直流系统建模仿真方法、装置、计算机设备和存储介质与流程

1.本技术涉及电力系统仿真技术领域，特别是涉及一种直流系统建模仿真方法、装置、计算机设备和存储介质。


背景技术：

2.直流系统是变电站非常重要的组成部分，它的主要任务就是给继电保护装置、断路器操作、各类信号回路提供电源。直流系统的正常运行与否，关系到继电保护及断路器能否正确动作，会影响变电站乃至整个电网的安全运行。
3.直流系统接地故障和交直流混联故障是直流系统中最常见的故障，目前对直流系统的建模研究往往采用简化模型，只考虑了直流系统正负极对地电容、对地电阻、继电器电阻等，并未有充电机、绝缘监察系统、二次控制电缆、继电器线圈电感、继电器等效电阻、继电器串联电阻等的全面的仿真模型，如何综合考虑这些模型的建模，并建立相应的仿真模型，具有一定的研究价值。
4.然而，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：现有的直流系统模型对于直流系统二次回路故障的分析不够准确。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种直流系统建模仿真方法、装置、计算机设备和存储介质。
6.一种直流系统建模仿真方法，方法包括：
7.获取直流系统二次回路等效电路参数，处理直流系统二次回路等效电路参数得到直流系统故障模型；直流系统二次回路等效电路参数包括充电机参数、二次电缆参数以及继电器参数；
8.基于直流系统故障模型，分别对直流系统接地故障以及直流系统混联故障进行暂态仿真，得到暂态仿真的结果；
9.根据暂态仿真的结果，对故障耦合途径以及继电器动作的过程进行分析，得到并输出用于防范直流系统二次回路故障的防范数据。
10.在其中一个实施例中，处理直流系统二次回路等效电路参数得到直流系统故障模型的步骤，包括：
11.根据充电机参数得到充电机等效模型；基于二次电缆参数得到二次电缆等效模型，根据继电器参数确定继电器等效模型；
12.基于充电机等效模型、二次电缆等效模型以及继电器等效模型得到直流系统故障模型。
13.在其中一个实施例中，充电机参数包括蓄电池变压器等效电抗参数、输电线路参数、整流侧等效电感参数、整流侧等效电阻参数以及整流侧等效电容参数。
14.在其中一个实施例中，二次电缆参数包括二次电缆尺寸参数、二次电缆电阻单位
长度参数、二次电缆电感单位长度参数、二次电缆电容单位长度参数以及二次电缆电导单位长度参数；
15.基于二次电缆参数得到二次电缆等效模型的步骤，包括：
16.基于二次电缆电阻单位长度参数、二次电缆电感单位长度参数、二次电缆电容单位长度参数以及二次电缆电导单位长度参数，采用分布参数模型，确定二次电缆二次参数特征阻抗和二次电缆传播常数；
17.根据二次电缆二次参数特征阻抗、二次电缆传播常数以及二次电缆尺寸参数，得到二次电缆等效模型。
18.在其中一个实施例中，继电器参数包括继电器线圈电阻参数和继电器线圈电感参数；
19.继电器线圈电感参数包括衔铁开始向铁芯运动的瞬间的电感，以及衔铁开始脱离铁芯瞬间的电感。
20.在其中一个实施例中，暂态仿真的结果包括：直流系统接地故障下继电器两端的电压变化数据，以及直流系统混联故障下继电器两端的电压变化数据。
21.一种直流系统建模仿真装置，装置包括：
22.模型建立模块，用于获取直流系统二次回路等效电路参数，处理直流系统二次回路等效电路参数得到直流系统故障模型；直流系统二次回路等效电路参数包括充电机参数、二次电缆参数以及继电器参数；
23.处理模块，用于基于直流系统故障模型，分别对直流系统接地故障以及直流系统混联故障进行暂态仿真，得到暂态仿真的结果；
24.输出模块，用于根据暂态仿真的结果，对故障耦合途径以及继电器动作的过程进行分析，得到并输出用于防范直流系统二次回路故障的防范数据。
25.在其中一个实施例中，模型建立模块包括：
26.第一模型建立单元，用于根据充电机参数得到充电机等效模型；基于二次电缆参数得到二次电缆等效模型，根据继电器参数确定继电器等效模型；
27.第二模型建立单元，用于基于充电机等效模型、二次电缆等效模型以及继电器等效模型得到直流系统故障模型。
28.一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的方法的步骤。
