一种用于零损耗深度限流的零前分闸相控方法、设备、系统及存储介质与流程

本发明属于电力电网的安全技术领域，涉及一种用于零损耗深度限流的零前分闸相控方法、设备、系统及存储介质。

背景技术：

随着电力系统容量的不断扩大，短路电流超标越来越严重，可能导致超过断路器设备的最大遮断容量，严重威胁了电网及电力设备的安全。为解决上述问题，目前有两种解决手段，一种是更换更大遮断容量的断路器，一种是采用限流技术限制超标的短路电流，但更换更大遮断容量的断路器，因其制造成本高，不经济，难以推广应用。

限流技术一般可从调整电网结构、改变系统运行方式和加装限流设备三方面来考虑限制短路电流。现有的技术措施主要有发展高一级电压电网、采用直流联网、大容量机组的发电厂采用单元接线、多母线分列运行或母线分段运行、采用高阻抗变压器、加装限流电抗器等，尽管这些措施在一定程度上可以抑制电网的故障电流，但均存在着压降及电能损耗等问题。而加装零损耗深度限流装置作为一种有效的技术措施，不但可以限制电力系统超标短路电流，保障电网的安全可靠运行，而且能够实现零损耗、零压降的特点，具有良好的节能降耗的经济效益和社会效益。

目前，在发生电流短路的时候，采用快速分闸的真空断路器由于开距较小，在开启的时候，容易出现触头击穿电弧复燃的问题，增加了故障电流对设备造成冲击，也会影响到触头的寿命，对真空断路器的触头要求较高。在目前的使用中，通常都是在发生电路发生短路故障的时候，即刻发送分闸命令，此时可能出现在电流波形90度的时候分闸，此时电弧量是最大的时候，不利于熄弧，此时的灼烧量是最大的，对触头的损伤也是最大的。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于零损耗深度限流的零前分闸相控方法，解决了短路电流持续时间较长，增加了故障电流对设备冲击的不良影响以及对真空断路器触头要求较高的技术问题。

本发明提供的一种用于零损耗深度限流的零前分闸相控方法，所述方法包括如下步骤：

所述方法包括如下步骤：

采集开关支路的电流值，获取并记录开关支路的实时电流值及所述电流值的对应时刻；

通过对所述电流值及所述电流值的对应时刻进行线性拟合，获得电流斜率线性拟合公式及电流斜率拟合曲线，根据电流斜率线性拟合公式得到的电流变化率，判断所述开关支路是否预短路故障；所述开关支路出现预短路故障时，获取所述开关支路出现预短路故障时的实时预短路故障电流值及所述预短路故障电流值的对应时刻；

通过比较所述预短路故障电流值与预设电流阈值的大小，判断所述开关支路是否出现短路故障，所述开关支路出现短路故障时，获取开关支路出现短路故障时的实时短路故障电流值及所述短路故障电流值的对应时刻；

通过对所述短路故障电流值及所述短路故障电流值的对应时刻进行线性拟合，获得短路电流波形拟合曲线，根据所述短路电流波形拟合曲线，预测得到开关支路的电流出现短路故障时对应时刻的第一个零点时刻或第二个零点时刻；

根据所述第一个零点时刻或所述第二个零点时刻，控制真空断路器在所述第一个零点时刻前或所述第二个零点时刻前进行分闸。

其中，所述控制真空断路器的方式具体为：通过所述第一个零点时刻或所述第二个零点时刻，获取零损耗深度限流装置发出分闸命令的时刻t；

根据所述零损耗深度限流装置发出分闸命令的时刻t，控制所述真空断路器的动触头在所述第一个零点时刻前或第二个零点时刻前的时刻t1开始分闸，所述真空断路器的动触头在所述第一个零点时刻后或第二个零点时刻后的时刻t2完全分闸。

其中，所述真空断路器的固有分闸时间为5ms，所述t1时刻与所述t2时刻之间的时间长度为5ms，所述零损耗深度限流装置发出分闸命令的时刻t至所述真空断路器的动触头开始分闸的时刻t1之间的时间为▽t。

