本申请涉及直流输电技
技术领域：
，尤其涉及以一种直流输电系统限流器最优参数获取方法及装置。
背景技术：
：直流输电技术具有有功、无功独立控制、无换相失败危险等优势，因此，直流输电技术在新能源并网、区域电网互联等方面有着广泛的应用。但是，由于直流输电系统的阻尼和响应系数较小，当直流输电系统的直流侧发生短路故障时，故障会快速发展，产生高达系统额定电流十几倍乃至几十倍的短路电流，对直流系统内电力电子器件和交流系统的运行产生严重威胁，因此，直流侧故障的快速切除成为直流输电技术的研究难点。目前，针对直流侧故障采取的主要方案之一是在直流线路上配置故障隔离能力的换流器和直流断路器，而带故障隔离功能的换流器不仅会增加换流站建设成本，还需要使直流网络内所有换流器闭锁，影响直流网络的稳定运行，并且，由于故障检测和直流断路器的动作需要时间，故障电流往往已快速上升，这将使直流断路器对开断容量的要求进一步提高，因此，直流断路器的应用受到切断容量的限制，尤其是在电容放电路径较为复杂的多端直流输电系统，增加了直流断路器的设计难度和成本，为此，需要选择合适的限流方案以避免上述问题。针对以上问题，目前通常采取安装限流器的措施来达到限流的目的，比较先进的限流器有超导型限流器、聚合物型限流器以及电力电子型限流器。其中，超导限流器在正常运行时电阻极小，不影响直流电网的运行，在发生故障时，超导限流器会失超，从而产生较大电阻，进而有效限制故障电流的增加，在直流输电系统中配置超导限流器是目前研究较多的一种理想的限流方案。但是，目前在直流输电系统中配置超导限流器时，往往将超导限流器的模型简化，仅考虑其稳态电阻，忽略了超导材料在电阻转换过程中电流与电阻的耦合关系以及成本，因而难以得出符合超导特性的超导限流器最优参数，因此，如何获得直流输电系统限流器的最优参数配置是目前亟待解决的问题。技术实现要素：本申请提供了一种直流输电系统限流器最优参数获取方法及装置，以获得直流输电系统限流器的最优参数配置，解决目前在直流输电系统中配置超导限流器时，往往将超导限流器的模型简化，仅考虑其稳态电阻，忽略了超导材料在电阻转换过程中电流与电阻的耦合关系以及成本，因而难以得出符合超导特性的超导限流器最优参数的问题。第一方面，本申请实施例提供一种直流输电系统限流器最优参数获取方法，包括：对含有限流器的直流输电系统进行故障分析，获得故障电流模型；根据超导限流器的超导特性建立超导限流器的数学模型；其中，所述数学模型包括电阻模型和热模型；根据超导限流器的数学模型以及故障电流模型，获得直流电系统中的限流器优化配置模型；根据限流器优化配置模型获取限流器最优参数。结合第一方面，在一种实现方式中，所述电阻模型为超导带材的电阻，根据超导层电阻和复合金属层电阻获得，采用以下公式获取：其中，rsc为超导层电阻；e为超导体中的电场强度；ls为超导带材的长度；j为超导体中的电流密度；ρme为复合金属层的电阻率；sme为复合金属层的截面积；rme为复合金属层电阻，rtype为超导带材的电阻。结合第一方面，在一种实现方式中，在超导态、磁通流动态和常阻态三种状态下，超导材料的电场强度和电流密度的关系，采用以下公式获得：其中，e为超导体中的电场强度；j为超导体中的电流密度；t为超导体的当前温度；jc(t)为温度为t时的临界电流密度；tc为超导体的临界温度；ec为临界电场强度；n为超导带材的特性常数；ρ为超导体在临界温度tc时的电阻率。结合第一方面，在一种实现方式中，根据以下公式建立所述热模型：qsc＝i2rtypeqsc＝ε(tre-tsc)其中，qsc为超导体的发热功率；i为电流；rtype为超导带材的电阻；tre为制冷介质的温度，tsc为超导带材的温度，ε为制冷介质与超导带材之间的热传导系数；t表示超导带材温度，t0表示超导带材的初始温度；csc为超导带材的体热容；qre为超导体与冷却介质的传导热功率，t表示时间。结合第一方面，在一种实现方式中，所述限流器优化配置模型的获取方法包括：建立目标函数、提出约束条件和获取最优解。