29.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
30.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
31.本技术通过将变电站的直流系统二次回路等效电路参数进行处理，得到直流系统故障模型，采用直流系统故障模型分别对直流系统接地故障和直流系统混联故障进行暂态仿真，得到暂态仿真的结果，并基于该暂态仿真的结果分析故障耦合途径和继电器动作的过程，得到并输出防范数据，从而利用该防范数据防范直流系统二次回路故障。本技术充分考虑了直流系统二次回路等效电路参数，完善了直流系统故障模型，基于本技术的直流系统故障模型，对直流系统接地故障和交直流混联故障进行了仿真分析，进而提高了对于直流系统二次回路故障分析的准确性，得到的防范数据也更完善。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为一个实施例中直流系统建模仿真方法的流程示意图；
34.图2为一个实施例中得到直流系统故障模型的步骤的流程示意图；
35.图3为一个实施例中双套蓄电池双套充电方式的示意图；
36.图4为一个实施例中充电机模型的结构示意图；
37.图5为一个实施例中基于二次电缆参数得到二次电缆等效模型的步骤的流程示意图；
38.图6为一个实施例中二次电缆的结构示意图；
39.图7为一个实施例中分布参数模型的结构示意图；
40.图8为一个实施例中直流系统故障模型的结构示意图；
41.图9为一个实施例中直流正极接地故障暂态仿真的结果的示意图；
42.图10为一个实施例中直流负极接地故障暂态仿真的结果的示意图；
43.图11为一个实施例中二次回路电缆接地故障暂态仿真的结果的示意图；
44.图12为一个实施例中直流正极与交流混联故障暂态仿真的结果的示意图；
45.图13为一个实施例中直流负极与交流混联故障暂态仿真的结果的示意图；
46.图14为一个实施例中交流混入直流控制回路故障暂态仿真的结果的示意图；
47.图15为一个实施例中直流系统建模仿真装置的结构框图。
具体实施方式
48.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
49.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
50.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
51.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
52.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
53.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种直流系统建模仿真方法，该方法可以包
括：
54.步骤202，获取直流系统二次回路等效电路参数，处理直流系统二次回路等效电路参数得到直流系统故障模型；直流系统二次回路等效电路参数包括充电机参数、二次电缆参数以及继电器参数；
55.步骤204，基于直流系统故障模型，分别对直流系统接地故障以及直流系统混联故障进行暂态仿真，得到暂态仿真的结果；
56.步骤206，根据暂态仿真的结果，对故障耦合途径以及继电器动作的过程进行分析，得到并输出用于防范直流系统二次回路故障的防范数据。
57.其中，直流系统承担着为继电保护、二次控制回路、分合闸操作提供连续、可靠供电的任务，直流系统作为发电厂以及变电站的操作电源，是一个分支庞大结构复杂的供电网络。直流系统一般采用220v或者110v直流电源供电，且正负两极均不接地。本技术考虑实际变电站直流系统中，真实存在的元件，将这些实际元件进行详细的建模等效，使仿真更加贴近实际情况。在直流系统众多分支中存在大量的环网，系统一般分为以下四个组成部分：充电设备、电池组、直流回路、负荷装置。
