一种新能源装配式变电站的智能抗震系统的制作方法

本申请涉及变电站及开关装置，特别涉及一种新能源装配式变电站的智能抗震系统。本申请的技术方案直接关联于变电站中配电盘框架与绝缘母线支撑，基于微震监测状态，通过阻尼自适应节点进行地震波联动，进而控制断路器主动脱扣并提供磁流变刚度补偿，提升高压开关柜及变电站整体的抗震防御能力。

背景技术：

1、新能源变电站通常包括风电场升压站、光伏汇流站等，此类变电站多建设于空旷荒漠、高海拔区域或地质条件相对较差的偏远地区。为有效缩短工程建设周期并降低施工难度，用于承载高压开关柜、母线槽以及并网逆变器等核心设备的开关装置构架多采用装配式钢构架。然而，传统的装配式节点在承受外部剧烈的地震力作用时，由于各连接面之间存在摩擦系数限制与应力集中问题，容易发生相对滑移与角位移。这种物理形变会直接传导至刚性固定的设备上，导致附着其上的刚性母线绝缘套管发生脆性断裂，进而引发相间短路与严重的电气火灾等二次灾害。

2、目前的变电站抗震设计往往存在机械防护与电气保护相互孤立的技术缺陷。一方面，传统变电站抗震主要依赖构架的刚性堆料，通过增加钢材截面积或采用刚性垫块来提高结构抗拉抗剪能力。这种方式不仅增加了建设与运输成本，而且在面临高频地震波冲击时，由于缺乏充足的缓冲余量，仍然容易发生脆性断裂。另一方面，现有的变电站控制系统通常仅依靠电气参数进行被动保护。当设备因地震导致的机械变形而引发实际的电气短路时，故障点处往往已经产生了破坏性的高能电弧。这种基于过流、过压的断路保护机制存在严重的滞后性。由于缺乏底层机械形变与电气控制之间的交互联动机制，现有的防震装置无法提前感知并利用地震破坏性较小的纵波与破坏性极大的横波之间的时间差，难以及时进行事前干预与结构保护，降低了新能源场站的运行安全系数。

技术实现思路

1、本申请提供了一种新能源装配式变电站的智能抗震系统，用于提高变电站系统在地震工况下的防御能力与设备存活率。

2、本申请提供了一种新能源装配式变电站的智能抗震系统，包括结构支撑层、电气配电层以及中枢控制层。结构支撑层包括装配式立柱、横梁以及法兰板，装配式立柱与横梁之间通过法兰板设置有智能阻尼节点机构，智能阻尼节点机构内预留相对位移游隙，智能阻尼节点机构贴附有压电微震传感阵列并填充有磁流变阻尼弹性芯体，智能阻尼节点机构的内壁嵌装有环形励磁线圈。电气配电层包括配置有主断路器的高压开关柜以及不间断备用电源模块，主断路器具备快速脱扣线圈。中枢控制层包括微震联动控制器和恒流源模块，微震联动控制器分别连接压电微震传感阵列、快速脱扣线圈及恒流源模块，恒流源模块连接环形励磁线圈。微震联动控制器被配置为基于压电微震传感阵列输出的电压信号提取主频，在判定地震纵波到达时向主断路器发出脱扣脉冲，并提取电压信号的积分值以确定目标励磁电流，控制恒流源模块输出目标励磁电流至环形励磁线圈。

3、进一步地，智能阻尼节点机构包括第一法兰连接盘和第二法兰连接盘，第一法兰连接盘与装配式立柱的端部固定连接，第二法兰连接盘与横梁的端部固定连接。相对位移游隙设置于第一法兰连接盘与第二法兰连接盘的配合面之间，压电微震传感阵列包含多组压电陶瓷片，多组压电陶瓷片分别嵌装于相对位移游隙的周侧内壁上。

4、进一步地，第一法兰连接盘的中心设置有球形凸台，第二法兰连接盘的中心设置有与球形凸台相匹配的凹形导向槽。相对位移游隙存在于球形凸台的外壁与凹形导向槽的内壁之间。磁流变阻尼弹性芯体密封填充于相对位移游隙内并包裹球形凸台。环形励磁线圈沿着凹形导向槽的周向等间距缠绕排列。多组压电陶瓷片分别固定贴附在球形凸台的最外缘顶点及四周受力侧面上。

5、进一步地，电气配电层还包括与恒流源模块连接的储能电容，不间断备用电源模块与储能电容电连接并在主供电回路断开时向恒流源模块输出补偿电能。微震联动控制器包括波形识别模块，波形识别模块对压电微震传感阵列输出的高频压电信号进行带通滤波处理。

6、进一步地，微震联动控制器还包括触发驱动模块，触发驱动模块分别与波形识别模块和主断路器的快速脱扣线圈电连接。触发驱动模块被配置为在波形识别模块判定首个高频压电信号周期的频率大于第一频率阈值且幅值超过第一电压阈值时，生成持续时间达到第一预设时长的脱扣脉冲，闭合微震联动控制器内置的直流回路，驱动快速脱扣线圈动作并切断主供电回路。

