CN104698346A - 含源配电网故障分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种含源配电网故障分析方法及装置，所述方法包括步骤：A、确定原始配电网与分布式电源的具体参数；B、通过配电网的稳态潮流分析，获取初始潮流状态；C、以单相形式列出未接入分布式电源时的导纳矩阵模型；D、建立基于不同接口形式的分布式电源短路等值模型，进行网络叠加，修正所述导纳矩阵模型；E根据故障类型按照多态相分量法进行故障处理；F、进行短路分析，得到故障分析结果。通过本发明的含源配电网故障分析方法及装置，能够对含源配电网进行有效故障分析，实现容易，精度高。

Description

含源配电网故障分析方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统分析和控制技术领域，特别是涉及到含分布式电源的配电网的分析技术。

背景技术

电力系统故障分析计算方法多年来一直是研究热点，其在电力系统规划设计、事故分析和电力系统继电保护装置运行整定及其动作行为分析中起着非常重要的作用。电力网是三相网络系统。当其三相对称时，三相计算问题可以转化为单相计算问题，否则只能按三相方式计算。电网的三相不对称，有运行不对称和参数不对称及它们的组合。无论采用什么样的计算方法，与单相计算相比，三相计算肯定是更加繁琐的。

三相系统的计算，有两种方法：对a，b，c三相的直接计算，称之为相分量法；或者将a，b，c三相变换为其它的序分量，按序分量进行计算，之后再把结果转换到a，b，c三相中来，称之为序分量法。各种序分量法的目的是解耦，将相互依赖的三相系统转换为相互独立的三序系统。相应地，配电网短路计算方法方法状态变量也为相分量法和序分量法两种。当系统三相结构对称时，宜采用序分量法；当配电系统的三相线路参数不对称或是三相负荷不平衡问题比较突出时，宜采用相分量法。但是在对含分布式电源配电网进行故障分析时，却存在如下不足。

1.分布式电源接入配电网后，改变了原配电网的结构，使配电网由原来的单电源少环状网络，变成了多电源多环路的网络，相应的潮流及短路电流的大小和方向都会发生改变。而在电力系统网络中，通常把发电机和负荷模型看作是注入电流源，利用节点导纳矩阵进行分析。然而分布式电源不同于常规的发电机组，需要考虑其自身的短路特性，因此有必要建立分布式电源的短路等值模型。

2.随着近年来随着超高压系统的出现和电力电子新技术的不断应用，网络参数开始出现不对称的问题，使对称分量法的应用受到了严重的影响。网络参数不对称情况较多时，对称分量法计算量少的优势已丧失殆尽。相分量法是研究电力系统三相不对称问题的重要方法，但计算量过大和三相网络参数相互耦合的特点制约了其推广应用。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，解决分布式电源接入配电网后所导致的故障分析困难的问题，因此本发明提出了一种含源配电网故障分析方法及装置，该方法及装置通过分析分布式电源自身的短路特性，建立分布式电源的短路等值模型，采用基于相分量模型的多态相分量法对含分布式电源的配电网进行故障分析。

为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。

一种含源配电网故障分析方法，所述方法包括步骤：

A、确定原始配电网与分布式电源的具体参数；

B、通过配电网的稳态潮流分析，获取初始潮流状态；

C、以单相形式列出未接入分布式电源时的导纳矩阵模型；

D、建立基于不同接口形式的分布式电源短路等值模型，进行网络叠加，修正所述导纳矩阵模型；

E、根据故障类型按照多态相分量法进行故障处理；

F、进行短路分析，得到故障分析结果。

在所述步骤D中，分布式电源的并网接口形式包括电流源型和电压源型，其中，

将基于电流控制方式的逆变器等效为电流源：

其中为逆变器输出电流，为故障前的逆变器控制电流；

将基于电压控制方式的逆变器、同步发电机、异步发电机或双馈电机并网的分布式电源等效为阻抗后的电压源。

其中，基于电压控制方式的逆变器等效的电压源出口电压为：

${\stackrel{.}{E}}_0=U+\mathrm{\ΔU}+\mathrm{j\δU},$

$\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{U}=\mathrm{\ΔU},$

$\frac{\mathrm{PX}-\mathrm{QR}}{U}=\mathrm{\δU},$

其中U为逆变器并网节点电压，

R和X为等值电阻和电抗，

逆变器故障前的输出功率为P+jQ。

另外同步发电机等效的次暂态电动势为：

${{\stackrel{.}{E}}_0}^{\′\′}={\stackrel{.}{U}}_{10}+j{\stackrel{.}{I}}_{10}{X_d}^{\′\′}+{\stackrel{.}{I}}_{10}{R}_a,$

