本发明涉及电压互感器技术领域，尤其涉及一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断方法及系统。
背景技术：
目前，在中性点不接地的配电网系统中，当系统运行不稳定或发生运行故障时，容易引起系统中的电压互感器烧毁或者熔丝熔断的现象，从而影响系统的安全运行。
然而，由于配电变电站无在线监测装置，无法针对事故发生时的电压、电流等系统参数进行分析，亦无法确定事故中系统的谐振过电压、雷电过电压等情况。因此，通常在发生系统的电压互感器烧毁或熔丝熔断的事故时，无法判断事故发生原因，难以为后续避免事故再次发生提供有效的参考。
此外，在系统运行不稳定或发生运行故障时，容易使得电压互感器励磁电感和系统对地电容相匹配，频繁发生电压互感器因铁心饱和引起的铁磁谐振。而铁磁谐振可能导致电压互感器熔丝熔断、烧毁或爆炸，因此，有必要对现场系统发生事故时是否发生了铁磁谐振，从而引起电压互感器烧毁或熔丝熔断的事故进行判断，以便于有针对性地进行事故处理，提出有效解决措施，抑制电压互感器的事故再次发生。
技术实现要素：
本发明提供了一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断方法及系统，解决了现有技术中无法判断引起电压互感器烧毁或熔丝熔断事故发生的原因是否为铁磁谐振的技术问题。
本发明提供的一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断方法，包括：
根据电压互感器的参数及接入所述电压互感器的中性点不接地配网系统的参数，建立电压互感器铁磁谐振的数学模型和中性点不接地配网系统的等值电路模型；
根据所述数学模型和所述等值电路模型，通过统一磁等效电路umec建模方法建立所述电压互感器铁磁谐振的模拟模型；
根据事故发生时的中性点不接地配网系统的运行参数，在所述模拟模型中建立故障设定模型；
设定所述模拟模型中的运行参数，并且进行模拟运行获得所述模拟模型的运行特性参数，所述运行特性参数包括母线电压、所述电压互感器的二次电压；
根据所述运行特性参数判断所述模拟模型是否发生铁磁谐振。
优选地，所述根据所述运行特性参数判断所述模拟模型是否发生铁磁谐振具体包括：
若所述母线电压的幅值超过正常值的1.1倍且呈现低频振荡的趋势，及所述二次电压大于或等于30v，则判断所述模拟模型发生铁磁谐振，否则判断所述模拟模型没有发生铁磁谐振。
优选地，所述数学模型具体为：
其中，c0为母线对地电容，u0为电磁互感器二次电压，f(φn)为电磁互感器一次侧的励磁特性，r为电磁互感器的电阻；
所述等值电路模型具体为：
其中，e1、e2、e3分别为系统电源电压，l1、l2、l3分别为电压互感器励磁电感，e0为中性点位移电压，ω为常数。
优选地，所述根据事故发生时的中性点不接地配网系统的运行参数，在所述模拟模型中建立故障设定模型具体包括：
根据事故发生时的雷电定位和中性点不接地配网系统的运行参数，在所述模拟模型中建立故障设定模型，所述故障设定模型包括单相接地故障消失模块、合空载母线模块和系统负荷剧烈变化模拟模块。
优选地，所述设定所述模拟模型中的运行参数包括：
获取当前运行的中性点不接地配网系统的参数值，并根据所述参数值设定所述模拟模型中的系统等效电源参数、对地电容、相间电容、电压互感器的结构参数和励磁特性参数；
所述系统等效电源参数包括系统电源电压和系统阻抗，所述电压互感器的结构参数包括额定视在功率、绕组接线方式和额定电压有效值。
优选地，设定所述模拟模型中的对地电容具体包括：
通过电容器外挂电压互感器对系统电容电流进行测量，获得系统电容电流测量值，并根据所述系统电容电流测量值以及系统电容电流与对地电容的数学关系获得对地电容，并将所述对地电容作为所述模拟模型中的对地电容设定值。
本发明提供的一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断系统，包括：
第一建立模块，用于根据电压互感器的参数及接入所述电压互感器的中性点不接地配网系统的参数，建立电压互感器铁磁谐振的数学模型和中性点不接地配网系统的等值电路模型；
第二建立模块，用于根据所述数学模型和所述等值电路模型，通过统一磁等效电路umec建模方法建立所述电压互感器铁磁谐振的模拟模型；