结合第一方面，在一种实现方式中，所述目标函数是指限流器的成本，根据以下公式获取所述目标函数：cyc＝ksc·msc＝ksc·nsc·lsc；crefrigation＝kre1·lsc kre1(a·tsc2 b·tsc c)；cmaintain＝kmain·crefrigration·d；csfcl＝csc crefrigration cmaintain；其中，cyc为超导材料的成本，ksc为超导带材的单价，msc为超导带材的总用量，nsc为超导带材的并联根数，lsc为单根超导带材的长度，crefrigation为超导限流器的规模，kre1为杜瓦的成本系数，a，b，c则为制冷成本的拟合参数，cmain为运维成本，kmain为超导限流器的制冷系数，d表示超导限流器的运行寿命，csfcl为超导限流器的成本。结合第一方面，在一种实现方式中，所述约束条件包括最大故障电流、最大故障切除时间、电压跌落约束和超导带材的温度约束；其中，短路故障中的最大故障电流不得超过最大电流；直流线路的故障切除时间不得超过最大故障切除时间；故障的直流母线的电压不得跌落到额定直流电压的80％；超导限流器带材的温度不得超过最大允许温度。结合第一方面，在一种实现方式中，获取最优解的方法是利用遗传算法获取。第二方面，本申请实施例部分提供了一种直流输电系统限流器最优参数获取装置，包括：故障电流模型获取模型快，用于对含有限流器的直流输电系统进行故障分析，获得故障电流模型；数学模型获取模块，用于根据超导限流器的超导特性建立超导限流器的数学模型；其中，所述数学模型包括电阻模型和热模型；限流器优化配置模型获取模块，用于根据超导限流器的数学模型以及故障电流模型，获得直流电系统中的限流器优化配置模型；限流器最优参数获取模块，用于根据限流器优化配置模型获取限流器最优参数。结合第二方面，在一种实现方式中，所述电阻模型为超导带材的电阻，根据超导层电阻和复合金属层电阻获得，采用以下公式获取：其中，rsc为超导层电阻；e为超导体中的电场强度；ls为超导带材的长度；j为超导体中的电流密度；ρme为复合金属层的电阻率；sme为复合金属层的截面积；rme为复合金属层电阻，rtype为超导带材的电阻。结合第二方面，在一种实现方式中，在超导态、磁通流动态和常阻态三种状态下，超导材料的电场强度和电流密度的关系，采用以下公式获得：其中，e为超导体中的电场强度；j为超导体中的电流密度；t为超导体的当前温度；jc(t)为温度为t时的临界电流密度；tc为超导体的临界温度；ec为临界电场强度；n为超导带材的特性常数；ρ为超导体在临界温度tc时的电阻率。结合第二方面，在一种实现方式中，根据以下公式建立所述热模型：qsc＝i2rtypeqsc＝ε(tre-tsc)其中，qsc为超导体的发热功率；i为电流；rtype为超导带材的电阻；tre为制冷介质的温度，tsc为超导带材的温度，ε为制冷介质与超导带材之间的热传导系数；t表示超导带材温度，t0表示超导带材的初始温度；csc为超导带材的体热容；qre为超导体与冷却介质的传导热功率，t表示时间。结合第二方面，在一种实现方式中，所述限流器优化配置模型的获取方法包括：建立目标函数、提出约束条件和获取最优解。结合第二方面，在一种实现方式中，所述目标函数是指限流器的成本，根据以下公式获取所述目标函数：cyc＝ksc·msc＝ksc·nsc·lsc；crefrigation＝kre1·lsc kre1(a·tsc2 b·tsc c)；cmaintain＝kmain·crefrigration·d；csfcl＝csc crefrigration cmaintain；其中，cyc为超导材料的成本，ksc为超导带材的单价，msc为超导带材的总用量，nsc为超导带材的并联根数，lsc为单根超导带材的长度，crefrigation为超导限流器的规模，kre1为杜瓦的成本系数，a，b，c则为制冷成本的拟合参数，cmain为运维成本，kmain为超导限流器的制冷系数，d表示超导限流器的运行寿命，csfcl为超导限流器的成本。