其中，为同步发电机短路前的机端电压，

为发电机短路前的输出电流，

X_d"为d轴次暂态电抗，R_a为等值电阻。

或者，异步发电机等效的次暂态电动势为：

${{\stackrel{.}{E}}_0}^{\′\′}={\stackrel{.}{U}}_{10}+j{\stackrel{.}{I}}_{10}{X}^{\′\′}+{\stackrel{.}{I}}_{10}{R}_a,$

其中，X"为次暂态电抗，

$X^{\′\′}=X_{\mathrm{a\σ}}+\frac{X_{\mathrm{r\σ}}{X}_{\mathrm{ad}}}{X_{\mathrm{r\σ}}+X_{\mathrm{ad}}},$

X_aσ为定子漏抗，X_rσ为转子漏抗，X_ad为直轴电枢反应电抗，

为异步发电机短路前的机端电压，

为发电机短路前的输出电流，

R_a为定子等值电阻。

特别地，步骤E中采用多态相分量法进行含源配电网的故障计算，且步骤E中包括：

E1、处理故障点，当故障点发生在节点处时，将导纳矩阵中该节点编号于最末端，调整导纳矩阵；当故障点发生在非节点处时，在相邻节点间增加新的短路节点，调整导纳矩阵；

E2、引入网络方程将故障分析改在小型等效矩阵中；

E3、分析故障的边界条件。

一种含源配电网故障分析装置，所述装置包括参数获取单元、稳态潮流分析单元、导纳矩阵模型建立单元、等值模型建立单元、多态相分量分析单元和短路分析单元，其中，

参数获取单元用于获取原始配电网与分布式电源的具体参数；

稳态潮流分析单元用于通过配电网的稳态潮流分析，获取初始潮流状态；

导纳矩阵模型建立单元用于以单相形式列出未接入分布式电源时的导纳矩阵模型；

等值模型建立单元用于建立基于不同接口形式的分布式电源短路等值模型，进行网络叠加，修正所述导纳矩阵模型；

多态相分量分析单元用于根据故障类型按照多态相分量法进行故障处理；

短路分析单元用于进行短路分析，得到故障分析结果。

通过采用本发明的含源配电网故障分析方法及装置，取得的技术效果为：

(1)针对分布式电源并网的不同接口形式，建立分布式电源短路等值模型，符合分布式电源实际的暂态过程，体现出了分布式电源自身的短路特性。

(2)基于相分量模型的多态相分量法，可以处理电力系统各种不对称的问题，通过多态化矩阵运算，实现了三相计算和单相计算的统一。

因此，本发明的含源配电网故障分析方法及装置，能够对含源配电网进行有效故障分析，实现容易，精度高。

附图说明

图1为本发明实施方式中含源配电网故障分析方法的流程图。

图2为本发明一个具体应用示例的配电网结构示意图。

图3为电流源型分布式电源的等值模型示意图。

图4为电压源型分布式电源的等值模型示意图。

图5为同步发电机次暂态等值电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明。

以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。

然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。

同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。

多态相分量法是对相分量法的改进，该方法以电力系统相分量模型为基础，通过矩阵计算实现三相模型与单相模型的统一。所谓多态，即多态性是允许将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术。赋值之后，父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作。在多态相分量法中，将三相模型视为父对象，单相模型视为子对象，按照分析单相问题的方式分析实际的三相问题。

对于电力网络节点导纳矩阵中的每一项Y_ij都有：

$Y_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{ccc}{Y}_{\mathrm{AA}}^{\mathrm{ij}}& Y_{\mathrm{AB}}^{\mathrm{ij}}& Y_{\mathrm{AC}}^{\mathrm{ij}}\\ Y_{\mathrm{BA}}^{\mathrm{ij}}& Y_{\mathrm{BB}}^{\mathrm{ij}}& Y_{\mathrm{BC}}^{\mathrm{ij}}\\ Y_{\mathrm{CA}}^{\mathrm{ij}}& Y_{\mathrm{CB}}^{\mathrm{ij}}& Y_{\mathrm{CC}}^{\mathrm{ij}}\end{array}\right],$

