤其涉及一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法及装置。

背景技术：

目前，在超导限流器的研究方面，国内外科研工作者都做了大量的相关工作。其中，电阻型超导限流器由于其结构相对简单，技术上较为容易实现，电压等级容易提高，在线路中的安装与维护也比较方便，具有更加广阔的研究前景。

目前对电阻型超导限流器的研究主要集中在限流的本体结构设计与电路的拓扑设计上，但超导限流器中超导材料因短路电流而发生失超的暂态特性，仍然是影响超导限流器限流能力以及限流器保护等核心内容。针对电阻型超导限流器而言，超导材料在短路故障中产生的限流阻抗暂态变化过程决定了限流器在电力系统中的限流适配性。因而，确定在特定的冲击电流下确定某一拓扑和结构类型的电阻型超导限流器的故障电阻和限流电流，是设计电阻型超导限流器的基础参数。

目前，确定电阻型超导限流器故障电阻和限流电流的做法是：通过分析第二代高温超导材料的临界电流特性，构建其在电路中的数学仿真模型，并运用pscad/emtdc与matlab软件进行联合模拟仿真；对简单电力系统发生单相短路与三相短路故障超导限流器的运行特性进行仿真分析与结果比较；最后通过大电流冲击下失超电阻的测量，验证暂态限流电阻计算模型和测试系统的正确性。但现有的方法无法精确确定某一冲击电流下的特性拓扑和结构类型的电阻型超导限流器的故障电阻和限流电流，只能通过验证的方式，来证明所取的值可能满足要求，无法得到最优解的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法及装置，解决了现有的方法无法精确确定某一冲击电流下的特性拓扑和结构类型的电阻型超导限流器的故障电阻和限流电流，只能通过验证的方式，来证明所取的值可能满足要求，无法得到最优解的技术问题。

本发明提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法，包括：

s1、调用包含超导限流器的电网短路故障暂态电路，计算在所述超导限流器不响应短路故障情况下的所述电网短路故障暂态电路的原始故障电流in(t)，n为自然数；

s2、调用所述超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)，计算所述超导限流器在所述原始故障电流in(t)的作用下的电阻rn(t)；

s3、将所述超导限流器的电阻rn(t)增加至所述电网短路故障暂态电路中，并计算所述电网短路故障暂态电路的短路故障电流im(t)，m＝n+1；

s4、判断短路故障电流im(t)与短路故障电流in(t)之间的误差是否小于预设阈值，若是，则确定所述超导限流器的故障电阻为rn(t)，限流电流为im(t)；若否，则将in(t)＝im(t)后，返回步骤s2进入迭代。

可选地，所述步骤s1之前还包括：

s01、建立超导限流器在不同温度下的电阻模型r(t)，其中r为超导限流器的电阻值(单位：ω)，t为超导限流器的导体温度(单位：k)；

s02、调用所述电阻模型r(t)，结合所述电阻模型r(t)建立所述超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)。

可选地，所述步骤s1之前还包括：

建立包含超导限流器的电网短路故障暂态电路。

可选地，所述步骤s4中短路故障电流im(t)与短路故障电流in(t)之间的误差的表达式具体为：

本发明提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算装置，包括：

第一计算单元，用于调用包含超导限流器的电网短路故障暂态电路，计算在所述超导限流器不响应短路故障情况下的所述电网短路故障暂态电路的原始故障电流in(t)，n为自然数；

第二计算单元，用于调用所述超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)，计算所述超导限流器在所述原始故障电流in(t)的作用下的电阻rn(t)；

第三计算单元，用于将所述超导限流器的电阻rn(t)增加至所述电网短路故障暂态电路中，并计算所述电网短路故障暂态电路的短路故障电流im(t)，m＝n+1；

判断单元，用于判断短路故障电流im(t)与短路故障电流in(t)之间的误差是否小于预设阈值，若是，则确定所述超导限流器的故障电阻为rn(t)，限流电流为im(t)；若否，则将in(t)＝im(t)后，跳转至第二计算单元进入迭代。

可选地，还包括：

第一构建单元，用于建立超导限流器在不同温度下的电阻模型r(t)，其中r为超导限流器的电阻值(单位：ω)，t为超导限流器的导体温度(单位：k)；

第二构建单元，用于调用所述电阻模型r(t)，结合所述电阻模型r(t)建立所述超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)。

可选地，还包括：

第三构建单元，用于建立包含超导限流器的电网短路故障暂态电路。

可选地，所述判断单元中短路故障电流im(t)与短路故障电流in(t)之间的误差的表达式具体为：

本发明提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算设备，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行如上中任一项所述的超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法。

