一种包含电铁负荷的电网风险分析方法技术

本发明专利技术公开了一种包含电铁负荷的电网风险分析方法，它包括下述步骤：1构建电铁负荷等值模型；2构建包含电铁负荷的电网模型；3对电网模型进行潮流计算并分析；4把电铁风险源进行分类，对不同电铁风险源进行接入前后的量化风险计算；5比较电铁接入前后风险变化，给出需关注的风险源。本发明专利技术的优点是：对电铁负荷接入后的电网进行仿真，构建出精确的电铁负荷模型，并进行潮流仿真计算与风险计算，计算电铁接入后的电网风险变化情况，对可能导致电铁停运的风险源进行详细计算，对重大风险，给出预控措施。

【技术实现步骤摘要】
一种包含电铁负荷的电网风险分析方法
本专利技术涉及电网规划设计
，尤其涉及一种包含电铁负荷的电网风险分析方法。
技术介绍
目前，牵引负荷的预测方法主要有：基于牵引计算和供电计算的计算机仿真预测和基于实测数据的牵引负荷预测。上世纪80年代，张进思教授就初步分析和探讨了电气化铁路负荷过程及负荷行为的计算机仿真技术，提出了仿真软件中数据库结构的设计，最终得到一个通用仿真软件，为计算仿真技术在电气化铁路供电系统分析中的应用创造了有利条件，近年来，不少学者在此基础上展开了更细致的研究，李建华教授等人建立了多种电力机车运动过程的动态数学模型，在数学模型中模拟了机车从启动、加速、调整、制动和停止的全过程，根据各电力机车的特点和实际运行状况，考虑了机车运行的不确定性，把主要的随机变量引入数学模型，用蒙特卡洛法对机车的随机模型进行数值计算。用该方法进行牵引负荷预测时，收到新建线路无法获得列车运行图和列车运行过程中随机因素多等的制约。而基于实际数据的牵引负荷预测方法，更能符合实际情况，但由于其工作量大、耗时长，目前这方面的研究很少。西南交通大学针对牵引负荷实测数据，研究了牵引负荷谐波、负序的分布特性，将蒙特卡洛模拟方法应用于牵引供电系统谐波、负序预测；对大量的牵引负荷实测数据进行了统计分析，根据不同的空载概率和有效系数，将既有牵引负荷进行分类，并以此作为新建线路与既有线路匹配的边界条件。现有仿真技术并没有考虑电铁负荷的波动性特点，列车比较频繁的在启动、加速、惰行、制动等工况间切换，造成牵引负荷波动剧烈。变化剧烈的大功率单相负荷在电网薄弱时容易造成电压波动和电压闪变，影响电力线路供电电压质量，严重者可能威胁电力系统的安全和稳定运行。另外，现有的风险计算并没有包含引起电铁停运的风险源计算，电铁接入后，引起牵引站供电中断的风险不能准确评估，电铁停运的风险并没有得到有效控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种包含电铁负荷的电网风险分析方法，能够解决电网在电铁接入后的风险变化情况不明的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种包含电铁负荷的电网风险分析方法，它包括下述步骤：步骤1：构建电铁负荷等值模型；步骤2：构建包含电铁负荷的电网模型；步骤3：对电网模型进行潮流计算并分析；步骤4：把电铁风险源进行分类，对不同电铁风险源进行接入前后的量化风险计算；步骤5：比较电铁接入前后风险变化，给出需关注的风险源。优选的，电铁负荷等值模型为把电铁负荷视为包含静态负荷、感应电机负荷和牵引电机负荷三类电铁负荷的综合模型。优选的，包含电铁负荷的电网模型为通过电铁负荷等值模型与三相侧电压基准变换的关系，将牵引供电系统进行等值变换后构建的包含电铁负荷的详细电网模型。优选的，对电网模型进行潮流计算并分析，除计算并分析包含电铁负荷节点外，还应计算并分析变电站母线节点、主变节点和电网其它各支路节点，并且包含局部电网内的必要负荷。优选的，对包含电铁的电网进行风险计算，把电铁风险源等值为牵引变、进线与上级电网母线接入点的综合风险变化。与现有技术相比，本专利技术的优点是：对电铁负荷接入后的电网进行仿真，构建出精确的电铁负荷模型，并进行潮流仿真计算与风险计算，计算电铁接入后的电网风险变化情况，对可能导致电铁停运的风险源进行详细计算，对重大风险，给出预控措施。附图说明图1为本专利技术提供的包含电铁负荷的电网风险分析方法的流程图；图2为牵引主电路；图3为感应电动机暂态等值电路；图4为牵引供电系统变换原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例进一步说明：如图1所示，一种包含电铁负荷的电网风险分析方法，它包括下述步骤：步骤1：构建电铁负荷等值模型；步骤2：构建包含电铁负荷的电网模型；步骤3：对电网模型进行潮流计算并分析；步骤4：把电铁风险源进行分类，对不同电铁风险源进行接入前后的量化风险计算；步骤5：比较电铁接入前后风险变化，给出需关注的风险源。其中步骤一：电铁负荷等值模型为把电铁负荷视为包含牵引电机负荷、感应电机负荷和静态负荷三类电铁负荷的综合模型。