58.一般情况下，充电设备作为电源存在，还能为蓄电池组进行浮充电；充电设备一般有高频开关电源型设备、相控型设备和磁放大型设备。蓄电池组是一种化学电源，在未发生故障的情况下，充电设备给蓄电池进行浮充电，使冲击性负荷能够获得瞬间的大电流。当充电设备出现故障并且不能正常工作时，电池组可以暂时给直流系统提供电源。早期使用的开口式防酸隔爆蓄电池目前已经被阀控式铅酸蓄电池所替代，这种类型的电池具有开口式防酸隔爆蓄电池没有的很多优点，如蓄能大、体积小、无污染、维护简单等。对于直流回路，由于在变电站和发电厂中，直流系统的供电对象分布很广泛，彼此之间的间隔也较远，需要有复杂的直流回路给各种负荷不停歇供电。直流回路错综复杂，中间互有连通，按照负荷设备的功能差异，直流回路被分成各种彼此单独存在的分支供电网络：故障照明供电电路、保护和控制供电电路、信号供电电路、熔断器合闸线圈供电电路等；一般情况下，变电站内根据负荷的功能不同，会使用单独的供电网络，这样能避免某一负荷回路出现故障时对其他馈线回路造成不必要的影响。而在变电站中直流系统的负载装置有两个类型：控制型和动力型；控制型负荷设备有继电保护、控制、测量、自动装置等；动力型负荷有使用断路器电磁原理的闭合装置、各种类型的直流电力、交流型不间断电源装置，以及远程电力通信装置的电源等。
59.另外，接地故障是直流系统二次回路中最容易出现的故障之一，而交流的窜入直流会使直流系统中存在交流对地电压，因此也属于一种特殊的直流系统接地故障，即直流系统混联故障。此外，由于电缆分布电容及抗干扰滤波电容的存在，直流系统的对地电容也不可忽略，电容储存的电能可能直接提供给保护继电器线圈，从而导致保护误动事故发生。
60.具体而言，本技术获取直流系统二次回路等效电路参数，直流系统二次回路等效电路参数为构成实际的直流系统二次回路所涉及的相关元件的配置参数，包括充电机参数、二次电缆参数以及继电器参数等；通过处理直流系统二次回路等效电路参数得到直流系统故障模型，基于该直流系统故障模型，分别对直流系统接地故障以及直流系统混联故障进行暂态仿真，即对直流系统发生故障的情况进行仿真模拟，得到暂态仿真的结果；并根据该暂态仿真的结果对故障耦合途径以及继电器动作的过程进行详细的分析，从而得到相
应的防范数据，该防范数据用于指示防范直流系统二次回路发生故障所采取的相应的防范措施。进一步地，还可以将该防范数据进行显示，从而可以更直观地得到相应地防范措施。
61.本技术的直流系统建模仿真方法通过获取直流系统二次回路等效电路参数，考虑了真实直流系统所涉及的相关元件的配置参数，从而可以建立更贴切实际情况、更完善的直流系统故障模型，利用本技术中完善的直流系统故障模型分别对直流系统接地故障以及直流系统混联故障进行暂态仿真，可以得到更贴近实际情况的、更准确的暂态仿真的结果，基于该暂态仿真的结果，可以提高对于直流系统二次回路故障分析的准确性；通过对该暂态仿真的结果针对故障耦合途径和继电器动作的过程进行详细的分析，可以得到用于防范直流系统二次回路故障的更完善的防范数据。
62.在其中一个实施例中，如图2所示，处理直流系统二次回路等效电路参数得到直流系统故障模型的步骤202，可以包括：
63.步骤302，根据充电机参数得到充电机等效模型；基于二次电缆参数得到二次电缆等效模型，根据继电器参数确定继电器等效模型；
64.步骤304，基于充电机等效模型、二次电缆等效模型以及继电器等效模型得到直流系统故障模型。
65.其中，由于实际直流系统中涉及到充电机、绝缘监察系统、二次电缆、继电器线圈电感、继电器等效电阻以及继电器串联电阻等实际元件的配置参数，因此本技术的直流系统二次回路等效电路参数可以包括充电机参数、二次电缆参数以及继电器参数等。
66.具体而言，通过将直流系统二次回路等效电路参数中涉及的相关实际配置参数，如充电机参数、二次电缆参数以及继电器参数等，分别构建相应的等效模型；即根据充电机参数得到充电机等效模型，基于二次电缆参数得到二次电缆等效模型，以及根据继电器参数确定继电器等效模型等；再基于充电机等效模型、二次电缆等效模型以及继电器等效模型，得到本技术的直流系统故障模型，该直流系统故障模型也即考虑了实际直流系统中充电机、二次电缆以及继电器相关元件的实际配置参数的直流系统二次回路等效电路模型。
67.本技术综合考虑了实际直流系统中的充电机、二次电缆以及继电器等实际元件的相关参数，通过根据充电机参数构建充电机等效模型、根据二次电缆参数得到二次电缆等效模型以及基于继电器参数得到继电器等效模型，再利用充电机等效模型、二次电缆等效模型以及继电器等效模型得到直流系统故障模型，从而全面考虑了影响直流系统运行的相关因素，对实际直流系统中的元件进行了等效建模，完善了直流系统故障模型的构建，为提高对直流系统故障分析的准确性奠定了基础。