本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求如上中任一项所述的超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法，包括：s1、调用包含超导限流器的电网短路故障暂态电路，计算在所述超导限流器不响应短路故障情况下的所述电网短路故障暂态电路的原始故障电流in(t)，n为自然数；s2、调用所述超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)，计算所述超导限流器在所述原始故障电流in(t)的作用下的电阻rn(t)；s3、将所述超导限流器的电阻rn(t)增加至所述电网短路故障暂态电路中，并计算所述电网短路故障暂态电路的短路故障电流im(t)，m＝n+1；s4、判断短路故障电流im(t)与短路故障电流in(t)之间的误差是否小于预设阈值，若是，则确定所述超导限流器的故障电阻为rn(t)，限流电流为im(t)；若否，则将in(t)＝im(t)后，返回步骤s2进入迭代。

本发明根据超导限流器在冲击大电流作用下故障电流和限流电流之间的相互作用关系，通过迭代的方法，在给定收敛条件的前提下，可以准确确定在特定的冲击大电流下超导限流器的故障电阻和限流电流的值，为超导限流器的基础参数确定提供了方案，为确保超导限流器的限流效果奠定基础，解决了现有的方法无法精确确定某一冲击电流下的特性拓扑和结构类型的电阻型超导限流器的故障电阻和限流电流，只能通过验证的方式，来证明所取的值可能满足要求，无法得到最优解的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法的另一个实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算装置的一个实施例的结构示意图；

图4为本发明提供的一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算装置的另一个实施例的结构示意图；

图5为原始故障电流i0(t)随时间变化图；

图6为电阻r0(t)随时间变化图；

图7为短路故障电流i1(t)随时间变化图；

图8为电阻r1(t)随时间变化图；

图9为短路故障电流i2(t)随时间变化图；

图10为电阻r2(t)随时间变化图；

图11为短路故障电流i3(t)随时间变化图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法及装置，解决了现有的方法无法精确确定某一冲击电流下的特性拓扑和结构类型的电阻型超导限流器的故障电阻和限流电流，只能通过验证的方式，来证明所取的值可能满足要求，无法得到最优解的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法的一个实施例，包括：

101、调用包含超导限流器的电网短路故障暂态电路，计算在超导限流器不响应短路故障情况下的电网短路故障暂态电路的原始故障电流in(t)，n为自然数；

102、调用超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)，计算超导限流器在原始故障电流in(t)的作用下的电阻rn(t)；

103、将超导限流器的电阻rn(t)增加至电网短路故障暂态电路中，并计算电网短路故障暂态电路的短路故障电流im(t)，m＝n+1；

104、判断短路故障电流im(t)与短路故障电流in(t)之间的误差是否小于预设阈值，若是，则确定超导限流器的故障电阻为rn(t)，限流电流为im(t)；若否，则将in(t)＝im(t)后，返回步骤102进入迭代。

本发明实施例根据超导限流器在冲击大电流作用下故障电流和限流电流之间的相互作用关系，通过迭代的方法，在给定收敛条件的前提下，可以准确确定在特定的冲击大电流下超导限流器的故障电阻和限流电流的值，为超导限流器的基础参数确定提供了方案，为确保超导限流器的限流效果奠定基础，解决了现有的方法无法精确确定某一冲击电流下的特性拓扑和结构类型的电阻型超导限流器的故障电阻和限流电流，只能通过验证的方式，来证明所取的值可能满足要求，无法得到最优解的技术问题。

以上是对本发明提供的一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法的一个实施例进行的说明，以下将对本发明提供的一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法的另一个实施例进行说明。

请参阅图2，本发明提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法的另一个实施例，包括：

201、建立超导限流器在不同温度下的电阻模型r(t)，其中r为超导限流器的电阻值(单位：ω)，t为超导限流器的导体温度(单位：k)；

需要说明的是，通过数学分析软件，如matlab软件，建立超导限流器在不同温度下的电阻模型r(t)，其中r为超导限流器的电阻值(单位：ω)，t为超导限流器的导体温度(单位：k)。

202、调用电阻模型r(t)，结合电阻模型r(t)建立超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)；

需要说明的是，采用有限元仿真软件，如ansys软件，建立超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)，其中，u为超导限流器的端电压，i为流经超导限流器的电流，建模中的物理模型的参数依据为步骤201中构建的电阻模型r(t)。

203、建立包含超导限流器的电网短路故障暂态电路；

需要说明的是，采用电力系统仿真软件，如pscad/emtdc软件，建立包含超导限流器的电网短路故障暂态电路。

204、调用包含超导限流器的电网短路故障暂态电路，计算在超导限流器不响应短路故障情况下的电网短路故障暂态电路的原始故障电流in(t)，n为自然数；

需要说明的是，在构建了包含超导限流器的电网短路故障暂态电路后，通过调用包含超导限流器的电网短路故障暂态电路，来给出超导限流器不响应短路故障情况下的原始故障电流in(t)，n为自然数，本实施例中n＝0，得到如图5所示的原始故障电流i0(t)。