结合第二方面，在一种实现方式中，所述约束条件包括最大故障电流、最大故障切除时间、电压跌落约束和超导带材的温度约束；其中，短路故障中的最大故障电流不得超过最大电流；直流线路的故障切除时间不得超过最大故障切除时间；故障的直流母线的电压不得跌落到额定直流电压的80％；超导限流器带材的温度不得超过最大允许温度。结合第二方面，在一种实现方式中，获取最优解的方法是利用遗传算法获取。本申请实施例提供一种直流输电系统限流器最优参数获取方法及装置，其中，所述方法包括：首先对含有限流器的直流输电系统进行故障分析，获得故障电流模型；根据超导限流器的超导特性建立超导限流器的数学模型；其中，所述数学模型包括电阻模型和热模型；然后，根据超导限流器的数学模型以及故障电流模型，获得直流电系统中的限流器优化配置模型；最后，根据限流器优化配置模型获取限流器最优参数。采用前述的方案，采用前述的方案获取的最优参数能够有效的减少直流断路器最大故障切除容量，增加系统的故障反应时间，保证直流断路器动作的正确与可靠性，对直流输电系统具有重要意义。另外，采用上述方案能有效的指导限流器的设计，提高其应用过程中的经济性。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。图1是本申请实施例提供的一种直流输电系统限流器最优参数获取方法的流程示意图；图2是本申请实施例中mmc极间短路的放电回路图；图3是本申请实施例中一种混合式直流断路器的拓扑结构；图4是图3中混合式直流断路器的工作流程；图5是本申请实施例中直流输电系统含超导限流器的故障过程；图6是本申请实施例中限流电阻不同时系统故障电流的变化情况；图7是本申请实施例中限流电阻不同时系统直流母线电压的变化情况；图8是本申请实施例中采用遗传算法求解最优解的流程图；图9是仿真计算中断路器最大故障切除电流从12ka到20ka时，所需配置的超导限流器的电阻值与超导限流器的成本变化；图10是仿真计算中在不同故障反应时间下，所需配置的超导限流器的成本变化。具体实施方式为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。本申请提供了一种直流输电系统限流器最优参数获取方法及装置，以获得直流输电系统限流器的最优参数配置，解决目前在直流输电系统中配置超导限流器时，往往将超导限流器的模型简化，仅考虑其稳态电阻，忽略了超导材料在电阻转换过程中电流与电阻的耦合关系以及成本，因而难以得出符合超导特性的超导限流器最优参数的问题。本申请以超导限流器为例，首先对柔性直流电网中的故障进行详细分析。然后，提出当直流断路器最大开断电流一定时，考虑超导限流器载流能力、电阻转换速度、设计成本等因素的优化配置方案。本申请实施例提供一种直流输电系统限流器最优参数获取方法，参照图1所示，所述获取方法包括以下步骤：步骤s10，对含有限流器的直流输电系统进行故障分析，获得故障电流模型。本步骤首先考虑直流输电系统中加入限流器之后的故障分析，具体包括以下步骤：(1)直流输电系统的故障模型分析本实施例以超导限流器及mmc(模块化多电平换流器)为例，对柔性直流输电系统的极间短路故障进行了分析：对于传统的半桥式mmc，当发生极间短路故障时，子模块不闭锁，故障的发展将经过三个阶段：首先模块电容将对故障点进行放电，此时交流电源不向故障点放电，然后，当直流电压下降到一定程度时，二极管以不控整流的方式换向导通，此时交流电源开始向故障点放电，最后故障进一步发展为二极管全部导通，交流侧以三相短路的方式对故障点放电，此时，短路电流将极大的威胁电力电子器件的安全。因此，一般要求在模块电容放电阶段、直流电压下降到80％以前将故障切除。图2为mmc极间短路的放电回路图。