一种基于间隙和断路器的短路电流实时控制系统及方法与流程

本发明涉及电力系统安全稳定控制领域，并且更具体地，涉及一种基于间隙和断路器的短路电流实时控制系统及方法。

背景技术：

1、随着社会的发展，对电力消费的需求日益增加。为了满足电网负荷需求，电网规模进一步扩大。在源侧体现为装机容量增大，装机种类增多；在网侧体现为电网强度提高，电网电压等级提高；在荷侧体现出多元负荷接入，电动机及电力电子负载占比增大。

2、电网规模扩大在增强系统故障抵御能力与功率输送能力的同时，也在电力系统中引入了短路电流超标问题。短路故障作为影响电力系统安全稳定运行的主要故障类型，电力系统在短路故障后的平稳穿越能力与电力系统断路器的开断能力及电力系统的短路电流控制能力密切相关。目前，在电力系统负荷需求急速增长背景下，多元源荷的接入导致系统在部分节点的短路电流超过了断路器开端极限，存在故障后故障线路无法可靠切除的风险。

3、目前，电力系统中常用的短路电流控制方法可以分为基于设备的控制方法与基于拓扑的控制方法。前者一般基于串联型短路电流限制装备，通过监测故障信号触发设备在故障期间投入电抗以“堵”的方法抑制短路电流。其优势为响应速度快，不影响系统稳态运行状态；劣势为存在一定的稳态运行损耗，根据短路电流限制器设计原理，故障后接入瞬间可能存在暂态压升/振荡等问题。后者以电力系统中常用的串抗为代表，通过在电力系统中串入电抗增大电气距离以抑制系统短路电流。其优势为设计简单，无需对串抗进行控制即可起到短路电流抑制作用；其劣势为改变了系统结构，增大了系统阻抗，削弱了系统强度。同时，现有技术中也存在机械开关闭合/断开时间过长，可能导致故障后装置无法快速投入，以及故障后，故障时刻机械开关无法有效断开短路电流的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的短路电流控制方法存在改变系统结构，故障期间削弱系统网架强度或者在正常运行状态下存在通态损耗，以及控制装置中的机械开关闭合/断开时间过长，可能导致故障后短路电流控制装置无法快速投入，故障后，故障时刻机械开关无法有效断开短路电流的技术问题，本发明提供一种基于间隙和断路器的短路电流实时控制系统及方法。

2、根据本发明的一方面，本发明提供一种基于间隙和断路器的短路电流实时控制系统，所述系统包括：

3、数据量测模块，用于获取母线电压信号，母线支路电流信号，断路器状态信号和间隙状态信号，其中，所述断路器状态信号和所述间隙状态信号均为布尔变量；

4、控制处理模块，用于生成系统状态信号，并根据所述系统状态信号，所述母线电压信号和母线支路电流信号生成触发间隙的间隙动作信号；根据所述系统状态信号，所述母线电压信号，母线支路电流信号，所述间隙状态信号和所述断路器状态信号生成断路器动作信号，其中，所述系统状态信号，所述间隙动作信号和所述断路器动作信号均为布尔变量；

5、开关执行模块，其包括间隙，断路器和机械开关，用于根据所述间隙动作信号触发间隙，使所述间隙被击穿，根据所述断路器动作信号断开/闭合断路器，其中，所述机械开关与变电站母线连接，并执行与所述断路器相同的断开/闭合操作；

6、限流模块，其用于在所述系统状态信号为系统投入状态时抑制短路电流，其中，所述间隙和所述断路器位于所述机械开关和所述限流模块之间。

7、可选地，所述限流模块是接地的电抗器或电阻。

8、可选地，所述间隙和所述断路器串联连接。

9、可选地，所述间隙和断路器并联连接。

10、可选地，所述间隙和旁路开关并联后，再与所述断路器串联连接。

11、可选地，所述控制处理模块所述系统状态信号，所述母线电压信号和母线支路电流信号生成触发间隙的间隙动作信号；根据所述系统状态信号，所述母线电压信号，母线支路电流信号，所述间隙状态信号和所述断路器状态信号生成断路器动作信号包括：