205、调用超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)，计算超导限流器在原始故障电流in(t)的作用下的电阻rn(t)；

需要说明的是，调用超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)，能够计算出超导限流器在原始故障电流in(t)作用下的电压-电流随时间变化的曲线u1(i0,t)，由此可以计算得到如图6所示超导限流器对应的电阻r0(t)。

206、将超导限流器的电阻rn(t)增加至电网短路故障暂态电路中，并计算电网短路故障暂态电路的短路故障电流im(t)，m＝n+1；

需要说明的是，在计算得到超导限流器的电阻rn(t)后，将超导限流器的电阻rn(t)替换包含超导限流器的电网短路故障暂态电路中的电阻，从而计算出此时电网短路故障暂态电路的短路故障电流im(t)，m＝n+1。

207、判断短路故障电流im(t)与短路故障电流in(t)之间的误差是否小于预设阈值，若是，则确定超导限流器的故障电阻为rn(t)，限流电流为im(t)；若否，则将in(t)＝im(t)后，返回步骤205进入迭代；

需要说明的是，在得到短路故障电流im(t)后，判断短路故障电流im(t)与短路故障电流in(t)之间的误差，即是否低于预设阈值。

超导限流单元是电阻型超导限流器的核心部件，当短路故障电流冲击电网时，其从超导状态经磁通流阻态到完全失超状态的变化过程决定了整个电阻型超导限流器的工作性能。如图5至图11所示，由于超导限流单元的转变是与短路故障电流曲线波形和持续时间密切相关的强非线性特征。即短路故障电流i增加将促使限流单元产生电阻r，而电阻r增大将抑制短路故障电流i的增加；比预期小的短路故障电流i将减少产生的热量q，而热量q累积速度的减少又将降低电阻r的增速，从而又作用于短路故障电流i的幅值，这些因素相互影响之下，最终对于超导限流器故障电阻和限流电流的确定的依据在于前一次短路故障电流与后一次短路故障电流的差别低于预设阈值，代表整个系统趋于稳定，此时超导限流器的故障电阻与限流电流可分别确定。

以上是对本发明提供的一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法的另一个实施例进行的说明，以下将对本发明提供的一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算装置的一个实施例进行说明。

请参阅图3，本发明提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算装置的一个实施例，包括：

第一计算单元301，用于调用包含超导限流器的电网短路故障暂态电路，计算在超导限流器不响应短路故障情况下的电网短路故障暂态电路的原始故障电流in(t)，n为自然数；

第二计算单元302，用于调用超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)，计算超导限流器在原始故障电流in(t)的作用下的电阻rn(t)；

第三计算单元303，用于将超导限流器的电阻rn(t)增加至电网短路故障暂态电路中，并计算电网短路故障暂态电路的短路故障电流im(t)，m＝n+1；

判断单元304，用于判断短路故障电流im(t)与短路故障电流in(t)之间的误差是否小于预设阈值，若是，则确定超导限流器的故障电阻为rn(t)，限流电流为im(t)；若否，则将in(t)＝im(t)后，跳转至第二计算单元302进入迭代。

以上是对本发明提供的一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算装置的一个实施例进行的说明，以下将对本发明提供的一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算装置的另一个实施例进行说明。

请参阅图4，本发明提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算装置的另一个实施例，包括：

第一构建单元401，用于建立超导限流器在不同温度下的电阻模型r(t)，其中r为超导限流器的电阻值(单位：ω)，t为超导限流器的导体温度(单位：k)；

第二构建单元402，用于调用电阻模型r(t)，结合电阻模型r(t)建立超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)；

第三构建单元403，用于建立包含超导限流器的电网短路故障暂态电路；

第一计算单元404，用于调用包含超导限流器的电网短路故障暂态电路，计算在超导限流器不响应短路故障情况下的电网短路故障暂态电路的原始故障电流in(t)，n为自然数；

第二计算单元405，用于调用超导限流器在不同热交换条件及冲击电流作用下的外部特性模型u(i,t)，计算超导限流器在原始故障电流in(t)的作用下的电阻rn(t)；

第三计算单元406，用于将超导限流器的电阻rn(t)增加至电网短路故障暂态电路中，并计算电网短路故障暂态电路的短路故障电流im(t)，m＝n+1；

判断单元407，用于判断短路故障电流im(t)与短路故障电流in(t)之间的误差是否小于预设阈值，若是，则确定超导限流器的故障电阻为rn(t)，限流电流为im(t)；若否，则将in(t)＝im(t)后，跳转至第二计算单元405进入迭代。

本发明提供了一种超导限流器故障电阻和限流电流的计算设备，设备包括处理器以及存储器：

存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器用于根据程序代码中的指令执行如实施例一或实施例二中任一项的超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法。

本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行权利要求如实施例一或实施例二中任一项的超导限流器故障电阻和限流电流的计算方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。