$V_i=\left[\begin{array}{c}{V}_A^i\\ V_B^i\\ V_C^i\end{array}\right],$

$I_i=\left[\begin{array}{c}{I}_A^i\\ I_B^i\\ I_C^i\end{array}\right],$

其中为Y_ij为节点导纳，V_i和I_i为节点的电压和注入电流。

如图1所示，本发明实施方式中，含源配电网故障分析方法包括步骤：

A、确定原始配电网与分布式电源的具体参数；

B、通过配电网的稳态潮流分析，获取初始潮流状态；

C、以单相形式列出未接入分布式电源时的导纳矩阵模型；

D、建立基于不同接口形式的分布式电源短路等值模型，进行网络叠加，修正所述导纳矩阵模型；

E、根据故障类型按照多态相分量法进行故障处理；

F、进行短路分析，得到故障分析结果。

对于步骤A，以图2中所示的网络为例，电路模型为：

YV＝I，

即：

$\left[\begin{array}{ccccc}{Y}_{11}& Y_{12}& 0& 0& Y_{15}\\ Y_{21}& Y_{22}& Y_{23}& Y_{24}& 0\\ 0& Y_{32}& Y_{33}& 0& 0\\ 0& Y_{42}& 0& Y_{44}& 0\\ Y_{51}& 0& 0& 0& Y_{55}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{V}}_1\\ {\stackrel{.}{V}}_2\\ {\stackrel{.}{V}}_3\\ {\stackrel{.}{V}}_4\\ {\stackrel{.}{V}}_5\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{I}}_1\\ {\stackrel{.}{I}}_2\\ {\stackrel{.}{I}}_3\\ {\stackrel{.}{I}}_4\\ {\stackrel{.}{I}}_5\end{array}\right]---\left(1\right)$

式(1)中有：

Y₁₁＝1/Z₁₂+1/Z₁₅，

Y₁₂＝Y₂₁＝-1/Z₁₂，

Y₁₅＝Y₅₁＝-1/Z₁₅，

Y₂₂＝1/Z₁₂+1/Z₂₃+1/Z₂₄+Y₂₀，

Y₂₃＝Y₃₂＝-1/Z₂₃，

Y₂₄＝Y₄₂＝-1/Z₂₄，

Y₃₃＝1/Z₂₃+Y₃₀，

Y₄₄＝1/Z₂₄+Y₄₀，

Y₅₅＝1/Z₁₅+Y₅₀，

${\stackrel{.}{I}}_1=\frac{{\tilde{S}}_{L2}}{V_2}+\frac{{\tilde{S}}_{L3}}{V_3}+\frac{{\tilde{S}}_{L4}}{V_4}+\frac{{\tilde{S}}_{L5}}{V_5},$