12、当所述系统状态信号为系统切出状态，变电站所述母线任意相的母线电压信号的有效值小于设置的第一电压动作阈值u1，且持续时间大于设置的第一电压时间阈值t1u，以及任意相的母线支路电流信号的瞬时值/有效值大于设置的第一电流动作阈值i1，且持续时间大于设置的第一电流时间阈值t1i，生成触发间隙的间隙动作信号，并将所述系统状态信号切换至系统投入状态；

13、当所述系统状态信号为系统投入状态，且所述间隙状态信号为击穿状态，所述断路器状态信号为闭合状态，变电站所述母线任意相的母线电压信号的有效值大于设置的第二电压动作阈值u2，且持续时间大于设置的第二电压时间阈值t2u；以及任意相的母线支路电流信号的瞬时值/有效值大于设置的第二电流动作阈值i2，且持续时间大于设置的第二电流时间阈值t2i，生成断开断路器的断路器动作信号；

14、当所述系统状态信号为系统投入状态，且断路器的状态信号为断开状态、所述间隙状态信号为正常状态、所述母线全部相的母线电压信号不小于所述第一电压动作阈值u1，全部相的母线支路电流信号不大于所述第一电流动作阈值i1时，生成闭合断路器的断路器动作信号，并将所述系统状态信号切换至系统切出状态。

15、根据本发明的另一方面，本发明提供一种基于间隙和断路器的短路电流实时控制方法，所述方法包括：

16、获取母线电压信号，母线支路电流信号，断路器状态信号和间隙状态信号，其中，所述断路器状态信号和所述间隙状态信号均为布尔变量；

17、根据生成的系统状态信号，所述母线电压信号和母线支路电流信号生成触发间隙的间隙动作信号；根据所述系统状态信号，所述母线电压信号，母线支路电流信号，所述间隙状态信号和所述断路器状态信号生成断路器动作信号，其中，所述系统状态信号，所述间隙动作信号和所述断路器动作信号均为布尔变量；

18、根据所述间隙动作信号触发间隙，使所述间隙被击穿，以及根据所述断路器动作信号断开/闭合断路器，其中，所述机械开关与变电站母线连接，并执行与所述断路器相同的断开/闭合操作。

19、可选地，所述根据生成的系统状态信号，所述母线电压信号和母线支路电流信号生成触发间隙的间隙动作信号；根据所述系统状态信号，所述母线电压信号，母线支路电流信号，所述间隙状态信号和所述断路器状态信号生成断路器动作信号，包括：

20、当所述系统状态信号为系统切出状态，变电站所述母线任意相的母线电压信号的有效值小于设置的第一电压动作阈值u1，且持续时间大于设置的第一电压时间阈值t1u，以及任意相的母线支路电流信号的瞬时值/有效值大于设置的第一电流动作阈值i1，且持续时间大于设置的第一电流时间阈值t1i，生成触发间隙的间隙动作信号，并将所述系统状态信号切换至系统投入状态；

21、当所述系统状态信号为系统投入状态，且所述间隙状态信号为击穿状态，所述断路器状态信号为闭合状态，变电站所述母线任意相的母线电压信号的有效值大于设置的第二电压动作阈值u2，且持续时间大于设置的第二电压时间阈值t2u；以及任意相的母线支路电流信号的瞬时值/有效值大于设置的第二电流动作阈值i2，且持续时间大于设置的第二电流时间阈值t2i，生成断开断路器的断路器动作信号；

22、当所述系统状态信号为系统投入状态，且断路器的状态信号为断开状态、所述间隙状态信号为正常状态、所述母线全部相的母线电压信号不小于所述第一电压动作阈值u1，全部相的母线支路电流信号不大于所述第一电流动作阈值i1时，生成闭合断路器的断路器动作信号，并将所述系统状态信号切换至系统切出状态。

23、本发明提供的基于间隙和断路器的短路电流实时控制系统及方法中，所述系统包括数据量测模块，控制处理模块，开关执行模块和限流模块，通过控制处理模块对数据量测模块获取的节点信号进行判断，生成间隙和断路器动作信号，实现所述短路电流实时控制系统的投入和切出。所述系统和方法在对故障节点采用并联分流，解决了串联型短路电流控制在故障期间削弱系统网架强度的问题以及串联型设备在正常运行状态下存在通态损耗的问题，针对现有技术中分流开关闭合/断开时间过长，可能导致故障后装置无法快速投入的问题，基于采集的数据信号，通过间隙实现故障后系统快速投入抑制短路电流，具备响应速度快，造价经济的优势。