其中，所述判断所述开关支路是否出现预短路故障具体为：

对采集第一时段的所述电流值进行线性拟合，获得第一线性拟合公式，根据所述第一线性拟合公式，获取第一电流变化率a；

对采集与第一时刻连续的第二时刻的电流值进行线性拟合，获得第二线性拟合公式，根据所述第二线性拟合公式，获取第二电流变化率b；

若所述第一电流变化率a小于所述第二电流变化率b，则判定所述开关支路出现了预短路故障。

其中，所述判断所述开关支路是否出现短路故障具体为：

若所述预短路故障电流值大于所述预设电流阈值，判定所述开关支路出现了短路故障。

其中，所述通过对所述电流值及所述电流值的对应时刻进行线性拟合采用的是最小二乘法的线性拟合。

其中，选择所述第一个零点时刻或者是所述第二个零点时刻的判断方式为：所述预短路故障电流值大于所述预设电流阈值的对应时刻为时刻t，所述时刻t取最小值时为短路故障电流时刻t0，若所述短路故障电流时刻t至第一个零点时刻之间的时段大于所述▽t，则控制真空断路器在所述第一个零点时刻前进行分闸，若所述短路故障电流时刻t至第一个零点时刻之间的时段小于或等于所述▽t，则控制真空断路器在所述第二个零点时刻前进行分闸。

本发明提供了一种用于零损耗深度限流的零前分闸相控设备，所述设备包括如下模块：

采集模块：采集开关支路的电流值，获取并记录开关支路的实时电流值及所述电流值的对应时刻；

预判断模块：通过对所述电流值及所述电流值的对应时刻进行线性拟合，获得电流斜率线性拟合公式及电流斜率拟合曲线，根据电流斜率线性拟合公式得到的电流变化率，判断所述开关支路是否预短路故障；所述开关支路出现预短路故障时，获取所述开关支路出现短路故障时的实时预短路故障电流值及所述预短路故障电流值的对应时刻；

判断模块：通过比较所述预短路故障电流值与预设电流阈值的大小，判断所述开关支路是否出现短路故障，所述开关支路出现短路故障时，获取开关支路出现短路故障时的实时短路故障电流值及所述短路故障电流值的对应时刻；

预测模块：通过对所述短路故障电流值及所述短路故障电流值的对应时刻进行线性拟合，获得短路电流波形拟合曲线，根据所述短路电流波形拟合曲线，预测得到开关支路的电流出现短路故障时对应时刻的第一个零点时刻或第二个零点时刻；

执行模块：根据所述第一个零点时刻或所述第二个零点时刻，控制真空断路器在所述第一个零点时刻前或所述第二个零点时刻前进行分闸。

本发明提供了一种用于零损耗深度限流装置的零前分闸相控系统，其特征在于，该数据预处理设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述的一种用于零损耗深度限流装置的零前分闸相控方法的步骤。

本发明提供了一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述的一种用于零损耗深度限流装置的零前分闸相控方法的步骤。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种用于零损耗深度限流的零前分闸相控方法、设备、系统及存储介质，基于采集到的开关支路的实时电流值，通过对所述电流值及所述电流值的对应时刻进行线性拟合，获得所述电流值变化率来判断所述开关支路是否出现预短路故障，在出现预短路故障的时候，获取所述开关支路出现预短路故障时的实时预短路故障电流值及所述预短路故障电流值的对应时刻，通过比较所述预短路故障电流值与预设电流阈值的大小来判断所述开关支路是否出现短路故障，获取开关支路的电流出现短路故障时的实时短路电流值及所述短路电流值的对应时刻，通过对所述短路电流值及所述短路电流值对应时刻进行线性拟合，获取所述短路电流波形拟合曲线，通过所述短路电流波形拟合曲线，预测得到所述短路故障电流的第一个零点时刻或第二个零点时刻，进行控制真空断路器在所述第一个零点时刻前或第二个零点时刻前进行分闸。控制所述真空断路器在零点时刻前分闸，真空断路器在电流的零点时刻前分闸，在零点时刻的时候，两个触头之间的具有一定的开距且截流电弧燃烧量越小，防止电流过零后断路器断口被瞬态恢复电压击穿重燃，提升了真空断路器的开断容量；通过短路电流波形拟合曲线能够快速计算出短路电流零点时刻，实现了真空断路器迅速在短路电流零点时刻前进行分闸，即实现了零损耗深度限流装置快速、可靠地投入限流电抗器，将超标的短路电流限制在安全范围内，减少了短路电流对运行设备的持续冲击，保障了设备安全。同时，零点时刻前进行分闸能够避免电弧的重燃，能够提高开距两端的触头的使用寿命，再不会重燃的状况下，无需对触头进行非常严格的要求，只需要使用普通的触头即可，能够节约成本，触头损坏的时候，能够随意更换，更具有适应性和灵活性。

另外，预测所述第一个零点时刻和所述第二个零点时刻目的在于防止短路故障时的对应时刻与所述第一个零点时刻的时间较为相近的时候，则采用第二个零点时刻前进行分闸，预留充足的开始分闸与零点时刻的时间，确保能够稳定的实现将超标的短路电流限制在安全范围内。