第三建立模块，用于根据事故发生时的中性点不接地配网系统的运行参数，在所述模拟模型中建立故障设定模型；
模拟模块，用于设定所述模拟模型中的运行参数，并且进行模拟运行获得所述模拟模型的运行特性参数，所述运行特性参数包括母线电压、所述电压互感器的二次电压；
判断模块，用于根据所述运行特性参数判断所述模拟模型是否发生铁磁谐振。
优选地，所述判断模块包括：
判断单元，用于若所述母线电压的幅值超过正常值的1.1倍且呈现低频振荡的趋势，及所述二次电压大于或等于30v，则判断所述模拟模型发生铁磁谐振，否则判断所述模拟模型没有发生铁磁谐振。
优选地，所述第三建立模块具体包括：
建立单元，根据事故发生时的雷电定位和中性点不接地配网系统的运行参数，在所述模拟模型中建立故障设定模型，所述故障设定模型包括单相接地故障消失模块、合空载母线模块和系统负荷剧烈变化模拟模块。
优选地，所述模拟模块包括：
参数获取单元，用于获取当前运行的中性点不接地配网系统的参数值，并根据所述参数值设定所述模拟模型中的系统等效电源参数、对地电容、相间电容、电压互感器的结构参数和励磁特性参数；
所述系统等效电源参数包括系统电源电压和系统阻抗，所述电压互感器的结构参数包括额定视在功率、绕组接线方式和额定电压有效值。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明中通过模拟现场运行环境中接有电压互感器的中性点不接地配电网系统，建立对应的电压互感器铁磁谐振的模拟模型，并且获得在现场系统中可能导致事故发生的故障参数，根据故障参数在模拟模型中增设故障设定模型，然后将模拟模型中的参数设定为现场运行环境中的运行参数，并进行模拟运行，以获得运行特性参数，最后根据获得的运行特性参数判断模拟模型是否发生了铁磁谐振，从而判断中性点不接地的配电网系统中的电压互感器烧毁或熔丝熔断是否为铁磁谐振引起，以便针对性进行事故处理，提出有效解决措施，抑制电压互感器的事故再次发生，提高电网运行安全性和可靠性。
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为本发明实施例提供的一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种中性点不接地配网系统的等值电路模型示意图；
图3为本发明实施例提供的一种中性点不接地配网系统的简化电路模型示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电压互感器的励磁特性曲线示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电压互感器铁磁谐振的模拟模型的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种采用电容器外挂电压互感器对系统电容电流进行测量的接线原理示意图；
图7为本发明实施例提供的一种电容器外挂电压互感器的测试示意图；
图8为本发明实施例提供的模拟模型中模拟运行获得的母线电压的波形示意图；
图9为本发明实施例提供的模拟模型中模拟运行获得的电压互感器的二次电压的波形图；
图10为本发明实施例提供的一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断方法及系统，用于解决现有技术中无法判断引起电压互感器烧毁或熔丝熔断事故发生的原因是否为铁磁谐振的技术问题。
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，图1为本发明实施例提供的一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断方法的流程示意图。
本发明提供的一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断方法，包括：
s101、根据电压互感器的参数及接入电压互感器的中性点不接地配网系统的参数，建立电压互感器铁磁谐振的数学模型和中性点不接地配网系统的等值电路模型。