${\stackrel{.}{I}}_2=-\frac{{\tilde{S}}_{L2}}{V_2},$

${\stackrel{.}{I}}_3=-\frac{{\tilde{S}}_{L3}}{V_3},$

${\stackrel{.}{I}}_4=-\frac{{\tilde{S}}_{L4}}{V_4},$

${\stackrel{.}{I}}_5=-\frac{{\tilde{S}}_{L5}}{V_5},$

其中V_i和I_i为节点的电压和注入电流，Z_ij为阻抗矩阵的元素。

和分别为各节点的负荷功率。

对于步骤B，配电网中分布式电源并网存在多种不同的接口形式。不同接口形式的分布式电源的故障电流注入能力不同，如下表所示。

不同接口类型的分布式电源故障电流注入能力

本专利通过分析不同接口形式的分布式电源的短路特征，建立分布式电源短路等值模型。

分布式电源的并网接口形式可以分为电流源型和电压源型两种。根据分布式电源不同的并网接口，分析分布式电源的暂态过程，可以确定不同的短路计算等值模型。

1)电流源型

在暂态过程中，逆变器的输入电压不变，逆变器的输出与逆变器的控制方式有关。逆变器有两种常见的控制方式，分别是基于电压的控制方式以及基于电流的控制方式。

基于电流控制方式的逆变器，其输出电流大小在短路前后保持不变，在次暂态可认为输出电流保持不变。因此，在短路计算中可以将基于电流控制方式的逆变器等效为电流源。

$\stackrel{.}{I}={\stackrel{.}{I}}_0,$

式中，为逆变器输出电流，为故障前的逆变器控制电流。

电流源型的分布式电源的等值模型如图3所示。

假设网络节点3处接入电流源型分布式电源，其网络方程会相应地变化为：

$\left[\begin{array}{ccccc}{Y}_{11}& Y_{12}& 0& 0& Y_{15}\\ Y_{21}& Y_{22}& Y_{23}& Y_{24}& 0\\ 0& Y_{32}& Y_{33}& 0& 0\\ 0& Y_{42}& 0& Y_{44}& 0\\ Y_{51}& 0& 0& 0& Y_{55}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{V}}_1\\ {\stackrel{.}{V}}_2\\ {\stackrel{.}{V}}_3\\ {\stackrel{.}{V}}_4\\ {\stackrel{.}{V}}_5\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{I}}_1\\ {\stackrel{.}{I}}_2\\ {{\stackrel{.}{I}}^{\′}}_3\\ {\stackrel{.}{I}}_4\\ {\stackrel{.}{I}}_5\end{array}\right]---\left(2\right)$

式(2)中， ${{\stackrel{.}{I}}^{\′}}_3={\stackrel{.}{I}}_3+{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{DG}}.$

2)电压源型

通过基于电源控制的逆变器、同步发电机、异步发电机和双馈电机并网的分布式电源，在短路计算中可以等效为阻抗后的电压源。具体结构如图4所示。

假设网络中节点3处接入电压源型分布式电源，其网络方程相应的变化为：

$\left[\begin{array}{ccccc}{Y}_{11}& Y_{12}& 0& 0& Y_{15}\\ Y_{21}& Y_{22}& Y_{23}& Y_{24}& 0\\ 0& Y_{32}& {Y^{\′}}_{33}& 0& 0\\ 0& Y_{42}& 0& Y_{44}& 0\\ Y_{51}& 0& 0& 0& Y_{55}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{V}}_1\\ {\stackrel{.}{V}}_2\\ {\stackrel{.}{V}}_3\\ {\stackrel{.}{V}}_4\\ {\stackrel{.}{V}}_5\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{I}}_1\\ {\stackrel{.}{I}}_2\\ {{\stackrel{.}{I}}^{\′}}_3\\ {\stackrel{.}{I}}_4\\ {\stackrel{.}{I}}_5\end{array}\right]---\left(3\right)$

式(3)中，Y'₃₃＝Y₃₃+Y_DG；

以下分别说明基于电压控制方式的逆变器、同步发电机、异步发电机和双馈电机并网的分布式电源等效为阻抗后的电压源时所采取的方式。

a)基于电压控制方式的逆变器

在次暂态过程中可以认为电压控制模式的逆变器的出口电压保持恒定，且在故障前后不变。逆变器故障前的电路方程为：

${\stackrel{.}{E}}_0={\stackrel{.}{U}}_0+j{\stackrel{.}{I}}_{0}X+{\stackrel{.}{I}}_{0}R,$

式中，为故障前逆变器出口处电压，为逆变器并网节点电压，为逆变器短路前输出电流，R为等值电阻。

若已知逆变器故障前的输出功率为P+jQ，则可以求出其出口处电压如下：

$\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{U}=\mathrm{\ΔU},$

$\frac{\mathrm{PX}-\mathrm{QR}}{U}=\mathrm{\δU},$

${\stackrel{.}{E}}_0=U+\mathrm{\ΔU}+\mathrm{j\δU}.$

b)同步发电机

同步电机的次暂态等值电路图如图5所示。为了简化计算，假定d轴次暂态电抗与q轴次暂态电抗相等，X_d"＝X_q"。

可以得到其电压方程：

${{\stackrel{.}{E}}_0}^{\′\′}={\stackrel{.}{U}}_{10}+j{\stackrel{.}{I}}_{10}{X_d}^{\′\′}+{\stackrel{.}{I}}_{10}{R}_a,$