图2中，sm1、sm2......smn为各子模块，ua、ub和uc分别为三相电压，larm为桥臂电感、rarm为桥臂电阻；udc为直流电容上总电压；rs为mmc的等效电阻、ls为mmc的等效电感、cs为mmc的等效电容；rsfcl为超导限流器的电阻；ldc为直流断路器中限流电抗器的电感；本申请为考虑最严重出口处的双极短路故障情况，即线路上的电阻和电感取0，sfcl为超导限流器，ua、ub和uc为三相电压。故障期间，换流器的等效电容、电感和电阻分别为：其中，n为每个桥臂上子模块的个数，csm为子模块的电容值。(2)直流断路器的工作模式分析本申请以混合式断路器为例进行了分析。图3是一种混合式直流断路器的拓扑结构。在系统正常运行时，电流只流经由转移开关和机械隔离开关组成的支路1，当发生故障时，则将故障电流转移到支路2来切除故障电流，k1和k2表示机械隔离开关开关。其工作流程如图4所示，首先是故障检测，检测到发生故障后，闭锁转移开关以及断开机械隔离开关k2，将故障电流转移至主断路器，即断开主断路器以及断开机械隔离开关k1，最后将故障切除。直流断路器的动作的主要参数为断路器最大切断容量，即最大切除故障电流ic，只有当故障电流衰减到这个值以下，断路器才能动作。直流断路器另外一个参数就是故障反应时间tc，由于直流断路器动作需要故障检测原件检测并做出判断，当故障发生在复杂直流网络中时，则需要故障反应时间做出判断并下令切除故障。(3)考虑限流器的直流线路故障计算本申请以目前假定直流断路器在电容放电阶段能够切除故障，则考虑超导限流器的故障过程可以用图5表示，图5中，t0至t1时刻是系统正常运行阶段，t1至t2时刻是电阻转换阶段，t2至t3时刻是电阻限流阶段，t3至t4时刻是直流断路器故障切除阶段。在t0时刻，系统正常运行，设此时的运行电流为i0；在t1时刻，系统发生故障，故障电流迅速增加，超导限流器的电阻随着电流的变化发生转变；在t2时刻，超导限流器的电阻达到稳定值，系统进入过阻尼状态，故障电流开始衰减；在t3时刻，故障电流衰减到直流断路器的最大开断值，直流断路器投入工作。此时，设δt＝t3-t1，δt为系统的故障应对时间；在t4时刻，直流线路的故障被直流断路器彻底清除。本申请主要关注的是t1至t3时刻之间故障电流if与超导限流器的电阻rsfcl耦合变化过程。在该过程中，首先建立超导限流器的线路模型，该模型用于故障电流与超导先电阻耦合变化过程中的直流线路故障计算，从而分析限流器的直流输电系统的故障特性，超导限流器的线路模型表示为：求解上述二阶状态方程可得：1)当系统欠阻尼时，公式2的一对特征根为：其中，故障电流和直流电压满足以下条件：其中，2)当系统过阻尼时，公式2的特征根满足以下条件：故障电流和直流电压满足以下条件：：其中，(4)限流电阻对故障电流和直流电压的影响分析本申请以某直流输电系统为例，忽略限流器的暂态过程，对rsfcl分别为0ω、10ω、20ω、30ω时的故障情况进了分析。图6为限流电阻不同时系统故障电流的变化情况，横坐标t表示时间，纵坐标if表示故障电流；图7为限流电阻不同时系统直流母线电压的变化情况，横坐标t表示时间，纵坐标udc表示直流母线电压。图中可以看到当限流电阻增大时，系统的故障电流得到了有效的控制，直流电压的下降也得到了遏制。图6中以断路器的切断电流为15ka为例，当限流电阻达到20ω时，可勉强达到断路器的要求。步骤s11，根据超导限流器的超导特性建立超导限流器的数学模型；其中，所述数学模型包括电阻模型和热模型。超导限流器的电阻rsfcl与故障电流if存在复杂的非线性耦合关系，本步骤是对限流器的特性进行分析，将根据超导限流器的超导特性建立超导限流器的数学模型。首先建立电阻模型：所述电阻模型用超导带材的电阻表示，是根据超导层电阻和复合金属层电阻获得的，具体采用以下公式获取：其中，rsc为超导层电阻；e为超导体中的电场强度；ls为超导带材的长度；j为超导体中的电流密度；ρme为复合金属层的电阻率；sme为复合金属层的截面积；rme为复合金属层电阻，rtype为超导带材的电阻。