一种电力系统的短路电流直流分量计算方法、系统及设备技术方案

本申请涉及一种电力系统的短路电流直流分量计算方法、系统及设备，该方法包括获取电力系统网络拓扑结构的故障节点、与故障节点连接的支路数量M、故障点有源电压相量和与故障节点连接的每条支路的支路电流相量；根据故障点有源电压相量和支路电流相量计算，获得与每条支路对应的等效阻抗相量和衰减时间常数；获取故障后时间，根据故障后时间、支路电流相量和衰减时间常数计算获得短路电流直流分量；对M条支路的短路电流直流分量计算获得故障节点对地的短路电流直流分量。该方法对于故障节点连接每条支路单独计算其短路电流直流分量，在计算支路的短路电流直流分量过程中结合其支路的衰减时间常数，使得计算支路的短路电流直流分量结果更为准确。流分量结果更为准确。流分量结果更为准确。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统的短路电流直流分量计算方法、系统及设备


[0001]本申请涉及电力系统短路电流
，尤其涉及一种电力系统的短路电流直流分量计算方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]短路电流直流分量衰减变慢，将增大短路冲击电流、短路全电流以及断路器需要开断电流的直流分量含量等，对电网中某些断流容量裕度很小的断路器是否能按配置要求及时开断短路电流是严峻的考验，给电力系统安全运行埋下了隐患。
[0003]目前对短路电流计算的关注主要集中在短路电流周期分量的计算方面，实际工程应用中对短路电流中的直流分量及其衰减缺乏应有的重视，对直流分量衰减的计算一直缺乏工程上简单实用的方法和工具。因此，亟需利用电磁暂态仿真精确计算短路电流直流分量，提出短路电流直流分量的实用计算算法。
[0004]对于由无限大功率电源供电电网的三相对称电路，假设在t＝0时刻发生三相对称短路，电力系统中短路电流直流分量的表达式为式中，α为电网的电压初始角，I
m
为电网正常工作时的电流周期分量幅值，为电网正常工作时回路阻抗角，i
p
为短路电流的强制分量，是由电源电动势作用产生的，与电源电动势有相同的变化规律，其幅值在暂态过程中保持不变，由于此分量是按照正弦规律周期变化的，故又称为周期分量；I
pm
为短路电流周期分量的幅值；为短路回路的阻抗角；i
np
为短路电流的自由分量，与外加电源无关，因电感回路中电流不能突变产生，且随时间而衰减至零，所以这是一个依指数规律而衰减的电流，通常称为直流分量、非周期分量；τ为短路回路的时间常数，是短路回路电感L与电阻R的比值(L/R)，它的大小反映自由分量衰减的快慢。由电力系统中短路电流直流分量的表达式可以看出，短路电流直流分量的起始值与电源电压的初始相角、短路前回路中的电流值相关；衰减时间与短路发生时运行方式及网架结构有关。
[0005]现有对短路电流数据的考核主要聚焦在计算周期分量上，反而忽略了直流分量与衰减时间常数的影响，且没有对其影响程度作出一个量化的分析。近年来，随着特高压输电工程的发展，为了降低输电损耗，特高压输电工程中的发电机、变压器容量逐步增大，输电线路电阻进一步减小，导致短路点等效电力系统的电抗电阻比越来越大，直流分量衰减时间常数随之增大，短路电流直流分量对电网的影响日益突出。在短路故障下，使短路电流直流分量衰减速度越来越慢，对断路器实际开断能力的影响也越来越明显。因此，只有准确计算出与短路节点相连的各断路器支路上随时间衰减的短路电流直流分量，才可以为断路器开断能力的校核提供有效依据。
[0006]现有对断路器支路上的短路电流直流分量常用的衰减时间常数计算方法有输入阻抗法、转移阻抗法和电磁暂态仿真方法。但输入阻抗法将断路器的外电路完全等效，未考虑短路电流直流分量各支路单独衰减的特性，当各支路阻抗比偏差较大时，得到的计算结