68.在其中一个实施例中，充电机参数可以包括蓄电池变压器等效电抗参数、输电线路参数、整流侧等效电感参数、整流侧等效电阻参数以及整流侧等效电容参数。
69.具体而言，直流系统中的蓄电池的容量和组数与变电站的规模、负荷的重要程度息息相关。根据蓄电池组的容量，以及充电装置等的不同，直流系统也可以包括不同的充电结构配置方式。常见的充电结构配置方式有单电单充、单点双充、双电双充和双电三充方式，其中，最常见的是双套蓄电池双套充电方式，如图3所示。此外，根据直流母线接线方式的不同，还可以分为单母线、单母线分段和多母线等设计。双母线分段方式的特点接线简单、清晰能方便形成两个互不联系的直流系统，可靠性高便于直流接地的查找，较多用于220kv及以上变电站中。
70.对于双套蓄电池双套充电方式，正常运行时，直流母线分段开关处于断开状态，各段分段运行；蓄电池浮接在直流母线上，由充电机经直流母线向负荷供电，并以小电流向蓄电池供电；当其中一套充电机或蓄电池发生故障时，分段开关闭合，由另外一套承担供电；在一个示例中，充电机模型如图4所示，线路上500kv电压经过三个降压变压器降压，再由12脉波整流器转化为110v直流，为直流系统供电；其中，l
t
是变压器等效电抗参数，z为输电线路参数，在仿真中用三相rlc集中参数来表示，l
d
、r
d
、c
d
分别为整流侧等效电感、整流侧等效电阻和整流侧等效电容；通过蓄电池变压器等效电抗参数、输电线路参数、整流侧等效电感参数、整流侧等效电阻参数以及整流侧等效电容参数等充电机参数可以构建完善的充电机等效模型。
71.在其中一个实施例中，二次电缆参数可以包括二次电缆尺寸参数、二次电缆电阻单位长度参数、二次电缆电感单位长度参数、二次电缆电容单位长度参数以及二次电缆电导单位长度参数；
72.如图5所示，基于二次电缆参数得到二次电缆等效模型的步骤302，包括：
73.步骤402，基于二次电缆电阻单位长度参数、二次电缆电感单位长度参数、二次电缆电容单位长度参数以及二次电缆电导单位长度参数，采用分布参数模型，确定二次电缆二次参数特征阻抗和二次电缆传播常数；
74.步骤404，根据二次电缆二次参数特征阻抗、二次电缆传播常数以及二次电缆尺寸参数，得到二次电缆等效模型。
75.在一个示例中，二次电缆可以采用kvvp2‑
22型四芯信号电缆进行建模，其结构如图6所示；其中，金属铠甲将四根芯线包围，各缆芯外都有单独的屏蔽层，各屏蔽层相切；二次控制电缆的尺寸参数如表1所示，缆芯、金属铠甲的材料参数可以均设置为铜，缆芯与屏蔽层之间采用空气填充，绝缘层材料采用标准聚氯乙烯。
76.表1
[0077][0078]
二次电缆的建模采用分布参数模型，如图7所示。其中r、l、c、g均为单位长度参数，分别为电阻(ω/m)、电感(h/m)、电容(f/m)和电导(s/m)。根据传输线理论，定义其二次参数特征阻抗参数z
c
和传播常数γ，用来描述电流和电压沿着线路的波形衰减和相位偏移，他们与r、l、g、c的关系表示如下：
[0079][0080]
[0081]
基于以上各二次电缆参数采用分布参数模型，确定二次电缆二次参数特征阻抗和二次电缆传播常数；再根据二次电缆二次参数特征阻抗、二次电缆传播常数以及二次电缆尺寸参数，得到更完善的二次电缆等效模型。
[0082]
在其中一个实施例中，继电器参数可以包括继电器线圈电阻参数和继电器线圈电感参数；
[0083]
继电器线圈电感参数包括衔铁开始向铁芯运动的瞬间的电感，以及衔铁开始脱离铁芯瞬间的电感。
[0084]
具体而言，继电器参数包括继电器线圈电感参数和继电器线圈电阻参数；对继电器的建模主要可以包括对继电器线圈电感参数和继电器线圈电阻参数的计算。假设继电器线圈平均半径为r，共有n圈导线，所用的导线直径为d。因为一般继电器线圈所使用的都是铜线，所以导线的导电率为ρ＝18.8ω
·
mm2/m,那么继电器电阻的计算如下式所示：
[0085][0086]
例如，以实际的继电器为参考，若继电器线圈为n＝600匝，使用的导线直径为0.73mm，继电器铁芯尺寸为50mm
×
50mm