次暂态电动势短路前后瞬间保持不变，它的值可由故障前稳态潮流计算的量求得：

${{\stackrel{.}{E}}_0}^{\′\′}={\stackrel{.}{U}}_{10}+j{\stackrel{.}{I}}_{10}{X_d}^{\′\′}+{\stackrel{.}{I}}_{10}{R}_a,$

式中，为发电机短路前的机端电压，为同步发电机短路前的输出电流。

c)异步发电机

异步发电机的次暂态模型能用次暂态电抗和定子等值电阻，次暂态等值电势的串联来模拟。

次暂态电抗X"的表达式为：

$X^{\′\′}=X_{\mathrm{a\σ}}+\frac{X_{\mathrm{r\σ}}{X}_{\mathrm{ad}}}{X_{\mathrm{r\σ}}+X_{\mathrm{ad}}},$

式中，X_aσ为定子漏抗，X_rσ为转子漏抗，X_ad为直轴电枢反应电抗，等同于励磁电抗。

异步发电机的次暂态电动势在短路前后瞬间保持不变，次暂态电动势可由故障前稳态电路获得：

${{\stackrel{.}{E}}_0}^{\′\′}={\stackrel{.}{U}}_{10}+j{\stackrel{.}{I}}_{10}{X}^{\′\′}+{\stackrel{.}{I}}_{10}{R}_a,$

式中，为异步发电机短路前的机端电压，R_a为定子等值电组，为异步发电机短路前的输出电流。

d)双馈电机

双馈发电机在配电网发生短路时，其转子上将生成比较大的冲击电流，这时保护装置将会把转子绕组短路，以保护转子的电力电子装置。当双馈机的转子绕组短接以后，它与异步发电机相似，其短路电流的求取和异步发电机相似。

在本发明一具体实施方式中，步骤E中进一步包括：

E1、处理故障点，当故障点发生在节点处时，将导纳矩阵中该节点编号于最末端，调整导纳矩阵；当故障点发生在非节点处时，在相邻节点间增加新的短路节点，调整导纳矩阵；

E2、引入网络方程将故障分析改在小型等效矩阵中；

E3、分析故障的边界条件。

具体而言，对于步骤E1，对于图2所示的5节点网络，按照故障点发生位置不同而调整导纳矩阵。

a)节点处发生短路故障

对于示例中的5节点网络，假设在节点4上发生短路故障，则将此节点编号置于最末端，即

$\left[\begin{array}{ccccc}{Y}_{11}& Y_{12}& 0& Y_{15}& 0\\ Y_{21}& Y_{22}& Y_{23}& 0& Y_{24}\\ 0& Y_{32}& {Y^{\′}}_{33}& 0& 0\\ Y_{51}& 0& 0& Y_{55}& 0\\ 0& Y_{42}& 0& 0& Y_{44}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{V}}_1\\ {\stackrel{.}{V}}_2\\ {\stackrel{.}{V}}_3\\ {\stackrel{.}{V}}_4\\ {\stackrel{.}{V}}_5\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{I}}_1\\ {\stackrel{.}{I}}_2\\ {{\stackrel{.}{I}}^{\′}}_3\\ {\stackrel{.}{I}}_4\\ {\stackrel{.}{I}}_5\end{array}\right]---\left(4\right)$