上述公式中，超导材料的电场强度和电流密度的关系，分三种状态获得，即在超导态、磁通流动态和常阻态三种状态下，采用以下公式获得：其中，e为超导体中的电场强度；j为超导体中的电流密度；t为超导体的当前温度；jc(t)为温度为t时的临界电流密度；tc为超导体的临界温度；ec为临界电场强度；n为超导带材的特性常数；ρ为超导体在临界温度tc时的电阻率。另外，在超导带材失超以后，超导带材的温度会发生较大上升，其电阻变化满足电阻-温度的关系为：rme(t)＝rme(t0)(1 ηme(t-t0))(17)其中，ηme为复合金属层的电阻温度系数。然后是建立热模型：超导带材的电阻转变过程受超导带材温度变化的推动，因此需要建立超导带材的热模型。另外，超导带材的层状结构使得超导带材的机械特性较差，在高温情况下，超导带材易分层，此时超导带材受到不可逆的损坏，超导特性不可恢复，因此建立超导材料的热模型还可以研究超导限流器的极限工况。根据以下公式建立所述热模型：qsc＝i2rtypeqsc＝ε(tre-tsc)其中，qsc为超导体的发热功率；i为电流；rtype为超导带材的电阻；tre为制冷介质的温度，tsc为超导带材的温度，ε为制冷介质与超导带材之间的热传导系数；t表示超导带材温度，t0表示超导带材的初始温度；csc为超导带材的体热容；qre为超导体与冷却介质的传导热功率，t表示时间。在超导带材的失超的过程中，带材短时产生大量的热量，产生莱顿弗罗斯特效应，此时冷却介质的冷却功率较难估算，且相对于产生的热量较小，因而在仿真中可以忽略，仅在稳定运行及失超恢复的过程中考虑冷却介质的制冷功率。步骤s12，根据超导限流器的数学模型以及故障电流模型，获得直流电系统中的限流器优化配置模型。所述限流器优化配置模型的获取方法包括：建立目标函数、提出约束条件和获取最优解。限流器的优化配置需要同时考虑直流断路器对最大开断电流的要求和限流器的使用成本。本申请以超导限流器为例，考虑当直流断路器最大开断电流一定时，限流器的最优配置方案，由于超导限流器的电阻与故障电流存在复杂的非线性耦合关系，因此，必须先分析超导限流器的限流特性，才能对故障电流进行迭代求解。所以，首先根据超导限流器的超导特性建立超导限流器的数学模型，然后在此基础上考虑直流断路器对最大开断电流的要求和限流器的使用成本，从而得到直流电网中限流器的优化配置模型。目标函数主要是考虑限流器的成本，超导限流器的成本主主要由超导带材的成本、制冷系统的成本和运维成本构成，即：根据以下公式获取所述目标函数：cyc＝ksc·msc＝ksc·nsc·lsc(19)；crefrigation＝kre1·lsc kre1(a·tsc2 b·tsc c)(20)；cmaintain＝kmain·crefrigration·d(21)；csfcl＝csc crefrigration cmaintain(22)；其中，cyc为超导材料的成本，ksc为超导带材的单价，msc为超导带材的总用量，nsc为超导带材的并联根数，lsc为单根超导带材的长度，crefrigation为超导限流器的规模，kre1为杜瓦的成本系数，a，b，c则为制冷成本的拟合参数，cmain为运维成本，kmain为超导限流器的制冷系数，d表示超导限流器的运行寿命，csfcl为超导限流器的成本。超导材料的成本cyc为超导带材的使用量乘以超导带材的单价，运维成本主要包括超导限流器制冷消耗的能量以及制冷剂的消耗，这主要是由超导限流器的制冷系统决定的。然后提出约束条件，包括：最大故障电流、最大故障切除时间、电压跌落约束和超导带材的温度约束；其中：最大故障电流是为保证电力原件不受损害，短路故障中的最大故障电流if不得超过最大值，即：if≤if,max(23)；其中，if，max为电流最大值。最大故障切除时间是为了防止原件过热，直流线路的故障的切除时间t4不得超过最大值，即：t4≤tc,max(24)；其中，tc，max为故障切除时间的最大值。