7、进一步地，压电微震传感阵列由压电材料制成，该压电材料包括铌镁酸铅-钛酸铅固溶体。

8、本申请还提供了一种新能源装配式变电站的智能抗震系统的控制方法，应用于上述的新能源装配式变电站的智能抗震系统。该方法包括以下步骤：获取压电微震传感阵列输出的高频压电电压信号并进行采样处理，得到离散电压数据；基于离散电压数据进行主频提取与波形识别，在判定当前波形为主频大于纵波频率阈值的地震纵波到达时，向主断路器的快速脱扣线圈发出脱扣脉冲指令；提取地震纵波的电压信号积分值，并根据电压信号积分值确定目标励磁电流；控制恒流源模块向环形励磁线圈输出目标励磁电流。

9、进一步地，基于离散电压数据进行主频提取与波形识别的步骤包括：对离散电压数据进行快速傅里叶变换计算，获取频域能量谱；在频域能量谱中提取峰值对应的频率作为主频；比较主频与预先存储的纵波频率阈值，当主频高于纵波频率阈值时，确定发生地震纵波到达事件。

10、进一步地，提取地震纵波的电压信号积分值，并根据电压信号积分值确定目标励磁电流的步骤包括：对判定为地震纵波到达后的第一预设时间窗口内的高频压电电压信号进行绝对值积分计算，获得微震能量累积特征值；将微震能量累积特征值与预设的补偿系数相乘，并叠加基础维持电流，得到目标励磁电流。

11、进一步地，提取地震纵波的电压信号积分值，并根据电压信号积分值确定目标励磁电流的步骤，还包括：将目标励磁电流与环形励磁线圈的额定最大电流进行比较判断；当目标励磁电流大于额定最大电流时，将额定最大电流作为最终励磁电流指令值；当目标励磁电流小于或等于额定最大电流时，将目标励磁电流作为最终励磁电流指令值；在确认向主断路器发出脱扣脉冲指令后的第二预设时间窗口内，向恒流源模块发送包含最终励磁电流指令值的驱动信号。

12、本申请通过在结构节点处融合微震传感设备与磁流变材料，并将控制系统的触发条件建立在底层机械微动信号之上，利用纵波触发主动停电操作，并在横波冲击前瞬间锁定框架刚度，实现了变电站设备的预防性保护，降低了绝缘套管破裂与电气火灾的风险。

1.一种新能源装配式变电站的智能抗震系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的新能源装配式变电站的智能抗震系统，其特征在于，所述智能阻尼节点机构包括第一法兰连接盘和第二法兰连接盘，所述第一法兰连接盘与所述装配式立柱的端部固定连接，所述第二法兰连接盘与所述横梁的端部固定连接；所述相对位移游隙设置于所述第一法兰连接盘与所述第二法兰连接盘的配合面之间，所述压电微震传感阵列包含多组压电陶瓷片，所述多组压电陶瓷片分别嵌装于所述相对位移游隙的周侧内壁上。

3.根据权利要求2所述的新能源装配式变电站的智能抗震系统，其特征在于，所述第一法兰连接盘的中心设置有球形凸台，所述第二法兰连接盘的中心设置有与所述球形凸台相匹配的凹形导向槽；所述相对位移游隙存在于所述球形凸台的外壁与所述凹形导向槽的内壁之间；所述磁流变阻尼弹性芯体密封填充于所述相对位移游隙内并包裹所述球形凸台；所述环形励磁线圈沿着所述凹形导向槽的周向等间距缠绕排列；所述多组压电陶瓷片分别固定贴附在所述球形凸台的最外缘顶点及四周受力侧面上。

4.根据权利要求1所述的新能源装配式变电站的智能抗震系统，其特征在于，所述电气配电层还包括与所述恒流源模块连接的储能电容，所述不间断备用电源模块与所述储能电容电连接并在主供电回路断开时向所述恒流源模块输出补偿电能；所述微震联动控制器包括波形识别模块，所述波形识别模块对所述压电微震传感阵列输出的高频压电信号进行带通滤波处理。

5.根据权利要求4所述的新能源装配式变电站的智能抗震系统，其特征在于，所述微震联动控制器还包括触发驱动模块，所述触发驱动模块分别与所述波形识别模块和所述主断路器的所述快速脱扣线圈电连接；所述触发驱动模块被配置为在所述波形识别模块判定首个高频压电信号周期的频率大于第一频率阈值且幅值超过第一电压阈值时，生成持续时间达到第一预设时长的所述脱扣脉冲，闭合所述微震联动控制器内置的直流回路，驱动所述快速脱扣线圈动作并切断所述主供电回路。

6.根据权利要求1所述的新能源装配式变电站的智能抗震系统，其特征在于，所述压电微震传感阵列由压电材料制成，所述压电材料包括铌镁酸铅-钛酸铅固溶体。

7.一种新能源装配式变电站的智能抗震系统的控制方法，应用于如权利要求1至6任一项所述的新能源装配式变电站的智能抗震系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的新能源装配式变电站的智能抗震系统的控制方法，其特征在于，所述基于所述离散电压数据进行主频提取与波形识别，包括：

9.根据权利要求7所述的新能源装配式变电站的智能抗震系统的控制方法，其特征在于，所述提取所述地震纵波的电压信号积分值，并根据所述电压信号积分值确定目标励磁电流，包括：

10.根据权利要求9所述的新能源装配式变电站的智能抗震系统的控制方法，其特征在于，所述提取所述地震纵波的电压信号积分值，并根据所述电压信号积分值确定目标励磁电流，还包括：