×
110mm，即线圈的半径r＝25mm。则可以得到该继电器线圈的电阻为：
[0087][0088]
在继电器吸合过程中，气隙不断变化，因此其线圈电感不是一个定值，其取值与气隙大小、漏磁等均有关系。衔铁开始向铁芯运动的瞬间的电感l1值和衔铁开始脱离铁芯瞬间的电感l2值分别如下式所示：
[0089][0090][0091]
式中，σ1为衔铁打开时的漏磁系数，f1为开始吸合时的磁动势，φ1为衔铁开始运动时工作气隙的磁通量，n为线圈匝数；σ2为衔铁保持时的漏磁系数，f2为衔铁开始释放时的磁动势，φ2为衔铁开始释放时工作气隙的磁通值，n为线圈匝数；根据以上各继电器参数，得出σ，f，φ，n等值，计算出衔铁开始向铁芯运动瞬间(此时衔铁仍处于打开位置)以及衔铁开始脱离铁芯瞬间(此时衔铁仍处于闭合位置)的电感值。根据现场实测经验，电磁型密封继电器的等效计算电感在0.2h和20h之间变动，在一个示例中，可取l
j
＝6.2h。
[0092]
在另一个示例中，对某500kv变电站的直流系统搭建相应的直流系统故障模型，如图8所示，500kv电压经变压器降压后，再由整流器整流输出110v直流电压为直流系统供电；其中，bat为蓄电池组，r1为电源内阻；r
+
为正极对地绝缘电阻，r
‑
为负极对地绝缘电阻；r2、r3为绝缘监察电阻；c1、c2分别为正负极对地杂散电容；z0为二次电缆等效模型，在继电器两端分别设置二次电缆与直流线路相连接，c3为保护回路的对地电容；r
j
为继电器的等效电阻，l
j
为继电器线圈电感，r4为线圈串联电阻；r5和c4分别为在线监测装置的等效电阻和等效电容；r
j
的值主要决定于继电器的线圈电阻，l
j
则与漏磁导、激磁安匝大小和工作气隙大小有
关；r1、r2的值要远大于r3、r4，c1、c2的值也要远大于c3。
[0093]
该直流系统故障模型进行暂态仿真正常运行时，由于存在绝缘监察电阻，直流正负极对地电压分别为
±
55v。继电器的动作电压一般在55％～70％额定直流电压，继电器的启动功率不小于5w，继电器正常启动后，继电器自动将功率回路切除，保证继电器正常低功耗运行，功率不大于3w；并将继电器的动作电压设置为55％的额定直流电压；其中，二次电缆采用kvvp2‑
22型控制电缆，单位长度电阻值取3.31ω/km，二次电缆长度为200m。
[0094]
本技术通过参考实际直流系统的各元件配置参数，获取直流系统二次回路等效电路参数，并基于直流系统二次回路等效电路参数中的充电机参数、二次电缆参数以及继电器参数等分别得到充电机等效模型、二次电缆等效模型以及继电器等效模型等，再通过充电机等效模型、二次电缆模型以及继电器模型得到直流系统故障模型，从而对绝缘监察装置、充电机、二次电缆以及继电器等元件有了完整的建模思路和模型，提高了直流系统故障模型的完善度，进一步提高了对直流系统的故障分析的准确性。
[0095]
在其中一个实施例中，暂态仿真的结果可以包括：直流系统接地故障下继电器两端的电压变化数据，以及直流系统混联故障下继电器两端的电压变化数据。
[0096]
在一个示例中，暂态仿真的结果还可以包括：直流系统接地故障下继电器两端放大电压变化数据、直流系统混联故障下继电器两端放大电压变化数据、直流系统接地故障下对继电器两端电压的频谱分析数据以及直流系统混联故障下对继电器两端电压的频谱分析数据。
[0097]
其中，直流系统故障可以包括直流系统接地故障和直流系统混联故障，直流系统接地故障可以包括直流正极接地故障、直流负极接地故障以及二次回路电缆接地故障，直流系统混联故障可以包括直流正极与交流混联、直流负极与交流混联以及交流混入直流控制回路。
[0098]
具体而言，基于直流系统故障模型进行暂态仿真，暂态仿真的结果可以包括直流系统接地故障下继电器两端的电压变化数据、直流系统混联故障下继电器两端的电压变化数据、直流系统接地故障下继电器两端放大电压变化数据、直流系统混联故障下继电器两端放大电压变化数据、直流系统接地故障下对继电器两端电压的频谱分析数据以及直流系统混联故障下对继电器两端电压的频谱分析数据，根据暂态仿真的结果，对故障耦合途径以及继电器动作的过程进行详细分析，从而可以得到相应的防范数据，该防范数据可以为用于防范直流系统二次回路故障的防范措施相关数据。
[0099]