果偏差较大；转移阻抗法只考虑了断路器上电源支路转移阻抗，在输电网计算结果较好，但在配电网等其他网络结果并不理想；电磁暂态仿真方法虽然能够精确描述短路全电流暂态过程，并分离出直流分量，但其计算建模工作量巨大，计算量大，不适用于大规模复杂电网日常工程计算。

技术实现思路

[0007]本申请实施例提供了一种电力系统的短路电流直流分量计算方法、系统及设备，用于解决现有对断路器支路上的短路电流直流分量计算方式存在计算结果偏差大的技术问题。
[0008]为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：
[0009]一种电力系统的短路电流直流分量计算方法，应用于支路阻抗比偏差大的电力系统上，该短路电流直流分量计算方法包括以下步骤：
[0010]获取电力系统网络拓扑结构的故障节点、与所述故障节点连接的支路数量M、故障点有源电压相量和与所述故障节点连接的每条支路的支路电流相量；
[0011]根据所述故障点有源电压相量和每条支路的支路电流相量计算，获得与每条支路对应的等效阻抗相量和短路电流直流分量的衰减时间常数；
[0012]获取与所述衰减时间常数对应的故障后时间，根据所述故障后时间、每条支路的支路电流相量和衰减时间常数计算，获得对应支路的短路电流直流分量；以及对M条支路的短路电流直流分量计算获得所述故障节点对地的短路电流直流分量。
[0013]优选地，获取电力系统网络拓扑结构中与所述故障节点连接的每条支路的支路电流相量包括：
[0014]获取电力系统网络拓扑结构的第二参数数据，所述第二参数数据包括参考节点、n个普通节点、系统标称电压、电压系数、n个所述普通节点的自导纳、两两所述普通节点之间的第一支路导纳以及所述故障节点与所述普通节点之间的第二支路导纳；
[0015]根据所述统标称电压和所述电压系数确定与所述故障节点对应的故障节点条件；根据n个所述普通节点的自导纳和所有第一支路导纳构建节点电流平衡方程；
[0016]对所述节点平衡方程进行初等行变换并采用所述故障节点条件进行回代计算，得到每个所述普通节点的节点电压相量；
[0017]根据所述故障点有源电压相量、与所述故障节点连接的所述普通节点的节点电压相量和与该普通节点对应的第二支路导纳计算，获得与所述故障节点连接支路的支路电流相量。
[0018]优选地，根据所述统标称电压和所述电压系数确定与所述故障节点对应的故障节点条件包括：
[0019]根据所述统标称电压和所述电压系数采用有源电压计算公式计算，得到故障点有源电压相量；
[0020]根据所述故障点有源电压相量确定与所述故障节点对应的故障节点条件；
[0021]其中，所述有源电压计算公式为：
[0022][0023]所述故障节点条件为：式中，V
f
为故障点有源电压相量的幅值，c为电压系数，U为系统标称电压，为故障节点的电压相量。
[0024]优选地，根据n个所述普通节点的自导纳和所有第一支路导纳构建节点电流平衡方程，所述节点电流平衡方程为：
[0025][0026]式中，当i＝j时，Y
ij
为第i个或第j个普通节点的自导纳，当i≠j时，Y
ij
为第i个普通节点与第j个普通节点之间的第一支路导纳，若第i个普通节点与第j个普通节点之间不存在连接支路则Y
ij
＝0，为第n个普通节点的节点电压相量。
[0027]优选地，根据所述故障点有源电压相量和每条支路的支路电流相量计算，获得与每条支路对应的等效阻抗相量和短路电流直流分量的衰减时间常数包括：
[0028]根据所述故障点有源电压相量和每条支路的支路电流相量采用等效阻抗相量公式计算，获得与每条支路对应的等效阻抗相量；
[0029]根据每条支路的等效阻抗相量采用衰减时间计算公式计算，获得与该支路对应短路电流直流分量的衰减时间常数；
[0030]其中，所述等效阻抗相量公式为：