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所述电流值它的附图。

图1为本发明实施例提供的用于零损耗深度限流的零前分闸相控方法的框图；

图2为本发明实施例提供的用于零损耗深度限流的零前分闸相控设备的框图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种用于零损耗深度限流的零前分闸相控方法、设备、系统及存储介质，用于解决短路电流持续时间较长，增加了故障电流对设备冲击的不良影响以及对真空断路器触头要求较高的技术问题。

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所述电流值它实施例，都属于本发明保护的范围。

在发生开关支路短路故障的时候，使用传统的机械断路器由于开距较长，反应时间较慢，故障电流对设备造成冲击的时间长；采用真空断路器的时候，由于真空断路器的开距比较短，真空断路器分闸时候的多次电弧重燃，只有当触头间距增大到真正能够完成切断的是时候，分闸才完成，相当于投入了一个限流电抗器，而且分闸重燃所带来的电压值也是非常高，增加了故障电流对设备造成的冲击。在真空断路器触头之间会发生电弧重燃，在电流的零点时刻会发生电弧灭弧的情况，通过对零点时刻的预测来对真空断路器分闸进行灭弧，防止真空断路器触头之间的电弧重燃的情况。

请参阅图1，本发明实施例提供的用于零损耗深度限流的零前分闸相控方法，包括：

101：采集开关支路的电流值，获取并记录开关支路的实时电流值及所述电流值的对应时刻；

102：通过对所述电流值及所述电流值的对应时刻进行线性拟合，获得电流斜率线性拟合公式及电流斜率拟合曲线，根据电流斜率线性拟合公式得到的电流变化率，判断所述开关支路是否预短路故障；所述开关支路出现预短路故障时，获取所述开关支路出现预短路故障时的实时预短路故障电流值及所述预短路故障电流值的对应时刻；

对采集到的所述电流值及所述电流值的对应时刻进行的线性拟合采用的是最小二乘法的线性拟合，能够通过线性拟合的电流斜率拟合曲线和电流斜率线性拟合公式，得到所述电流斜率拟合曲线的斜率，即电流变化率，通过所述电流变化率的变化判断所述开关支路是否出现预短路故障，具体为：对采集第一时段的所述电流值进行线性拟合，获得第一线性拟合公式，根据所述第一线性拟合公式，获取第一电流变化率a；

对采集与第一时刻连续的第二时刻的电流值进行线性拟合，获得第二线性拟合公式，根据所述第二线性拟合公式，获取第二电流变化率b；

若所述第一电流变化率a小于所述第二电流变化率b，则判定所述开关支路出现了预短路故障。

所述第一电流变化率a如果小于所述第二电流变化率b则可以判断所述电流发生了突变，能够准确快速的判断到所述开关支路发生了电流的变化，但是该电流的变化还尚未能够确定是否是短路，还需要进一步的筛查判断才能够更加准确的判断到所述开关支路是否出现了短路故障。

103：通过比较所述预短路故障电流值与预设电流阈值的大小，判断所述开关支路是否出现短路故障，所述开关支路出现短路故障时，获取开关支路出现短路故障时的实时短路故障电流值及所述短路故障电流值的对应时刻；

通过对开关支路进行预短路故障判断，首先能够确定所述开关支路上发生了电流的变化，但是不一定只有短路故障才会引起电流的变化，需要进一步的筛选判断才能够准确的判定所述开关支路出现了短路故障，因此，所述判断所述开关支路是否出现短路故障具体为：

若所述预短路故障电流值大于所述预设电流阈值，判定所述开关支路出现了短路故障。

在对所述开关支路进行预短路故障判断之后，在将获取的所述开关支路的预短路故障电流值与所述预设电流阈值进一步比较，能够准确的判定所述开关支路出现短路故障，避免出现误判的情况。

104：通过对所述短路故障电流值及所述短路故障电流值的对应时刻进行线性拟合，获得短路电流波形拟合曲线，根据所述短路电流波形拟合曲线，预测得到开关支路的电流出现短路故障时对应时刻的第一个零点时刻或第二个零点时刻；

未发生短路的时候的电流波形符合电流的正弦表达式，在发生短路之后，会出现谐波，导致所述的电流波形发生变化，此时通过获取短路电流的实时短路电流值以及所述短路电流值的对应时刻，拟合出所述短路电流波形拟合曲线，通过短路电流波形拟合曲线上找出短路故障时对应时刻，得到短路故障时对应时刻的第一个零点时刻或第二个零点时刻，即短路故障时对应时刻的下一个零点时刻或者下两个零点时刻。