对于直流系统接地故障的故障耦合途径，由于直流系统长期运行期间，难免会因为复杂的环境问题或者线缆本身的老化问题，会造成系统中某点对地绝缘水平下降的情况。直流系统为浮地式工作方式，即系统本身是不需要接地的，接地并不是指直流系统的某一极直接与零电势相连，而是系统的母线或者分支的正极或负极对地的绝缘水平下降，当绝缘电阻降到门槛值以下时即认为出现接地问题。单点接地在直流系统中发生概率较大，单点接地一般不会直接影响直流系统的运行，但是如果没有尽快排除，当系统再次出现某一点接地时，就会给直流系统带来安全隐患。
[0100]
对于直流系统接地故障中的直流正极接地故障，在一个示例中，直流系统接地故障发生后，由于对地杂散电容以及电缆分布电容的作用，会使得继电器两端电压产生一个不断振荡变化的过程，当电压超过继电器的动作电压值，便会导致继电器的误动作，在20ms
时刻使直流正极接地，继电器两端电压波形如图9所示。在图9(a)中，接地故障发生瞬间，继电器两端电压会在30μs内突然快速升高，幅值最高可达175v，远超过直流系统的额定电压，使继电器发生误动作。由于对地杂散电容的存在，继电器两端电压的突增是是一个振荡增大的过程。随后又在继电器限流电阻和继电器等效电阻的分压作用下，继电器两端电压呈现出一个不断振荡的变化过程，振荡周期约为6.63ms；图9(b)是直流正极极地故障下继电器两端电压的放大波形；图9(c)是对继电器两端电压的频谱分析，基波频率设置为50hz，可以看出3、5、9、12、18次谐波为主要的谐波分量。
[0101]
对于直流系统接地故障中的直流负极接地故障，在一个示例中，与直流正极故障的暂态仿真类似，如图10所示，在20ms时刻在故障点2处使直流电源负极接地，继电器两端的电压波形如图10(a)所示。在负极接地瞬间，继电器两端电压在10μs内迅速升高，最高可达135v，超过直流系统额定电压值。与直流正极接地故障相比，负极接地故障上升时间更快，但也呈现出一个振荡上升的过程。在10ms后电压逐渐降低，由于稳压二极管的稳压作用，继电器两端电压并不像正极接地故障一样一直呈现出一个振荡过程。图10(c)为直流负极接地故障下的继电器两端电压波形的频谱分析，可见主要存在的是6次谐波，其谐波幅值与基波相比也较小。
[0102]
对于直流系统接地故障中的二次回路电缆接地故障，在一个示例中，在二次回路中，存在数根用于连接继电器的二次电缆，且长度较长。除了直流正负极接地故障外，二次电缆接地故障也会对二次回路和继电器造成一定的干扰。二次回路长电缆接地时，长电缆接地端电压降低至0，而直流电源负极电压为
‑
110v，相当于在二次电缆和继电器两端施加了一个110v的直流电压。在20ms时刻使二次回路长电缆接地，其暂态仿真波形如图11所示。接地瞬间，继电器两端电压降至
‑
11.74v，随后又迅速变化为0，保持约0.7ms后开始呈现处一个振荡上升又下降的过程，此后一直保持该过程，电压最高可达61.98v，主要谐波分量为3、6、9、12、18次。与直流正负极接地故障相比，二次电缆接地故障产生的暂态过电压幅值更低，但也超过了直流系统额定电压的55％，可能会导致继电器的误动作。
[0103]
对于直流系统混联故障的故障耦合途径，交流窜入直流故障在本质上也属于直流系统接地故障。站用直流系统为不接地系统，即正常运行时正负极均与大地有着良好的电气隔离，而在交流系统中，中性线一般接入变电站接地网。因此当发生交流窜入直流故障时，相当于直流回路一点接地，导致继电器两端出现一个衰减的驱动电压。
[0104]
对于直流系统混联故障中的直流正极与交流混联故障，在一个示例中，当交流220v窜入直流系统时，与直流系统接地故障类似，在继电器两端会出现一个衰减振荡的电压，但由于交流220v窜入时，相当于在接地电注入了一个220v的交流电源，与接地故障相比其电压幅值更高，因此也更容易导致继电器的误动作。交流220v电压最高瞬时值可达311v，在于直流电压进行叠加后，继电器两端的电压最高可达到590.2v，造成继电器的误动作。在20ms时刻对交流220v窜入直流故障进行仿真，继电器两端的暂态电压波形如图12所示。图12(a)是20～90ms内继电器两端电压的暂态波形，图12(b)是对图12(a)电压波形的放大。在交流窜入的瞬间，继电器两端电压开始迅速升高，并发生衰减振荡，峰值电压为590.2v，远超过继电器的动作电压。在32.4ms时刻振荡过程结束，随后电压波形趋近于正弦波形，由于稳压二极管的存在，继电器两端电压只呈现正半波。主要存在的谐波分量为2、3次谐波。
