CN104143039B - 一种获取系统阻抗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种系统阻抗计算方法，用以解决现有阻抗计算未考虑相邻厂站影响，造成计算值偏小的问题。本发明在计算系统阻抗时，采用了更加合理的物理模型，引入了目标厂站与相邻变电站之间短路电流的影响，从而使计算得到目标厂站的正序系统阻抗更加准确，根据本发明计算得到的阻抗值计算厂站内相关点短路电流，得到修正阈值依据，为准确评估目标厂站设备的短路电流耐受能力提供支撑，保证设备选型的经济合理性，确保电网的安全运行，对设备选型的合理性和经济性有重要意义。

Description

一种获取系统阻抗的方法
技术领域
本发明涉及在电力系统规划设计，变电站、电厂内设备选型过程中采用的一种系统阻抗计算方法。
背景技术
近年来，随着电网规模的日益增大，电网结构日趋坚强，我国正在逐步建成以特高压为主干网架的“三华”同步电网结构，各省级电网也将形成以特高压站点为核心的地区500kV主网架结构。电网规模不断增大，电网间的电气联系日趋紧密，使得电网各电压等级的短路电流水平逐年增大。
在电力系统规划设计，变电站、电厂内设备选型及现有设备校核时，短路电流水平是一个重要的参考指标。为了获得短路电流，需要依据规划的电网结构进行等值系统阻抗参数计算，并以此参数来进行变电站、电厂内各类设备的短路电流水平计算，进而依据计算的短路电流水平结果进行变电站、电厂内部众多设备选型及校核。
传统的获取系统阻抗参数的方法主要有理论计算法、负荷投切法、短路测试法等。计算法主要采用电力系统仿真软件(PSD-BPA和PSASP)——由中国电科院电力系统研究所开发的适用于大规模电网计算分析用的软件包，主要包括电力系统潮流、暂态稳定、短路电流、小干扰稳定、全过程动态稳定、无功优化和电压稳定等仿真计算程序,具有功能强大、计算速度快、数值稳定性好、人机界面友好等特点。该软件目前已广泛应用于我国电力系统规划、调度、生产运行、科研部门以及高校科研教学。该程序基于理论计算法，大大提高了计算效率，在研究设计单位和高校中获得了广泛应用。
短路电流计算作为电力系统仿真软件的一个模块，由于没有计及相邻厂站间短路电流相互影响，计算得到的目标厂站的短路电流会偏离实际值——偏大，即各电压等级的短路电流水平偏高(作为计算短路电流所需要的系统阻抗，其计算值会偏小)，使得在进行新设备选型时需要相应提高新设备选型标准(高短路电流水平)，在校核现有电网设备时，存在现有设备不满足要求需要更换设备的情况，从而引起电网投资的大幅提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够准确计算系统阻抗的方法，用以解决现有阻抗计算未考虑相邻厂站影响，造成计算值偏小的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：
一种系统阻抗计算方法，包括步骤如下：
1)采用电力系统仿真软件计算目标厂站高压侧短路电流b和中压侧短路电流c，
2)以高压侧系统阻抗为高压侧到高压侧短路点的计算阻抗，以中压侧系统阻抗与高压侧阻抗为中压侧到高压侧短路点的计算阻抗；以中压侧系统阻抗为中压侧到中压侧短路点的计算阻抗，以高压侧系统阻抗与高压侧阻抗为高压侧到中压侧短路点的计算阻抗；分别带入上述高压侧短路电流b和中压侧短路电流c，计算目标厂站高压侧系统阻抗x1与中压侧系统阻抗x2。
步骤2)中，根据计算目标厂站高压侧系统阻抗x1，中压侧系统阻抗x2，a为由变压器铭牌参数计算得到的高压侧阻抗。
步骤2)计算得到的系统阻抗为优化值，采用电力系统仿真软件计算得到的系统阻抗为参考值；比较优化值与参考值，若优化值小于参考值，则检查网络原始数据，重新计算直到优化值大于参考值。