105：根据所述第一个零点时刻或所述第二个零点时刻，控制真空断路器在所述第一个零点时刻前或所述第二个零点时刻前进行分闸。

所述控制真空断路器的方式具体为：通过所述第一个零点时刻或所述第二个零点时刻，获取零损耗深度限流装置发出分闸命令的时刻t；

根据所述零损耗深度限流装置发出分闸命令的时刻t，控制所述真空断路器的动触头在所述第一个零点时刻前或第二个零点时刻前的时刻t1开始分闸，所述真空断路器的动触头在所述第一个零点时刻后或第二个零点时刻后的时刻t2完全分闸。其中，所述真空断路器的固有分闸时间为5ms，所述t1时刻与所述t2时刻之间的时间长度为5ms，所述零损耗深度限流装置发出分闸命令的时刻t至所述真空断路器的动触头开始分闸的时刻t1之间的时间为▽t，所述▽t为3ms。

另外，选择所述第一个零点时刻或者是所述第二个零点时刻的判断方式为：所述预短路故障电流值大于所述预设电流阈值的对应时刻为时刻t，所述时刻t取最小值时为短路故障电流时刻t0，若所述短路故障电流时刻t至第一个零点时刻之间的时段大于所述▽t，则控制真空断路器在所述第一个零点时刻前进行分闸，若所述短路故障电流时刻t至第一个零点时刻之间的时段小于或等于所述▽t，则控制真空断路器在所述第二个零点时刻前进行分闸。

通过收到零损耗深度限装置下发的所述零点时刻前分闸指令，将零点时刻控制在真空断路器的分闸的过程中。避免发生高频电流过零熄弧的同时会再次产生恢复电压，该电压超过触头间的介质绝缘恢复电压时将再次发生电弧重燃的情况。

真空断路器在电流过零前分闸截流电弧燃烧量越小，在电流过零前可拉开更大的开距，防止电流过零后断路器断口被瞬态恢复电压击穿重燃，提升了真空断路器的开断容量；同时，通过电流变化率进行预判断，在通过比较所述预短路故障电流值与预设电流阈值的大小来实现对开关支路的短路故障电流进行判断，能够快速准确的判定所述开关支路是否出现短路故障，通过所述短路电流波形拟合曲线，能够快速预测出短路电流的第一个零点时刻或者第二个零点时刻的位置，能够通过拟合零损耗深度限流装置在短路电流过零点时刻实现真空断路器分闸，将超标的短路电流限制在安全范围内，减少了短路电流对运行设备的持续冲击，保障了设备安全。

如图2所示，本发明的另一实施例提供了一种用于零损耗深度限流的零前分闸相控设备，所述装置包括如下模块：

采集模块201：采集开关支路的电流值，获取并记录开关支路的实时电流值及所述电流值的对应时刻

预判断模块202：通过对所述电流值及所述电流值的对应时刻进行线性拟合，获得电流斜率线性拟合公式及电流斜率拟合曲线，根据电流斜率线性拟合公式得到的电流变化率，判断所述开关支路是否预短路故障；所述开关支路出现预短路故障时，获取所述开关支路出现短路故障时的实时预短路故障电流值及所述预短路故障电流值的对应时刻；

判断模块203：通过比较所述预短路故障电流值与预设电流阈值的大小，判断所述开关支路是否出现短路故障，所述开关支路出现短路故障时，获取开关支路出现短路故障时的实时短路故障电流值及所述短路故障电流值的对应时刻；

预测模块204：通过对所述短路故障电流值及所述短路故障电流值的对应时刻进行线性拟合，获得短路电流波形拟合曲线，根据所述短路电流波形拟合曲线，预测得到开关支路的电流出现短路故障时对应时刻的第一个零点时刻；

执行模块205：根据所述第一个零点时刻或所述第二个零点时刻，控制真空断路器在所述第一个零点时刻前或所述第二个零点时刻前进行分闸。

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。

本发明的另一实施例提供了一种用于零损耗深度限流的零前分闸相控系统，该数据预处理设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述的一种用于零损耗深度限流装置的零前分闸相控方法的步骤。

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。

本发明的另一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述中的一种用于零损耗深度限流装置的零前分闸相控方法的步骤。

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，可以通过所述电流值它的方式实现。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，仅仅为用于零损耗深度限流的零前分闸相控方法逻辑功能划分，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，机械或所述电流值它的形式。

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，而非对所述电流值限制；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：所述电流值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。