电压跌落约束是为防止交流电源向直流线路上的短路点放电，因此在故障的直流母线的电压udc(t)不得跌落到额定直流电压的80％，即：udc(t)≥0.8·udc_r(25)；其中，udc_r为额定直流电压。超导带材的温度约束是为防止超导限流器的超导带材在限流过程中发生不可逆的损伤，因使得超导限流器带材的温度不得超过最大允许温度，即：k(t)≤ksc_max(26)；其中，ksc_max为最大允许温度。最后，最优解优化求解过程，优化过程涉及到短路电流计算、超导带材的热过程，因此，最优解的求取是一个复杂的非线性多变量问题，本申请采用遗传算法对该问题进行求解，如图8所示，首先生成初始种群，然后是评价群体，包括：故障电流计算、超导限流器热过程计算和超导限流器电阻计算，求评价群体适应度值，最后判断是否符合终止条件，若不符合，则根据遗传操作，如选择、交叉以及变异，重新执行评价群体，若符合，则结束运算。步骤s13，根据限流器优化配置模型获取限流器最优参数。本步骤是根据步骤s12获得的限流器优化配置模型来获取限流器最优参数，根据最优参数，配置直流输电系统的限流器，其中，所述的最优参数是指最大切断容量，即电流，以及故障反应时间。为了验证上述方案的有效性，本申请实施例还对上述方法进行了仿真验证，验证时采用的系统参数如表1所示：表1某双端mmc系统的参数表项目参数运行电压/kv200输送功率/wm400等效电容/μf180.26等效电感/ml66.67等效电阻/ω1.5331)断路器最大切断容量对限流器成本的影响本实施例首先研究了当直流断路器的最大故障电流切除值不同时，超导限流器的配置成本的变化。图9为断路器最大故障切断电流从12ka到20ka时，所需配置的超导限流器的电阻值与超导限流器的成本，横坐标r/sfcl表示超导限流器的电阻，纵坐标ic表示断路器最大切断电流，其中超导限流器的电阻用电阻稳定阶段的平均值表示。从图中可以看到，在该系统模型下，超导限流器稳定电阻的增加可以减少对直流断路器最大故障切除容量的需求。但是，当故障电流最大切除值小到一定程度时，超导限流器的配置成本会急剧增加，经济性会下降。因此，超导限流器的使用需用配合适当切断容量的直流断路器，才能发挥出经济效益。2)故障反应时间与超导限流器配置考虑到直流电压不能低于运行电压80％的限制，进而将断路器的最晚投入时间作为系统的故障反应时间。系统需要的故障反应时间越长，则需要更大的限流电阻来限制电流电压的下降。因此，本部分研究了系统故障反应时间与超导限流器的配置成本的关系。图10是在不同临界故障切除时间(故障反应时间)下，所需配置的超导限流器的成本变化，横坐标r/sfcl表示超导限流器的电阻，纵坐标tc表示临界故障切除时间。从图10中可以看到，超导限流器限流电阻的增加可以增加系统的故障反应时间，保证直流断路器动作的正确与可靠性。但系统需要的故障反应时间过长也会急剧增加超导限流器的配置成本。从以上可以看出，通过比较断路器最大切断容量对限流器成本的影响、故障反应时间与超导限流器配置的关系，表明本申请公开的优化配置方法对于指导限流器设计的有效性，同时提高其应用过程中的经济性。下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。本申请实施例部分提供了一种直流输电系统限流器最优参数获取装置，所述装置包括：故障电流模型获取模型快，用于对含有限流器的直流输电系统进行故障分析，获得故障电流模型；数学模型获取模块，用于根据超导限流器的超导特性建立超导限流器的数学模型；其中，所述数学模型包括电阻模型和热模型；限流器优化配置模型获取模块，用于根据超导限流器的数学模型以及故障电流模型，获得直流电系统中的限流器优化配置模型；限流器最优参数获取模块，用于根据限流器优化配置模型获取限流器最优参数。可选地，所述电阻模型为超导带材的电阻，根据超导层电阻和复合金属层电阻获得，采用以下公式获取：其中，rsc为超导层电阻；e为超导体中的电场强度；ls为超导带材的长度；j为超导体中的电流密度；ρme为复合金属层的电阻率；sme为复合金属层的截面积；rme为复合金属层电阻，rtype为超导带材的电阻。