[发明专利]将场分析集成到电网络求解的电磁暂态仿真方法及系统

权利要求书

1.一种将场分析集成到电网络求解的电磁暂态仿真方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1)：预先对电磁暂态仿真的设备模型进行二次开发，引入设备特性方程，建立表征设备运行健康状态的模型和相应判断设备健康状态的参考值；

步骤2)：建立交直流区域大电网的电磁暂态仿真模型，基于电路分析求解系统网络，得到电压、电流、功率的计算结果；

步骤3)：将电压、电流计算结果与设备运行健康状态模型中预设的设备健康运行参考值比较，判断设备运行是否正常；

所述步骤1)到步骤3)为电力系统网络实时仿真，进行硬件在环测试；

步骤4)：若计算结果超过参考值范围或需要进行设备深度分析，则建立通讯，将上述步骤1)到步骤3)的仿真结果加载到有限元模型中；

步骤5)：基于场分析，通过有限元方法计算设备的详细电气特性；具体步骤如下：

步骤5-1:根据不同厂家电力设备的几何尺寸，并遵循有限元软件中建模规则，预先建立好系统各电气主设备的有限元模型；

步骤5-2:分配材料属性，设备材料的电磁、热、结构特性参数：导热系数、材料密度、磁导率、电导率，相对介电参数；

步骤5-3:划分网格，施加载荷和边界条件；

步骤5-4:根据需要添加需要进行的求解类型：频域分析或是暂态分析，计算电磁特性还是热特性进行求解；

步骤5-5:观察设备的电磁场或热场分析结果并导出；

步骤6)：专家系统根据场分析计算结果判断设备的运行状态，确定设备正常与否，当设备运行状态判断为不正常时发出警告提示安排检修；

步骤7)：将场分析结果结合现场设备状态，反馈到步骤1)所述的设备运行健康状态模型，对模型进行校验、修正；

步骤4)到步骤7)为针对具体电力设备的离线仿真，基于场分析；

所述步骤1)中，表征设备运行健康状态的模型是指，在Hypersim软件中基于EMTP算法的元件模型基础上进行二次开发，对设备模型加入逻辑算法，将反映电气设备电磁、热特性的方程通过逻辑算法实现，并添加到EMTP模型中，由计算出的设备的电压、电流、功率，通过方程间接反映出设备的运行特性，设备的运行特性为变压器铁芯损耗、变压器线圈温升，从而快速判断设备健康状态，表征设备运行健康状态的模型及相应正常工作参考值的确定通过离线有限元程序结合现场测量参数校验；

所述表征设备运行健康状态的变压器铁芯损耗、变压器线圈温升模型，其特性按照下述方法计算、表征，并建立正常工作状态下设备特性的参考值：

变压器铁芯损耗使用下述方法计算：

1 T ∫ 0 T dP I r o n l o s s ( t ) d t = k h B m 2 fk f + 1 T ∫ 0 T { σd 2 1 12 [ d B d t ( t ) ] 2 + k e [ d B d t ( t ) ] 3 2 } k f d t - - - ( 1 ) ]]>

其中：PIronloss是铁芯损耗，Bm是铁芯区域最大磁通密度,f是电流频率,σ为铁芯材料的电导率,d为铁芯厚度,T为周期，t为时间，kh为涡流损耗系数，ke为附加损耗系数，kf为硅钢片叠片系数，kh,ke,kf由离线有限元分析结果结合现场设备监测数据得到，Bm采用有限元计算得到铁芯区域最大磁通密度Bm，然后将其与原、副边电流建立非线性映射关系，通过变压器原、副边电流作为状态量反映铁芯区域最大磁通密度Bm，按照步骤2)计算原、副边电流，通过原、副边电流作为状态量反映变压器铁芯损耗，然后建立正常工作状态变压器铁芯损耗参考值作为设备正常与否的判据；

所述表征设备运行健康状态的模型中，变压器线圈温升与原、副边电流也建立映射关系，温升按照下述方法计算：

Q l o s s = I 2 R t = c m Δ T Q e x c h a n g e = t h A ( Δ T + 40 - T o i l ) = Q l o s s - - - ( 2 ) ]]>

Δ T = I 2 R h A + T o i l - 40 - - - ( 3 ) ]]>

其中：ΔT是变压器线圈温升，I是原边电流，R是原边电阻，t为时间，c为变压器原边线圈比热，m为变压器原边线圈质量，h是变压器线圈的对流换热系数，A是变压器线圈与油的接触面积，Toil是变压器油温，40代表“标准环境温度”，据此用原边电流的数值表征变压器线圈温升，建立正常工作状态变压器线圈温升参考值及其对应的电流值，将其作为设备正常与否的判据；

所述表征设备运行健康状态的模型中，按照步骤2)中计算出断路器处暂态过电压，建立正常工作状态断路器处能承受的暂态过电压参考值，将其作为设备正常与否的判据。