本发明的方法，在计算系统阻抗时，采用了更加合理的物理模型，引入了目标厂站与相邻变电站之间短路电流的影响，从而使计算得到目标厂站的正序系统阻抗更加准确，根据本发明计算得到的阻抗值计算厂站内相关点短路电流，得到修正阈值依据，为准确评估目标厂站设备的短路电流耐受能力提供支撑，保证设备选型的经济合理性，确保电网的安全运行，对设备选型的合理性和经济性有重要意义。
本发明可以利用现有电力系统仿真软件，计算目标厂站的高压侧和中压侧短路电流，可有效保证计算效率，方便易用。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图；
图2-1是计及变电站之间阻抗的两相邻变电站正序阻抗图；
图2-2是忽略变电站之间阻抗的两相邻变电站正序阻抗图；
图2-3是简化的系统正序阻抗图；
图3是区域定位地理接线图；
图4是目标变电站接线图；
图5是目标变电站正序网络。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
以我国某区500kV目标变电站扩建工程为例，该区域电网地理接线图如图3所示：该区域共有500kV变电站2座，220kV变电站10座，电厂2座，并通过4回500kV线路与区外相联系(图中粗线代表500kV系统，细线代表220kV系统)。
目标变电站系统接线图如图4所示，该变电站高压侧母线电压等级为500kV，中压侧母线电压等级为220kV,低压侧母线电压为35kV，高、中压侧中性点接地，低压侧中性点不接地。高压母线与中压母线通过变电站主变压器实现电气连接，变电站现有1台750MVA主变，本期扩建第2台750MVA主变，主变压器的短路电压百分比Uk1-2、Uk1-3、Uk2-3分别为13.5％、45.75％、30.75％。为了选取设备，需要对系统进行规划计算。
以本实施例为例，从物理模型上比较本发明的计算方法与现有的计算方法，如图2-1、2-2、2-3所示。如图和以下方法不计及低压侧，并非由于低压侧中性点是否接地，而是因为计算方法针对的是系统正序阻抗，目标厂站高、中、低压侧中性点是否接地，对于计算正序系统阻抗没有影响；同时，本发明优化的系统阻抗计算方法，相对传统方法，主要考虑并剔除了中压侧的影响，而低压侧对于短路电流的贡献很小，可以忽略，故不涉及。
现有电力系统仿真软件在计算系统阻抗时，未能考虑相邻变电站之间短路电流影响，根据图2-3所示系统阻抗的计算模型，考虑目标厂站高压侧、中压侧分别发生三相短路的情况，可得式(1)，式(1)中，在计算高压侧短路电路时，未涉及与中压侧相连的相邻变电站的短路电流影响，同理在计算中压侧短路电流时，也未涉及与高压侧相连的相邻变电站的短路电流影响。
求解一元一次方程，得
x1为高压侧系统阻抗，x2为中压侧系统阻抗(x1，x2实际是系统阻抗的正序分量，如下文所述)，a为目标厂站变压器高压侧阻抗，b为目标厂站高压侧短路电流，c为目标厂站中压侧短路电流。
根据图2所示系统阻抗的计算模型，考虑目标厂站高压侧、中压侧分别发生三相短路的情况，可得式(3)。式(3)中，在计算高压侧短路电路时，以x2等效与中压侧相连的相邻变电站的短路电流影响，同理在计算中压侧短路电流时，以x1等效与高压侧相连的相邻变电站的短路电流影响。
求解得，
比较式(4)、(2)结果，式(4)比式(2)x1、x2大，表明若不考虑相邻变电站之间短路电流影响，将造成计算结果较真实值偏小，使目标厂站设备短路电流耐受能力失真，增大设备选型不必要的经济投入。
本发明的实施步骤如下：
1)，采用电力系统仿真软件计算目标厂站高压侧短路电流b和中压侧短路电流c；
2)，根据计算目标厂站高压侧系统阻抗x1，中压侧系统阻抗x2，a为由变压器铭牌参数计算得到的高压侧阻抗。