b)非节点处发生短路故障

假设在节点2、4之间的支路发生短路故障，节点2距短路点与4点之比为α，则增加短路点为一个新的节点，定义短路点为第6节点，因此以下导纳值发生变化：

Y'₂₂＝Y₂₂-Y₂₄+αY₂₄＝Y₂₂-(1-α)Y₂₄,

Y'₄₄＝Y₄₄-Y₄₂+(1-α)Y₄₂＝Y₄₄-αY₄₂,

Y'₄₂＝Y'₂₄＝0，

对于增加的节点6有：

Y₆₆＝αY₂₄+(1-α)Y₂₄＝Y₂₄，

另有：

Y₆₂＝Y₂₆＝αY₂₄,

Y₆₄＝Y₄₆＝(1-α)Y₂₄，

接下来可以当作节点处发生短路故障的情况来处理，得到电力网络的节点导纳矩阵方程为：

$\left[\begin{array}{cccccc}{Y}_{11}& Y_{12}& 0& 0& Y_{15}& 0\\ Y_{21}& Y_{22}-(1-\mathrm{\α})Y_{24}& Y_{23}& 0& 0& \mathrm{\α}{Y}_{24}\\ 0& Y_{32}& {Y^{\′}}_{33}& 0& 0& 0\\ 0& Y_{42}& 0& Y_{44}-\mathrm{\α}{Y}_{24}& 0& (1-\mathrm{\α})Y_{24}\\ Y_{51}& 0& 0& 0& Y_{55}& 0\\ 0& \mathrm{\α}{Y}_{24}& 0& (1-\mathrm{\α})Y_{24}& 0& Y_{24}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{V}}_1\\ {\stackrel{.}{V}}_2\\ {\stackrel{.}{V}}_3\\ {\stackrel{.}{V}}_4\\ {\stackrel{.}{V}}_5\\ {\stackrel{.}{V}}_6\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{I}}_1\\ {\stackrel{.}{I}}_2\\ {{\stackrel{.}{I}}^{\′}}_3\\ {\stackrel{.}{I}}_4\\ {\stackrel{.}{I}}_5\\ {\stackrel{.}{I}}_6\end{array}\right]---\left(5\right)$

引入了网络等效方程分析，将大型网络中的故障处理改在一个等效的小型方程中，方便分析与计算。

在具体实施方式中，步骤E2由以下方式来实现。

利用上面的故障节点处理方法，以及节点的重新编号，可以将网络方程重新修改成下列形式：

$\left[\begin{array}{cc}{Y}_{00}& Y_{0F}\\ Y_{F0}& Y_{\mathrm{FF}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_0\\ V_F\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{I}_0\\ I_F\end{array}\right]---\left(6\right)$

其中：Y₀₀为无故障节点网络，Y_FF为故障节点。由于I₀已知，通过高斯消去法，可以消去I_F，列出如下等效方程：

$(Y_{\mathrm{FF}}-Y_{F0}{Y}_{00}^{-1}{Y}_{0F})V_F=I_F-Y_{F0}{Y}_{00}^{-1}{I}_0---\left(7\right)$

或Y'_FFV_F＝I'_F               (8)

式中 ${Y^{\′}}_{\mathrm{FF}}=Y_{\mathrm{FF}}-Y_{F0}{Y}_{00}^{-1}{Y}_{0F},$

对于节点处故障为：

$Y_{00}=\left[\begin{array}{cccc}{Y}_{11}& Y_{12}& 0& Y_{15}\\ Y_{21}& Y_{22}& Y_{23}& 0\\ 0& Y_{32}& {Y^{\′}}_{33}& 0\\ Y_{51}& 0& 0& Y_{55}\end{array}\right],$

Y_FF＝[Y₄₄]，

Y_F0＝[0 Y₄₂ 0 0]，

Y_0F＝[0 Y₂₄ 0 0]^T。

对于非节点处故障为：

$Y_{00}=\left[\begin{array}{ccccc}{Y}_{11}& Y_{12}& 0& 0& Y_{15}\\ Y_{21}& Y_{22}-(1-\mathrm{\α})Y_{24}& Y_{23}& 0& 0\\ 0& Y_{32}& {Y^{\′}}_{33}& 0& 0\\ 0& Y_{42}& 0& Y_{44}-\mathrm{\α}{Y}_{24}& 0\\ Y_{51}& 0& 0& 0& Y_{55}\end{array}\right],$