可以理解的是，本发明实施例中所提供的铁磁谐振判断方法是针对配电网中的中性点不接地系统，因此可以先根据现场接入的电压互感器的参数以及该中性点不接地系统的具体接线方式及电路参数建立电压互感器铁磁谐振的数学模型和中性点不接地配网系统的等值电路模型。
其中，电压互感器铁磁谐振的数学模型可以基于基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律进行建立。假设，电压互感器的线圈磁通分别为
式(1)经过变形，可表示为：
由于对地电流之和为0，即对地电容电流ic1、ic2、ic3与电压互感器一次电流i1、i2、i3之和为0，则ic1+ic2+ic3+i1+i2+i3＝0。假设三相对地电容均为c0，由于ic＝c0×du/dt，因此可以得到式(3)：
由式(3)进行变形可得到：
将式(2)代入式(4)，可得：
对式(5)进行变形，可以得到式(6)：
其中，式(6)即为电压互感器铁磁谐振的数学模型。
在获得电压互感器铁磁谐振的数学模型之后，可以根据现场运行环境中的中性点不接地配网系统和电压互感器铁磁谐振的数学模型，建立中性点不接地配网系统的等值电路模型。如图2和图3所示，图2为本发明实施例提供的一种中性点不接地配网系统的等值电路模型示意图，图3为本发明实施例提供的一种中性点不接地配网系统的简化电路模型示意图。当电压互感器二次侧的开口三角形开路时，根据基尔霍夫第一定律，可以写出如下方程式：
对式(7)进行整理后，e0可表示为：
其中，e1、e2、e3分别为系统电源电压，l1、l2、l3分别为电压互感器励磁电感，e0为中性点位移电压，ω为常数。
由式(8)可知，系统正常运行情况下，三相保持平衡，则可以解得中性点位移e0＝0。当系统发生扰动时，例如单相接地故障消失、合空载母线或系统负荷剧烈变化等，使得某一相或两相电压升高，会导致电压互感器铁心饱和。可以参阅图4，图4为本发明实施例提供的一种电压互感器的励磁特性曲线示意图。由图4中电压互感器励磁特性曲线可知，电压互感器的铁心饱和后励磁电感li减小，当励磁电感减小至与对地电容c0相匹配时，就会导致铁磁谐振，从而产生过电流和过电压。
s102、根据数学模型和等值电路模型，通过统一磁等效电路umec建模方法建立电压互感器铁磁谐振的模拟模型。
可以理解的是，通过umec建模方法所建立的电压互感器铁磁谐振的模拟模型中包括有系统电源模块、对地电容模块、相间电容模块和电磁式电压互感器模块等模块。系统电源模块采用理想电压源并联系统阻抗进行等效，系统阻抗可根据系统短路电流来计算。采用umec等效建模方法进行建模时，计入电压互感器的相间耦合，即绕组间的相互交互，而铁心饱和特性通过输入v-i曲线的形式来表示。具体地，可以参阅图5，图5为本发明实施例提供的一种电压互感器铁磁谐振的模拟模型的示意图。
s103、根据事故发生时的中性点不接地配网系统的运行参数，在模拟模型中建立故障设定模型。
由于电压互感器的烧毁或熔丝熔断事故的发生大多由于系统运行过程中发生了一定的故障，因此在建立好模拟模型之后，可以根据现场环境中的中性点不接地配网系统可能发生的故障在模拟模型中建立对应的故障设定模型，以此来模拟在模拟模型发生故障时的情况。根据事故发生时的雷电定位和中性点不接地配网系统的运行参数，在模拟模型中建立故障设定模型，故障设定模型包括单相接地故障消失模块、合空载母线模块和系统负荷剧烈变化模拟模块，通过上述模块可以在模拟模型中运行模拟系统发生单相接地故障消失、合空载母线或系统负荷剧烈变化的情况。
s104、设定模拟模型中的运行参数，并且进行模拟运行获得模拟模型的运行特性参数，运行特性参数包括母线电压、电压互感器的二次电压。
在设定模拟模型中的运行参数时，可以先获取当前现场环境中所运行的中性点不接地配网系统的参数值，并根据参数值设定模拟模型中的系统等效电源参数、对地电容、相间电容、电压互感器的结构参数和励磁特性参数；其中，系统等效电源参数包括系统电源电压和系统阻抗，电压互感器的结构参数包括额定视在功率、绕组接线方式和额定电压有效值。
在上述参数中，对地电容时引起电压互感器铁磁谐振的重要因素之一，而现场环境的系统中的对地电容一般难以直接获得，在本发明实施例中可以通过电容器外挂电压互感器对系统电容电流进行测量，获得系统电容电流测量值，并根据系统电容电流测量值以及系统电容电流与对地电容的数学关系获得对地电容，并将对地电容作为模拟模型中的对地电容设定值。具体的，可以参阅图6和图7，图6为本发明实施例提供的一种采用电容器外挂电压互感器对系统电容电流进行测量的接线原理示意图，图7为本发明实施例提供的一种电容器外挂电压互感器的测试示意图。