[0105]
对于直流系统混联故障中的直流负极与交流混联故障，在一个示例中，在20ms时
刻在直流负极接入交流220v电压，其暂态仿真波形如图13所示。相比于直流正极混联故障，220v交流窜入直流负极故障的电压峰值降低，且在稳压二极管的作用下，振荡过程结束后电压波动大幅度降低，因此对继电器及二次系统造成的危害也不如正极混联故障大，继电器两端电压峰值最高可达533.4v，远大于继电器的动作电压，引起继电器误动作。与直流正极混联故障相比，电压相对降低，但也会导致继电器的误动作。其主要谐波分量为2、3次谐波，直流电压的幅值分量最高。
[0106]
对于直流系统混联故障中的交流混入直流控制回路故障，在一个示例中，在20ms时刻在故障点2处接入交流220v电压，其暂态仿真波形如图14所示。故障瞬间继电器两端电压迅速上升，最高可达300v，随后在5ms内振荡下降至0，随后两端电压呈现出正弦半波的波形，主要谐波分量为2、3、4次谐波。与正极和负极混联故障相比电压峰值最低。
[0107]
进一步地，通过对直流系统接地以及直流系统混联故障进行仿真分析，可以发现在故障发生后，均会不同程度的导致继电器两端电压升高，超过继电器的动作电压，从而引起继电器的误动作，危害系统的安全运行。继电器动作电压过小以及直流系统对地杂散电容过大均会降低直流系统运行的可靠性。因此，可以从提高继电器的动作可靠性，以及降低二次回路中存在的对地杂散电容这两个方面来提高直流系统二次回路的抗干扰能力。
[0108]
在一个示例中，防范数据可以包括提高继电器的动作可靠性数据以及减小二次回路的对地电容的数据。
[0109]
其中，继电器的动作可靠性主要取决于继电器的动作电压和动作功率。根据我国相关标准，所有与直接跳闸相关回路相关的继电器，其动作电压应在55％～70％的直流系统额定电压范围内，且继电器的动作功率应大于等于5w。在本技术的暂态仿真中，可以取最容易出现跳闸的情况，将继电器的动作电压设置为直流系统额定电压的55％，即60.5v，动作功率设置为5w。因此，防范数据可以为设置更高的继电器动作电压和更大的继电器动作功率地相关数据，从而提高继电器动作的可靠性，降低继电器的误动作率，但是要注意不能超过相关标准中规定的70％直流系统额定电压。
[0110]
直流系统的对地杂散电容主要来自于两个方面，一方面是控制电缆的对地电容，另一方面是保护等设备开关电源输入级滤波电容，其中开关电源输入级滤波电容一般比较固定，因此可以从减小控制电缆的对地电容来进行考虑。二次电缆用于连接直流系统二次回路中的各电气设备和负荷，以及现场互感器的二次侧和控制小室。在一个具体的示例中，仿真时可以采用kvvp2‑
22型四芯二次电缆，在每一相芯线外均具有屏蔽层。根据国网相关标准，二次电缆的屏蔽层应两端接地，从而加强电磁屏蔽作用。然而，由于二次电缆屏蔽层两端接地，不可避免得将存在对地杂散电容，增加了干扰耦合的通道，且电缆长度越长，分布电容效应越显著。因此，可以包括以下防范数据：在发电厂及变电站布线设计时，尽可能地减少二次电缆的长度，合理布置走线；对于占地面积较大的发电厂及变电站，设计多个几点保护小室，若条件不允许只能设置单个继电小室时，则尽可能地将小室位置设置在发电厂或变电站的中心处；可以将不同用途的电缆分开布置，从而减少二次电缆的长度；以及通过采用光前通道传输信号来消除二次电缆的分布电容效应。
[0111]
以上，本技术通过处理直流系统二次回路等效电路参数中充电机参数、二次电缆参数以及继电器参数等相关参数，分别得到充电机等效模型、二次电缆等效模型和继电器等效模型等相关的模型，并根据充电机等效模型、二次电缆等效模型和继电器等效模型等
相关的模型得到直流系统故障模型，基于直流系统故障，平行分别对直流系统接地故障以及直流系统混联故障进行暂态仿真，得到暂态仿真的结果，根据暂态仿真的结果，对故障耦合途径以及继电器动作的过程进行详细分析，得到并输出用于防范直流系统二次回路故障的防范数据。本技术惨开了实际直流系统中的各元件配置参数，考虑了充电机、二次控制电缆以及继电器等影响因素，并基于实际元件配置参数建立了等效模型，从而完善了直流系统故障模型，并利用完善的直流系统故障模型对直流系统故障进行了详细、准确的暂态仿真结果分析，进而输出用于防范直流系统故障的、更准确的防范数据。