Y_FF＝[Y₂₄]，

Y_F0＝[0 αY₄₂ 0 (1-α)Y₄₂ 0]，

Y_0F＝[0 αY₂₄ 0 (1-α)Y₂₄ 0]^T，

以上模型只与故障类型和故障数目有关。由于未知数只有V_F和I_F，其他值不受故障影响，可以根据故障类型来确定故障分析条件解方程。

步骤E3：分析短路故障边界条件。

简单短路故障包括单相接地故障、两相短路故障、两相短路接地故障和三相短路故障。一般来说，简单故障可以按照叠加短路电流源I_SC的方法来处理。

a)发生单相接地故障

单相接地故障相当于在故障节点上叠加一个单相电流源I_SC。假设A相短路接地，则有V_FA＝0，I_SC＝[I_dA 0 0]^T。

b)发生两相短路故障

两相短路故障相当于在故障节点上叠加一个两相电流源I_SC。假设AB相出现短路，则有I_dA+I_dB＝0，I_SC＝[I_dA I_dB 0]^T。

c)发生三相短路故障

对于三相短路，边界条件为I_dA+I_dB+I_dC＝0。所叠加的短路电流源为：

I_SC＝[I_dA I_dB I_dC]^T，

以下以具体实施方式介绍步骤F的实现方式。

1)发生单相短路故障

Y'_FFV_F＝I'_F，

且I_SC＝[I_dA 0 0]^T，V_FA＝0，可得：

$\left[\begin{array}{ccc}{Y^{\′}}_{\mathrm{FFAA}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFAB}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFAC}}\\ {Y^{\′}}_{\mathrm{FFBA}}& {F^{\′}}_{\mathrm{FFBB}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFBC}}\\ {Y^{\′}}_{\mathrm{FFCA}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFCB}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFCC}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}0\\ V_B^F\\ V_C^F\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{I}_A+I_{\mathrm{dA}}\\ I_B\\ I_C\end{array}\right],$

上式未知量为I_dA、可以通过上述三个简单方程解出。

其中I_dA、I_dB、I_dC为短路电流，

为故障电压，

Y'_FFAA表示导纳。

2)发生两相短路故障

Y'_FFV_F＝I'_F，

且I_dA+I_dB＝0，I_SC＝[I_dA I_dB 0]^T，可得：

$\left[\begin{array}{ccc}{Y^{\′}}_{\mathrm{FFAA}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFAB}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFAC}}\\ {Y^{\′}}_{\mathrm{FFBA}}& {F^{\′}}_{\mathrm{FFBB}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFBC}}\\ {Y^{\′}}_{\mathrm{FFCA}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFCB}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFCC}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_A^F\\ V_B^F\\ V_C^F\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{I}_A+I_{\mathrm{dA}}\\ I_B-I_{\mathrm{dA}}\\ I_C\end{array}\right],$

上式未知量为I_dA、可以通过上述三个简单方程获得，进而可以得到I_dB。

3)发生三相短路故障

Y'_FFV_F＝I'_F，

且I_dA+I_dB+I_dC＝0，有：

$\left[\begin{array}{ccc}{Y^{\′}}_{\mathrm{FFAA}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFAB}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFAC}}\\ {Y^{\′}}_{\mathrm{FFBA}}& {F^{\′}}_{\mathrm{FFBB}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFBC}}\\ {Y^{\′}}_{\mathrm{FFCA}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFCB}}& {Y^{\′}}_{\mathrm{FFCC}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_A^F\\ V_A^F\\ V_A^F\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{I}_A+I_{\mathrm{dA}}\\ I_B+I_{\mathrm{dB}}\\ I_C-I_{\mathrm{dA}}-I_{\mathrm{dB}}\end{array}\right],$

上式未知量为I_dA、I_dB、可以通过上述三个简单方程获得，进而可以得到V_C ^F、I_dC。

与本发明实施方式中的含源配电网故障分析方法相匹配，本发明还包括一种含源配电网故障分析装置，所述装置包括参数获取单元、稳态潮流分析单元、导纳矩阵模型建立单元、等值模型建立单元、多态相分量分析单元和短路分析单元，其中，

参数获取单元用于获取原始配电网与分布式电源的具体参数；

稳态潮流分析单元用于通过配电网的稳态潮流分析，获取初始潮流状态；

导纳矩阵模型建立单元用于以单相形式列出未接入分布式电源时的导纳矩阵模型；

等值模型建立单元用于建立基于不同接口形式的分布式电源短路等值模型，进行网络叠加，修正所述导纳矩阵模型；

多态相分量分析单元用于根据故障类型按照多态相分量法进行故障处理；

短路分析单元用于进行短路分析，得到故障分析结果。

由此，通过采用本发明的含源配电网故障分析方法及装置，针对分布式电源并网的不同接口形式，建立分布式电源短路等值模型，符合分布式电源实际的暂态过程，体现出了分布式电源自身的短路特性。另外，本发明基于相分量模型的多态相分量法，可以处理电力系统各种不对称的问题，通过多态化矩阵运算，实现了三相计算和单相计算的统一。

