基于电弧动态时空演化模型的半波长输电线路潜供电弧在线抑制系统及方法与流程

本发明涉及半波长输电线路潜供电弧在线抑制领域，尤其是涉及一种基于电弧动态时空演化模型的半波长输电线路潜供电弧在线抑制系统及方法。

背景技术：

目前世界能源需求面临巨大的挑战，由于大规模远距离输电和跨国跨洲联网的需求，目前亟需发展远距离、大容量的输电技术。我国近年来随着西部新疆、西藏等区域自然资源的逐渐开发，西部能源基地逐渐成型，并且还可能将周围俄罗斯、蒙古等国家的电力资源输送到中国，也亟需发展远距离、大容量的输电技术。半波长输电线路是一种新型的输电方式，其最突出优点是无需安装无功补偿设备、传输功率极大，特别适用于大规模远距离输电和跨国跨洲联网的需求，被认为是未来最具有应用前景的超远距离、超大容量的输电技术发展方向。

半波长输电技术的未来工程化应用也面临一些亟待解决的问题，其中关于潜供电弧的抑制方法的研究，是特高压半波长输电技术赖以发展的重要理论基础之一。因半波长线路采用的电压等级高、输电距离超长、传输功率极大，其潜供电弧的问题也将更为严重，倘若潜供电弧不能及时熄灭，将可能导致单相自动重合闸失败。当前针对常规输电线路潜供电弧的抑制方法主要包括：并联电抗器加中性点小电抗、快速接地开关、选择开关式并联电抗器组、串联补偿、混合式触发跳闸、线路分区或装设开关站来加速熄弧等，其中以前两种应用最多。针对特高压半波长输电线路，其线路中间无开关站的特殊结构使得常规的三相电抗器加中性点小电抗等熄弧方法不再适用。此外，潜供电弧作为一种开放空间的长间隙电弧，其弧阻特性随着潜供电弧的运动而改变，因此三相电抗器加中性点小电抗的抑制方法对于潜供电弧的暂态抑制效果也并不理想；由于快速接地开关需要一定动作时间，其对潜供电弧的补偿具有一定的滞后性。目前尚未有兼具经济性与实用性的有效抑制方法，亟待理论与技术创新。

因此，针对半波长输电线路的潜供电弧抑制问题开展创新研究，进而提出其有效的实时在线抑制方法，对于加快推广半波长输电线路的工程实用化具有重要意义。上述发明可为发展半波长线路提供技术支撑，对于未来实现我国能源网络互联以及通过“西电东送”来缓解东部地区能源电力供应紧张的局面，具有重要的现实意义和广阔的工程应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有潜供电弧抑制技术的不足，针对半波长输电线路提供一种结构简单，应用方便，经济实用，可有效解决半波长输电线路潜供电弧抑制问题的基于电弧动态时空演化模型的半波长输电线路潜供电弧在线抑制系统及抑制方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于电弧动态时空演化模型的半波长输电线路潜供电弧在线抑制系统，包括电流信号检测模块、补偿电流预测模块和注入功率模块，补偿电流预测模块通过信号线分别与电流信号检测模块和注入功率模块连接。

本系统全部安装的设备均位于线路的首末段，中间位置不布置抑制设备。

电流信号检测模块，可以实时检测线路潜供电流大小及方向，并对下一时刻潜供电流的大小进行超前预测，并将检测信号传递给补偿电流预测模块。

补偿电流预测模块，主要包括电弧空间演化动力学计算模块和潜供电弧动态弧阻模块。电弧空间演化动力学计算模块，模拟计算潜供电弧的时空演化轨迹，进而预测获得潜供电弧的实时长度。潜供电弧动态弧阻模块，在电弧空间演化动力学计算模块计算的基础上，应用基于mayer模型的潜供电弧动态弧阻方程，纳入实时检测的潜供电弧电流值大小，进而计算获得潜供电弧的实时弧阻。

注入功率模块，主要由驱动电路和igbt变换器组成。驱动电路接收到补偿电流的信号后，触发igbt变换器，向系统注入大小相等、方向相反的补偿电流。

本发明还涉及一种基于电弧动态时空演化模型的半波长输电线路潜供电弧在线抑制方法，包括以下步骤：

a.电流信号检测；

b.补偿电流预测；

c.注入反向功率；

d.重复步骤a-c，直至潜供电流值处于安全值以下。

电流信号检测可以实时检测线路潜供电流大小及方向，并对下一时刻潜供电流的大小进行超前预测，并将检测的信号传递给步骤b。

补偿电流预测包括电弧动态演化轨迹与实时弧阻预测，在接收电流信号检测步骤所检测的线路潜供电流大小及方向的信号后，建立潜供电弧的动力学模型，用于模拟潜供电弧的时空演化轨迹，进而预测获得潜供电弧的实时长度。在此基础上，应用基于mayer模型的潜供电弧动态弧阻方程，纳入实时检测的潜供电弧电流值大小，进而计算获得潜供电弧的实时弧阻。