[0112]
应该理解的是，虽然图1、图2和图5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1、图2和图5中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0113]
在一个实施例中，如图15所示，提供了一种直流系统建模仿真装置，该装置可以包括：
[0114]
模型建立模块510，用于获取直流系统二次回路等效电路参数，处理直流系统二次回路等效电路参数得到直流系统故障模型；直流系统二次回路等效电路参数包括充电机参数、二次电缆参数以及继电器参数；
[0115]
处理模块520，用于基于直流系统故障模型，分别对直流系统接地故障以及直流系统混联故障进行暂态仿真，得到暂态仿真的结果；
[0116]
输出模块530，用于根据暂态仿真的结果，对故障耦合途径以及继电器动作的过程进行分析，得到并输出用于防范直流系统二次回路故障的防范数据。
[0117]
在其中一个实施例中，模型建立模块可以包括：
[0118]
第一模型建立单元，用于根据充电机参数得到充电机等效模型；基于二次电缆参数得到二次电缆等效模型，根据继电器参数确定继电器等效模型；
[0119]
第二模型建立单元，用于基于充电机等效模型、二次电缆等效模型以及继电器等效模型得到直流系统故障模型。
[0120]
在其中一个实施例中，充电机参数可以包括蓄电池变压器等效电抗参数、输电线路参数、整流侧等效电感参数、整流侧等效电阻参数以及整流侧等效电容参数。
[0121]
在其中一个实施例中，二次电缆参数可以包括二次电缆尺寸参数、二次电缆电阻单位长度参数、二次电缆电感单位长度参数、二次电缆电容单位长度参数以及二次电缆电导单位长度参数；
[0122]
第一模型建立单元，可以包括：第一单元，用于基于二次电缆电阻单位长度参数、二次电缆电感单位长度参数、二次电缆电容单位长度参数以及二次电缆电导单位长度参数，采用分布参数模型，确定二次电缆二次参数特征阻抗和二次电缆传播常数；
[0123]
第二单元，用于根据二次电缆二次参数特征阻抗、二次电缆传播常数以及二次电缆尺寸参数，得到二次电缆等效模型。
[0124]
在其中一个实施例中，继电器参数可以包括继电器线圈电阻参数和继电器线圈电
感参数；
[0125]
继电器线圈电感参数可以包括衔铁开始向铁芯运动的瞬间的电感，以及衔铁开始脱离铁芯瞬间的电感。
[0126]
在其中一个实施例中，暂态仿真的结果包括：直流系统接地故障下继电器两端的电压变化数据，以及直流系统混联故障下继电器两端的电压变化数据。
[0127]
关于直流系统建模仿真装置的具体限定可以参见上文中对于直流系统建模仿真方法的限定，在此不再赘述。上述直流系统建模仿真装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。需要说明的是，本技术实施例中对模块的划分是示意性的，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。
[0128]
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
[0129]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
[0130]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read
‑
only memory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
[0131]
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
[0132]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0133]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。