需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种含源配电网故障分析方法，所述方法包括步骤：

A、确定原始配电网与分布式电源的具体参数；

B、通过配电网的稳态潮流分析，获取初始潮流状态；

C、以单相形式列出未接入分布式电源时的导纳矩阵模型；

D、建立基于不同接口形式的分布式电源短路等值模型，进行网络叠加，修正所述导纳矩阵模型；

E、根据故障类型按照多态相分量法进行故障处理；

F、进行短路分析，得到故障分析结果。

2.根据权利要求1中所述的含源配电网故障分析方法，其特征在于，所述步骤D中，分布式电源的并网接口形式包括电流源型和电压源型，其中，

将基于电流控制方式的逆变器等效为电流源：

其中为逆变器输出电流，为故障前的逆变器控制电流；

将基于电压控制方式的逆变器、同步发电机、异步发电机或双馈电机并网的分布式电源等效为阻抗后的电压源。

3.根据权利要求2中所述的含源配电网故障分析方法，其特征在于，基于电压控制方式的逆变器等效的电压源出口电压为：

${\stackrel{\·}{E}}_0=U+\mathrm{\ΔU}+\mathrm{j\δU},$

$\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{U}=\mathrm{\ΔU},$

$\frac{\mathrm{PX}-\mathrm{QR}}{U}=\mathrm{\δU},$

其中U为逆变器并网节点电压，

R和X为等值电阻和电抗，

逆变器故障前的输出功率为P+jQ。

4.根据权利要求2中所述的含源配电网故障分析方法，其特征在于，同步发电机等效的次暂态电动势为：

${{\stackrel{\·}{E}}_0}^{\′\′}={\stackrel{\·}{U}}_{10}+j{\stackrel{\·}{I}}_{10}{X_d}^{\′\′}+{\stackrel{\·}{I}}_{10}{R}_a,$

其中，为同步发电机短路前的机端电压，

为发电机短路前的输出电流，

X_d"为d轴次暂态电抗，R_a为等值电阻。

5.根据权利要求2中所述的含源配电网故障分析方法，其特征在于，异步发电机等效的次暂态电动势为：

${{\stackrel{\·}{E}}_0}^{\′\′}={\stackrel{\·}{U}}_{10}+j{\stackrel{\·}{I}}_{10}{X}^{\′\′}+{\stackrel{\·}{I}}_{10}{R}_a,$

其中，X"为次暂态电抗，

$X^{\′\′}=X_{\mathrm{a\σ}}+\frac{X_{\mathrm{r\σ}}{X}_{\mathrm{ad}}}{X_{\mathrm{r\σ}}+X_{\mathrm{ad}}},$

X_aσ为定子漏抗，X_rσ为转子漏抗，X_ad为直轴电枢反应电抗，

为异步发电机短路前的机端电压，

为发电机短路前的输出电流，

R_a为定子等值电阻。

6.根据权利要求1中所述的含源配电网故障分析方法，其特征在于，步骤E中采用多态相分量法进行含源配电网的故障计算，且步骤E中包括：

E1、处理故障点，当故障点发生在节点处时，将导纳矩阵中该节点编号于最末端，调整导纳矩阵；当故障点发生在非节点处时，在相邻节点间增加新的短路节点，调整导纳矩阵；

E2、引入网络方程将故障分析改在小型等效矩阵中；

E3、分析故障的边界条件。

7.一种含源配电网故障分析装置，所述装置包括参数获取单元、稳态潮流分析单元、导纳矩阵模型建立单元、等值模型建立单元、多态相分量分析单元和短路分析单元，其中，

参数获取单元用于获取原始配电网与分布式电源的具体参数；

稳态潮流分析单元用于通过配电网的稳态潮流分析，获取初始潮流状态；

导纳矩阵模型建立单元用于以单相形式列出未接入分布式电源时的导纳矩阵模型；

等值模型建立单元用于建立基于不同接口形式的分布式电源短路等值模型，进行网络叠加，修正所述导纳矩阵模型；

多态相分量分析单元用于根据故障类型按照多态相分量法进行故障处理；

短路分析单元用于进行短路分析，得到故障分析结果。