在测得系统电容电流之后，可以通过式(9)对对地电容进行求取。
其中，ic为系统电容电流，c为对地电容；
s105、根据运行特性参数判断模拟模型是否发生铁磁谐振。
最后，可以根据模拟运行获得的运行特性参数，如母线电压、电压互感器的二次电压，对模拟模型是否发生铁磁谐振进行判断。如图8和图9所示，图8为本发明实施例提供的模拟模型中模拟运行获得的母线电压的波形示意图，图9为本发明实施例提供的模拟模型中模拟运行获得的电压互感器的二次电压的波形图。其中，判断过程具体可以为：若母线电压的幅值超过正常值的1.1倍且呈现低频振荡的趋势，及二次电压大于或等于30v，则判断模拟模型发生铁磁谐振，否则判断模拟模型没有发生铁磁谐振。
本发明实施例中通过模拟现场运行环境中接有电压互感器的中性点不接地配电网系统，建立对应的电压互感器铁磁谐振的模拟模型，并且获得在现场系统中可能导致事故发生的故障参数，根据故障参数在模拟模型中增设故障设定模型，然后将模拟模型中的参数设定为现场运行环境中的运行参数，并进行模拟运行，以获得运行特性参数，最后根据获得的运行特性参数判断模拟模型是否发生了铁磁谐振，从而判断中性点不接地的配电网系统中的电压互感器烧毁或熔丝熔断是否为铁磁谐振引起，以便针对性进行事故处理，提出有效解决措施，抑制电压互感器的事故再次发生，提高电网运行安全性和可靠性。由于本发明实施例中时通过建模模拟，可以降低事故判断成本，缩短事故判断周期，并具有实施方便、效果显著的特点，有利于运维人员的推广使用。
以上为对本发明实施例提供的一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断方法的详细描述，以下将对本发明实施例提供的一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断系统进行详细描述。
请参阅图10，图10为本发明实施例提供的一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断系统的结构示意图。
本发明实施例提供的一种配电网电压互感器的铁磁谐振判断系统包括：
第一建立模块201，用于根据电压互感器的参数及接入电压互感器的中性点不接地配网系统的参数，建立电压互感器铁磁谐振的数学模型和中性点不接地配网系统的等值电路模型；
第二建立模块202，用于根据数学模型和等值电路模型，通过统一磁等效电路umec建模方法建立电压互感器铁磁谐振的模拟模型；
第三建立模块203，用于根据事故发生时的中性点不接地配网系统的运行参数，在模拟模型中建立故障设定模型；
模拟模块204，用于设定模拟模型中的运行参数，并且进行模拟运行获得模拟模型的运行特性参数，运行特性参数包括母线电压、电压互感器的二次电压；
判断模块205，用于根据运行特性参数判断模拟模型是否发生铁磁谐振。
优选地，判断模块包括：
判断单元，用于若母线电压的幅值超过正常值的1.1倍且呈现低频振荡的趋势，及二次电压大于或等于30v，则判断模拟模型发生铁磁谐振，否则判断模拟模型没有发生铁磁谐振。
可选地，第三建立模块具体包括：
建立单元，根据事故发生时的雷电定位和中性点不接地配网系统的运行参数，在模拟模型中建立故障设定模型，故障设定模型包括单相接地故障消失模块、合空载母线模块和系统负荷剧烈变化模拟模块。
可选地，模拟模块包括：
参数获取单元，用于获取当前运行的中性点不接地配网系统的参数值，并根据参数值设定模拟模型中的系统等效电源参数、对地电容、相间电容、电压互感器的结构参数和励磁特性参数；
系统等效电源参数包括系统电源电压和系统阻抗，电压互感器的结构参数包括额定视在功率、绕组接线方式和额定电压有效值。
其中，设定模拟模型中的对地电容具体可以包括：
通过电容器外挂电压互感器对系统电容电流进行测量，获得系统电容电流测量值，并根据系统电容电流测量值以及系统电容电流与对地电容的数学关系获得对地电容，并将对地电容作为模拟模型中的对地电容设定值。
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。