式(3)中，x1、x2、a、b、c均采用的标幺值。标幺值转换时，按照惯例，一般电压基准值均取为对应电压等级的额定电压，此时等式，高压侧电压/高压侧到短路点阻抗+中压侧电压/中压侧到短路点阻抗＝短路电流，左侧的分子部分—即电压均可化为1，因此，式(3)即为根据化简后的变电站系统阻抗图2-3，在高压侧、中压侧分别发生短路的情况下，等式高压侧电压/高压侧到短路点阻抗+中压侧电压/中压侧到短路点阻抗＝短路电流的直观体现。
具体到本实施例，如图5所示为正序网络，基于电力系统仿真软件(本实例采用PSD-BPA潮流及暂态稳定程序)，依据电气接线图和网络元件参数，分别计算系统侧各分支提供的三相短路电流，计算结果如表1所示。
表1
表1续
目标变各220kV分支 三相短路电流
220kV变4 6.743
220kV变4 6.743
220kV变2 9.516
220kV变6 4.311
220kV变6 4.311
220kV变1 3.446
220kV变1 3.446
220kV变3 2.027
220kV变3 2.027
目标变220kV母线三相短路电流 47.2
基于现有电力系统仿真软件(本实例采用PSD-BPA潮流及暂态稳定程序)，计算该变电站的系统阻抗标幺参考值500kV侧为0.002254，220kV侧为0.005896。
变电站主变压器高压侧阻抗转化为标幺值，为0.0095。
基于步骤2)计算各支路短路电流，计算该变电站高压侧和中压侧的短路电流标幺值，进一步求得各中间变量值，结果如表2所示。
表2
将表2结果和变压器高压侧阻抗代入式(4)，剔除变电站中压侧短路电流影响后，求得目标厂站高、中压侧系统阻抗正序分量分别为：0.002323、0.009665，将采用本发明方法得到的系统阻抗为优化值，采用电力系统仿真软件计算得到的系统阻抗为参考值。
如图1所示，比较优化值与参考值，若优化值小于参考值，则检查网络原始数据，重新计算直到优化值大于参考值。最后基于系统阻抗优化值，为厂站设计与运行提供数据支持。
与传统算法比较，基于改进的系统阻抗算法所得的高压侧系统阻抗较大。基于系统阻抗优化值，重新计算了低压侧三相短路电流，并与PSD-BPA潮流及暂态稳定程序计算结果进行比较，结果表示在表3中，可见两种算法目标变低压侧短路电流差值达3.5kA以上。
表3
原三相短路电流 三相短路电流优化值 相差值
目标变35kV母线 63.16kA 59.63kA 3.53kA
本发明的方法适用于附图3中的目标变，其高、中、低侧电压分别为500/200/35kV，也适用于其他变电站，如220kV变，其高、中、低侧电压分别为220/110/35kV，对于110kV变，其高、中、低侧电压分别为110/35/10kV。

Claims (3)

1.一种获取系统阻抗的方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)采用电力系统仿真软件计算目标厂站高压侧短路电流b和中压侧短路电流c，
2)以高压侧系统阻抗为高压侧到高压侧短路点的计算阻抗，以中压侧系统阻抗与高压侧阻抗为中压侧到高压侧短路点的计算阻抗；以中压侧系统阻抗为中压侧到中压侧短路点的计算阻抗，以高压侧系统阻抗与高压侧阻抗为高压侧到中压侧短路点的计算阻抗；分别带入上述高压侧短路电流b和中压侧短路电流c，计算目标厂站高压侧系统阻抗x1与中压侧系统阻抗x2；该方法引入了目标厂站与相邻变电站之间短路电流的影响，从而使计算得到目标厂站的正序系统阻抗更加准确。
2.根据权利要求1所述的获取系统阻抗的方法，其特征在于，步骤2)中，根据计算目标厂站高压侧系统阻抗x1，中压侧系统阻抗x2，a为由变压器铭牌参数计算得到的高压侧阻抗。
3.根据权利要求1所述的获取系统阻抗的方法，其特征在于，步骤2)计算得到的系统阻抗为优化值，采用电力系统仿真软件计算得到的系统阻抗为参考值；比较优化值与参考值，若优化值小于参考值，则检查网络原始数据，重新计算直到优化值大于参考值。
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