基于短路故障电流对称性的发电机断路器控制方法

本发明属于发电机出口断路器领域，涉及一种基于短路电流对称性的发电机快速断路器控制方法。

背景技术：

1、近年来，随着电力系统不断发展，电压等级不断提高，发电机单机容量不断增大，导致发电机出口侧发生的短路故障十分严重，亟需发电机断路器进行开断短路电流，尽可能减小短路影响，保护发电机和电力系统的正常稳定运行。

2、目前，市面上的发电机出口断路器普遍采用传统sf6的方式，其故障开断时间较长，开断电流等级较低，不符合未来电力设备环保化的发展要求。由电力电子组件与机械断路器构成的电流转移式发电机出口断路器能够开断更高电流等级的短路故障，且开断速度快，能够有效解决传统断路器的问题。但是电流转移式断路器对控制方法提出了更高的要求。现有控制方法过于依赖短路电流计算表达式，而发电机出口侧短路故障电流计算表达式过于复杂，预测分闸时刻不够快速准确的问题。

3、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于短路故障电流对称性的发电机断路器控制方法，通用性强，受干扰影响小。

2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：

3、一种基于短路故障电流对称性的发电机断路器控制方法包括以下步骤：

4、步骤1，发电机断路器设有主支路和转移支路，基于发电机出口侧短路故障仿真及实测短路电流数据设定修正系数α，按照发电机出口断路器要求设定提前分闸时间阈值ε，转移电流值izy及等待断路器开断时间β；

5、步骤2，实时采集发电机出口侧电流，发电机出口侧发生短路故障为t0时刻，当in-1＜izy＜in，捕获电流上升阶段时电流值等于转移电流值izy的时刻并记为t1时刻，当in，-2＜in，-1＞in，时，捕获短路电流上升到峰值的时刻并记为t2时刻，通过离散方式采集发电机出口侧电流，令发电机出口侧发生短路故障t0时刻，记为第0个采样点，则in-1表示第n-1个采样点的电流值，in表示第n个采样点的电流值，in，-2表示第n′-2个采样点的电流值，in，-1表示第n′-1个采样点的电流值，in，表示第n′个采样点的电流值，将离散时间坐标转化到连续时间坐标下，得到t1≈(n-1)δt+δ，t2≈(n′-1)δt+δ，其中δt为采样间隔；

6、步骤3，采集到电流峰值时开始预测投入转移电流的时刻t4以及主支路提前分闸时刻t3，通过所述修正系数α对投入转移电流的时刻t4进行修正，t4＝α·(t2-t1)+t2，并通过提前分闸时间阈值ε值预测出主支路提前分闸时刻t3＝t4-ε，计算出发电机断路器分闸等待时间twait，

7、twait＝t3-t2＝α·(t2-t1)-ε，其中，α为修正系数；ε为提前分闸时间阈值；t1为短路电流上升到转移电流值的时刻；t2为短路电流峰值时刻；

8、步骤4，短路电流峰值时刻后等待发电机断路器分闸等待时间twait执行断路分闸指令；

9、步骤5，当电流下降到转移电流izy时，通过转移支路投入转移电流，使得主支路上短路电流迅速下降为0，使得主支路实现快速分断；

10、步骤6，投入转移电流后等待固定时间β，在时刻t5断路器实现分断故障电路。

11、所述的方法中，步骤1中，修正系数α为0.85-1。

12、所述的方法中，步骤1中，发电机短路故障电流为轴对称波形时，修正系数α为1。

13、所述的方法中，步骤1中，提前分闸时间阈值ε为发电机断路器触头成功开断的最短时间阈值，提前分闸时间阈值ε为恒定值。

14、所述的方法中，步骤2中，电流峰值为第一个半波内电流峰值。

15、所述的方法中，步骤2中，δ为

16、所述的方法中，所述转移支路包括电流转移及阻尼模块。

17、所述的方法中，修正系数α为0.9。

18、所述的方法中，投入转移电流的时刻t4为短路电流从峰值下来后短路电流值等于转移电流值izy所处的时刻。

19、所述的方法中，步骤5中，通过转移支路投入转移电流的时刻根据控制设备采集到转移电流值的时刻确定。

20、有益效果

21、本发明提供方法在短路电流上升过程中计算转移电流值时刻与电流峰值时刻之间的时间差，当电流上升到最大值时，通过公式计算出断路器分闸等待时间，计算量小，能够在一个周波内开断短路故障，能够有效解决传统控制方法原理复杂，算法计算时间长的问题。现有控制方法过于依赖短路电流的数学表达式，不能够适应发电机出口侧短路电流的复杂情况。本发明的基于短路电流对称性的控制方法通过短路电流上升阶段内转移电流时刻和电流峰值时刻的时间差来预测断路器分闸时刻，并且并通过修正系数加以修正，预测偏差小，能够适应各种短路情况。

技术特征：

1.一种基于短路故障电流对称性的发电机断路器控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，步骤1中，修正系数α为0.85-1。

3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤1中，发电机短路故障电流为轴对称波形时，修正系数α为1。

4.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤1中，提前分闸时间阈值ε为发电机断路器触头成功开断的最短时间阈值，提前分闸时间阈值ε为恒定值。

5.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤2中，电流峰值为第一个半波内电流峰值。

6.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤2中，δ为

7.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述转移支路包括电流转移及阻尼模块。

8.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，修正系数α为0.9。

9.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，投入转移电流的时刻t4为短路电流从峰值下来后短路电流值等于转移电流值izy所处的时刻。

10.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤5中，通过转移支路投入转移电流的时刻根据控制设备采集到转移电流值的时刻确定。

技术总结
本发明公开了一种基于短路故障电流对称性的发电机断路器控制方法，所述方法包括：控制设备实时采集发电机出口侧电流，当发生短路故障后，在故障电流上升到峰值时，基于电流对称性方法计算出投入转移电流的时刻，通过修正系数对投入转移电流时刻加以修正，然后计算出断路器分闸时刻，实现发电机断路器精确控制。本发明主要针对于现有控制方法不能有效应对发电机出口侧短路故障电流复杂的情况，填补了发电机断路器短路控制有效方法的空白。

技术研发人员：杨飞,荣命哲,王俊,孙晋茹,吴益飞,纽春萍,吴翊
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12