[0031][0032]所述衰减时间计算公式为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统的短路电流直流分量计算方法，应用于支路阻抗比偏差大的电力系统上，其特征在于，该短路电流直流分量计算方法包括以下步骤：获取电力系统网络拓扑结构的故障节点、与所述故障节点连接的支路数量M、故障点有源电压相量和与所述故障节点连接的每条支路的支路电流相量；根据所述故障点有源电压相量和每条支路的支路电流相量计算，获得与每条支路对应的等效阻抗相量和短路电流直流分量的衰减时间常数；获取与所述衰减时间常数对应的故障后时间，根据所述故障后时间、每条支路的支路电流相量和衰减时间常数计算，获得对应支路的短路电流直流分量；以及对M条支路的短路电流直流分量计算获得所述故障节点对地的短路电流直流分量。2.根据权利要求1所述的电力系统的短路电流直流分量计算方法，其特征在于，获取电力系统网络拓扑结构中与所述故障节点连接的每条支路的支路电流相量包括：获取电力系统网络拓扑结构的第二参数数据，所述第二参数数据包括参考节点、n个普通节点、系统标称电压、电压系数、n个所述普通节点的自导纳、两两所述普通节点之间的第一支路导纳以及所述故障节点与所述普通节点之间的第二支路导纳；根据所述统标称电压和所述电压系数确定与所述故障节点对应的故障节点条件；根据n个所述普通节点的自导纳和所有第一支路导纳构建节点电流平衡方程；对所述节点平衡方程进行初等行变换并采用所述故障节点条件进行回代计算，得到每个所述普通节点的节点电压相量；根据所述故障点有源电压相量、与所述故障节点连接的所述普通节点的节点电压相量和与该普通节点对应的第二支路导纳计算，获得与所述故障节点连接支路的支路电流相量。3.根据权利要求2所述的电力系统的短路电流直流分量计算方法，其特征在于，根据所述统标称电压和所述电压系数确定与所述故障节点对应的故障节点条件包括：根据所述统标称电压和所述电压系数采用有源电压计算公式计算，得到故障点有源电压相量；根据所述故障点有源电压相量确定与所述故障节点对应的故障节点条件；其中，所述有源电压计算公式为：所述故障节点条件为：式中，V
f
为故障点有源电压相量的幅值，c为电压系数，U为系统标称电压，为故障节点的电压相量。4.根据权利要求2所述的电力系统的短路电流直流分量计算方法，其特征在于，根据n个所述普通节点的自导纳和所有第一支路导纳构建节点电流平衡方程，所述节点电流平衡方程为：
式中，当i＝j时，Y
ij
为第i个或第j个普通节点的自导纳，当i≠j时，Y
ij
为第i个普通节点与第j个普通节点之间的第一支路导纳，若第i个普通节点与第j个普通节点之间不存在连接支路则Y
ij
＝0，为第n个普通节点的节点电压相量。5.根据权利要求1所述的电力系统的短路电流直流分量计算方法，其特征在于，根据所述故障点有源电压相量和每条支路的支路电流相量计算，获得与每条支路对应的等效阻抗相量和短路电流直流分量的衰减时间常数包括：根据所述故障点有源电压相量和每条支路的支路电流相量采用等效阻抗相量公式计算，获得与每条支路对应的等效阻抗相量；根据每条支路的等效阻抗相量采用衰减时间计算公式计算，获得与该支路对应短路电流直流分量的衰减时间常数；其中，所述等效阻抗相量公式为：所述衰减时间计算公式为：式中，Z
equ,x
为第x条支路的等效阻抗相量，为故障点有源电压相量，为第x条支路的支路电流相量，L
equ,x
和R
equ,x
分别为第x条支路的等效电抗和等效电阻，T
x
为第...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏寅生，毛振宇，徐光虎，赵利刚，姚海成，涂思嘉，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：