可选地，在超导态、磁通流动态和常阻态三种状态下，超导材料的电场强度和载流密度的关系，采用以下公式获得：其中，e为超导体中的电场强度；j为超导体中的电流密度；t为超导体的当前温度；jc(t)为温度为t时的临界电流密度；tc为超导体的临界温度；ec为临界电场强度；n为超导带材的特性常数；ρ为超导体在临界温度tc时的电阻率。可选地，根据以下公式建立所述热模型：qsc＝i2rtypeqsc＝ε(tre-tsc)其中，qsc为超导体的发热功率；i为电流；rtype为超导带材的电阻；tre为制冷介质的温度，tsc为超导带材的温度，ε为制冷介质与超导带材之间的热传导系数；t表示超导带材温度，t0表示超导带材的初始温度；csc为超导带材的体热容；qre为超导体与冷却介质的传导热功率，t表示时间。可选地，所述限流器优化配置模型的获取方法包括：建立目标函数、提出约束条件和获取最优解。可选地，所述目标函数是指限流器的成本，根据以下公式获取所述目标函数：cyc＝ksc·msc＝ksc·nsc·lsc；crefrigation＝kre1·lsc kre1(a·tsc2 b·tsc c)；cmaintain＝kmain·crefrigration·d；csfcl＝csc crefrigration cmaintain；其中，cyc为超导材料的成本，ksc为超导带材的单价，msc为超导带材的总用量，nsc为超导带材的并联根数，lsc为单根超导带材的长度，crefrigation为超导限流器的规模，kre1为杜瓦的成本系数，a，b，c则为制冷成本的拟合参数，cmain为运维成本，kmain为超导限流器的制冷系数，d表示超导限流器的运行寿命，csfcl为超导限流器的成本。可选地，所述约束条件包括最大故障电流、最大故障切除时间、电压跌落约束和超导带材的温度约束；其中，短路故障中的最大故障电流不得超过最大电流；直流线路的故障切除时间不得超过最大故障切除时间；故障的直流母线的电压不得跌落到额定直流电压的80％；超导限流器带材的温度不得超过最大允许温度。可选地，获取最优解的方法是利用遗传算法获取。本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种直流输电系统限流器最优参数获取方法，其特征在于，包括：
对含有限流器的直流输电系统进行故障分析，获得故障电流模型；
根据超导限流器的超导特性建立超导限流器的数学模型；其中，所述数学模型包括电阻模型和热模型；
根据超导限流器的数学模型以及故障电流模型，获得直流电系统中的限流器优化配置模型；
根据限流器优化配置模型获取限流器最优参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电阻模型为超导带材的电阻，根据超导层电阻和复合金属层电阻获得，采用以下公式获取：
其中，rsc为超导层电阻；e为超导体中的电场强度；ls为超导带材的长度；j为超导体中的电流密度；ρme为复合金属层的电阻率；sme为复合金属层的截面积；rme为复合金属层电阻，rtype为超导带材的电阻。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在超导态、磁通流动态和常阻态三种状态下，超导材料的电场强度和电流密度的关系，采用以下公式获得：
其中，e为超导体中的电场强度；j为超导体中的电流密度；t为超导体的当前温度；jc(t)为温度为t时的临界电流密度；tc为超导体的临界温度；ec为临界电场强度；n为超导带材的特性常数；ρ为超导体在临界温度tc时的电阻率。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据以下公式建立所述热模型：
qsc＝i2rtype
qsc＝ε(tre-tsc)