注入方向功率为接收到补偿电流预测步骤的信号后，向系统注入大小相等、方向相反的补偿电流。

本发明的有益效果为：结构简单，实现方便，解决了半波长输电线路中间无落点、无法在中间加装补偿设备的问题，可有效加速潜供电弧的熄灭，提高单相自动重合闸的成功率。据此方法设计的潜供电弧在线抑制系统，结构简单，安装方便，经济实用，可发展推广半波长线路提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明的基于电弧动态时空演化模型的半波长输电线路潜供电弧在线补偿抑制系统物理拓扑结构图；

图2为补偿电流的预测计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的基于电弧动态时空演化模型的半波长输电线路潜供电弧在线补偿抑制系统物理拓扑结构图。

如图1中所示，本发明的基于电弧动态时空演化模型的半波长输电线路潜供电弧在线补偿抑制系统包括：电流信号检测模块、补偿电流预测模块和注入功率模块。补偿电流预测模块通过信号线分别与电流信号检测模块和注入功率模块连接。本系统全部安装的设备均位于线路的首末段，中间位置不布置抑制设备。

电流信号检测模块，可以实时检测线路潜供电流大小及方向，并对下一时刻潜供电流的大小进行超前预测，并将此信号传递给补偿电流预测模块。

补偿电流预测模块，主要包括电弧空间演化动力学计算模块和潜供电弧动态弧阻模块。电弧空间演化动力学计算模块，模拟计算潜供电弧的时空演化轨迹，进而预测获得潜供电弧的实时长度。潜供电弧动态弧阻模块，在电弧空间演化动力学计算模块计算的基础上，应用基于mayer模型的潜供电弧动态弧阻方程，纳入实时检测的潜供电弧电流值大小，进而计算获得潜供电弧的实时弧阻。

注入功率模块，主要由驱动电路和igbt变换器组成。驱动电路接收到补偿电流的信号后，触发igbt变换器，向系统注入大小相等、方向相反的补偿电流，实现潜供电弧在线补偿抑制。

本发明还涉及一种基于电弧动态时空演化模型的半波长输电线路潜供电弧在线抑制方法，包括以下步骤：

a.电流信号检测；

b.补偿电流预测；

c.注入反向功率；

d.重复步骤a-c，直至潜供电流值处于安全值以下。

对于步骤a，电流信号检测方法，是基于构造的虚拟三相对称系统和正交化变换提出的一种有效检测三相电路中瞬时基波正序有功电流的方法，以获得谐波与无功电流；基于三相电流检测算法的正交化思想，使用了一种用于单相瞬时谐波与无功电流的检测新方法。电流信号检测可以实时检测线路潜供电流大小及方向，并对下一时刻潜供电流的大小进行超前预测，并将检测的信号传递给步骤b。

对于步骤b，补偿电流预测包括电弧动态演化轨迹与实时弧阻预测，在接收电流信号检测步骤所检测的线路潜供电流大小及方向的信号后，建立潜供电弧的动力学模型，用于模拟潜供电弧的时空演化轨迹，进而预测获得潜供电弧的实时长度。在此基础上，应用基于mayer模型的潜供电弧动态弧阻方程，纳入实时检测的潜供电弧电流值大小，进而计算获得潜供电弧的实时弧阻。

对于步骤c：注入方向功率为接收到补偿电流预测步骤的信号后，向系统注入大小相等、方向相反的补偿电流。

由图1所示，通过实时检测电流信号，进而计算预测补偿电流，该电流通过注入功率模块反向注入到半波长线路的首末段，如此不断循环，即可实现半波长输电线路潜供电弧的在线补偿抑制。

图2为补偿电流的预测计算流程图，首先检测t时刻线路两端的潜供电流，其次纳入之前建立的潜供电弧动态弧阻特性模型，模拟计算潜供电弧的时空演化轨迹预测获得潜供电弧的实时长度，进而应用基于mayer模型的潜供电弧动态弧阻方程计算获得潜供电弧的实时弧阻，计算下一时刻t0+δt注入的反向补偿电流，最后通过注入功率模块在t0+δt注入反向补偿电流，同时检测潜供电流信号，如果潜供电弧尚未熄灭，则重复补偿电流的预测计算和功率注入直至潜供电弧熄灭。

本发明的有益效果为：结构简单，实现方便，解决了半波长输电线路中间无落点、无法在中间加装补偿设备的问题，可有效加速潜供电弧的熄灭，提高单相自动重合闸的成功率。据此方法设计的潜供电弧在线抑制系统，结构简单，安装方便，经济实用，可发展推广半波长线路提供技术支撑。