一、牵引电机负荷模型如图2所示，LP、Lα及Lf分别为牵引回路平波电抗器电感、电枢回路电感及励磁回路电感；RP、Rα及Rf分别为牵引回路平波电抗器电阻、电枢回路平波电抗器电阻、电枢回路电阻及励磁回路电阻；M代表串励脉流牵引电流；Eα为牵引电机反电势。牵引电机与直流电机相似，主要消耗有功功率，在本研究中所建立的牵引供电系统综合模型中，无功由感应电动机、静态负荷以及无功补偿平衡，因此牵引电机的输出方程只包括有功方程。二、感应电机负荷模型如图3所示，感应电动机动态特性采用同步坐标系统下的三阶机电暂态的动态微分方程描述，相应的状态向量即：x(t)＝[e'x(t),e'y(t),s(t)]T，其详细的解析描述如式(1)～(3)：以上各式中的三阶动态方程对d-q-0坐标系统下的感应电动机动态微分方程进行坐标变换得来的，它计及了转差率引起的速度电势分量和电网频率的影响。其中，e′＝e′x+je′y为感应电动机的暂态电势；V'＝V′x+jV′y为感应电动机的端电压激励；ω为电力系统的运行角频率；ωB则为同步角速度；s为感应电动机的转差率；T′0为暂态电势的衰减时间常数；rs为定子电阻，xs为定子和转子同步电抗，x'为感应电动机暂态电抗；TJ为转子惯性时间常数；Pm为感应电动机的机械负载功率，由其相应的机械负载特性决定。三、静态负荷模型除了等效描述牵引类车中的静态元件外，还要等值牵引回路中的无功消耗，从而对牵引列车无功负荷起整体平衡作用。静态负荷特性采用恒阻抗模型来描述。设恒阻抗对应恒导纳Ys，则静态负荷功率由式(4)给出，Ys由稳态运行条件确定。V(t)为系统电压，Ys＝G-jB为恒导纳。因此，根据电铁牵引负荷综合模型得到牵引变电站公网侧母线的功率平衡式如下：P、Q分别为综合负荷从电网吸收的总功率；PS、QS为等值静态负荷从电网吸收的功率；Ptm为牵引电机从电网中吸收的功率；Pim、Qim为等值感应电动机从电网中吸收的功率。其中步骤二：电铁负荷的电网模型为通过电铁负荷等值模型与三相侧电压基准变换的关系，将牵引供电系统进行等值变换后构建的包含电铁负荷的详细电网模型。电气化铁路供电系统的外部电源来源于公用电力系统的电力网，由电力网供电至牵引变电站，供电电压等级通常为110kV或更高电压等级。牵引变电站通过接触网向牵引供电系统负荷的主要组成部分列车供电，接触网电源一般为25kV。因此，牵引供电系统综合负荷模型的端电压基准有所不同，综合负荷模型的端电压基准为三相侧(牵引高压侧，即电网侧)，而等值牵引电机和感应电动机模型电气量的计算均以牵引侧为基准的，二者在物理上通过牵引变压器和机车主变压器及相关中间环节耦连，因此需要对上述各环节进行等值系统变化，以实现两者的接口。如图4中，KT1为牵引主变至α供电臂端口之变比，KT2为机车主变牵引绕组变比，λ为整流器电压变换系数，其具体数值与整流器的内部结构及阈元件的导通角有关。经变换，可推得三相侧电压和接触网供电臂电压之间的变换关系为：Uα为单一供电臂电压，为牵引主变端口接线角，根据计算得到牵引电机端电压与网侧电压基准变化系数为同理可得感应电动机与系统侧的电压变化系统Kvi，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含电铁负荷的电网风险分析方法，它包括下述步骤：步骤1：构建电铁负荷等值模型；步骤2：构建包含电铁负荷的电网模型；步骤3：对电网模型进行潮流计算并分析；步骤4：把电铁风险源进行分类，对不同电铁风险源进行接入前后的量化风险计算；步骤5：比较电铁接入前后风险变化，给出需关注的风险源。

【技术特征摘要】
1.一种包含电铁负荷的电网风险分析方法，它包括下述步骤：步骤1：构建电铁负荷等值模型；步骤2：构建包含电铁负荷的电网模型；步骤3：对电网模型进行潮流计算并分析；步骤4：把电铁风险源进行分类，对不同电铁风险源进行接入前后的量化风险计算；步骤5：比较电铁接入前后风险变化，给出需关注的风险源。2.根据权利要求1所述的一种包含电铁负荷的电网风险分析方法，其特征在于，步骤1所述的电铁负荷等值模型为把电铁负荷视为包含静态负荷、感应电机负荷和牵引电机负荷三类电铁负荷的综合模型。3.根据权利要求1所述的一种包含电铁负荷的电网风险分析方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙景钌，杨建华，周宗庚，江涌，杨振，奚洪磊，李琦，项烨鋆，赵碚，胡长洪，蔡轼，刘曦，周毅，施正钗，韩峰，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司温州供电公司，国网浙江省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33