其中，qsc为超导体的发热功率；i为电流；rtype为超导带材的电阻；tre为制冷介质的温度，tsc为超导带材的温度，ε为制冷介质与超导带材之间的热传导系数；t表示超导带材温度，t0表示超导带材的初始温度；csc为超导带材的体热容；qre为超导体与冷却介质的传导热功率，t表示时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限流器优化配置模型的获取方法包括：建立目标函数、提出约束条件和获取最优解。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述目标函数是指限流器的成本，根据以下公式获取所述目标函数：
cyc＝ksc·msc＝ksc·nsc·lsc；
crefrigation＝kre1·lsc kre1(a·tsc2 b·tsc c)；
cmaintain＝kmain·crefrigration·d；
csfcl＝csc crefrigration cmaintain；
其中，cyc为超导材料的成本，ksc为超导带材的单价，msc为超导带材的总用量，nsc为超导带材的并联根数，lsc为单根超导带材的长度，crefrigation为超导限流器的规模，kre1为杜瓦的成本系数，a，b，c则为制冷成本的拟合参数，cmain为运维成本，kmain为超导限流器的制冷系数，d表示超导限流器的运行寿命，csfcl为超导限流器的成本。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述约束条件包括最大故障电流、最大故障切除时间、电压跌落约束和超导带材的温度约束；其中，
短路故障中的最大故障电流不得超过最大电流；
直流线路的故障切除时间不得超过最大故障切除时间；
故障的直流母线的电压不得跌落到额定直流电压的80％；
超导限流器带材的温度不得超过最大允许温度。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取最优解的方法是利用遗传算法获取。
9.一种直流输电系统限流器最优参数获取装置，其特征在于，包括：
故障电流模型获取模型快，用于对含有限流器的直流输电系统进行故障分析，获得故障电流模型；
数学模型获取模块，用于根据超导限流器的超导特性建立超导限流器的数学模型；其中，所述数学模型包括电阻模型和热模型；
限流器优化配置模型获取模块，用于根据超导限流器的数学模型以及故障电流模型，获得直流电系统中的限流器优化配置模型；
限流器最优参数获取模块，用于根据限流器优化配置模型获取限流器最优参数。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电阻模型为超导带材的电阻，根据超导层电阻和复合金属层电阻获得，采用以下公式获取：
其中，rsc为超导层电阻；e为超导体中的电场强度；ls为超导带材的长度；j为超导体中的电流密度；ρme为复合金属层的电阻率；sme为复合金属层的截面积；rme为复合金属层电阻，rtype为超导带材的电阻。
技术总结本申请实施例提供一种直流输电系统限流器最优参数获取方法及装置，其中，所述方法包括：首先对含有限流器的直流输电系统进行故障分析，获得故障电流模型；根据超导限流器的超导特性建立超导限流器的数学模型；其中，所述数学模型包括电阻模型和热模型；然后，根据超导限流器的数学模型以及故障电流模型，获得直流电系统中的限流器优化配置模型；最后，根据限流器优化配置模型获取限流器最优参数。采用前述的方案。采用前述的方案获取的最优参数能够有效的减少直流断路器最大故障切除容量，增加系统的故障反应时间，保证直流断路器动作的正确与可靠性，对直流输电系统具有重要意义。
技术研发人员：邢超;奚鑫泽;刘明群;李胜男;何鑫;徐志;卢佳;向川
受保护的技术使用者：云南电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：2020.11.18
技术公布日：2021.03.12
