CN105186440A - 基于机电暂态方法的继电保护定值整定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机电暂态方法的继电保护定值整定方法，包括如下步骤：(1)从继电保护整定软件数据库中获取数据，建立电力网络正序、负序、零序代数方程；(2)结合机电暂态模型参数，使用机电暂态仿真方法求解联立的代数方程和非线性方程，得出系统各状态变量在故障过程中和故障消失后的动态过程数据；(3)根据所述步骤(2)中得到的各状态变量的动态过程信息，计算继电保护定值。本发明可提高短路计算结果的准确性进而提高保护定值整定工作中定值计算的准确性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种继电保护定值的整定方法。
背景技术
近年来，随着电力系统规模的不断扩大，系统运行面临的新挑战不断涌现。继电保护作为电力系统的第一道防线，对系统安全稳定运行起到至关重要的作用。而继电保护定值的正确性直接影响到继电保护装置能否正确动作。继电保护定值整定的基础是短路电流计算。
当前，定值整定工程实践中短路电流计算一般采用基于等效电压源法的静态网络阻抗等值方法，又称为静态短路电流计算方法。
静态短路电流默认有如下假设条件：
(1)发电机均用Xd”作为其等值电抗，即假设d轴和q轴等值电抗均为Xd”；
(2)发电机次暂态电动势E”的幅值标幺值为1，幅角均为零；
(3)通常忽略负荷潮流和负荷模型对短路电流的影响，有时把负荷作为恒定阻抗处理；
(4)与正序网络完全一致，发电机负序电抗X2＝Xd”；
基于上述假设的不同的计算程序通常对于电压源的取法也存在差异，有的程序直接取母线基准电压，有的程序假定发电机内电势为1.0PU，求取短路点电压作为电压源；不同的计算程序求取短路点系统等值阻抗时考虑的因素也存在较大差异，例如有的计算程序忽略负荷的影响，有的程序将负荷处理为恒定阻抗。
上述做法忽略了许多复杂因素对短路电流的影响，例如机组出力、负荷电流、负荷模型、各类控制器等等；并且当真实的短路故障发生后，系统各处的短路电流都有一个动态变化过程，而传统的基于等效电压源法静态短路电流计算方法只关注故障时刻的短路电流。因此，这种静态计算方法使得目标电网与真实电网的差别比较大，短路电流计算结果误差较大且提供的信息有限，据此得到的保护定值不可避免受到直接影响，给继电保护装置的可靠正确动作埋下了隐患，导致电网的安全稳定运行受到了不同程度的威胁。而基于机电暂态的计算方法可以考虑电力系统的详细模型，为用户提供短路故障过程中和故障后短路电流的动态变化过程信息，是今后的发展方向。
传统的继电保护定值整定计算方法进行故障计算时采用的是静态网络阻抗等值方法，没有考虑电力系统的详细暂态模型，没有考虑短路故障过程中以及短路故障消失后，电力系统中各类调节控制器(发电机调压器、调速器、电力系统稳定器等)的作用，即只求取了短路故障时刻的短路电流瞬时值，没有获得更加符合工程实际情况的短路电流动态变化过程；鉴于以上分析，本发明人针对当前继电保护定值整定方法中存在的问题进行研究改进，提出了一种基于机电暂态方法的继电保护定值整定方法。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种基于机电暂态方法的继电保护定值整定方法，其可提高短路计算结果的准确性，进而提高保护定值整定工作中定值计算的准确性。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：基于机电暂态方法的继电保护定值整定方法，其特征在于包含了如下步骤：
(1)从继电保护整定软件数据库中获取电网数据，建立电力网络正序、负序、零序代数方程；
(2)结合机电暂态模型参数，使用机电暂态方法求解联立的代数方程和非线性方程，得出各状态变量在故障过程中和故障消失后的动态过程数据；
(3)根据所述步骤(2)中得到的各状态变量的动态过程信息，计算继电保护定值。
进一步的,所述步骤(2)的详细步骤为：
(21)利用潮流计算程序算出短路故障前系统的运行状态，然后算出系统的运行参量初值y(0)，并由此计算出状态变量的初始值x(0)；
(22)根据机电暂态模型参数形成相应的非线性方程组，并根据隐式梯形积分法形成相应的电力网络方程；
(23)根据从继电保护整定软件中获取的电网零序参数和线路互感参数形成电力网络正序、负序、零序代数方程组；
(24)进行机电暂态过程计算，得到各状态变量在故障发生过程中和故障消失后的全过程数据。
进一步的,上述步骤(24)机电暂态过程计算是指假定暂态过程的计算已进行到t时刻，这时的x(t)和y(t)为已知量，在计算x(t+Δt)和y(t+Δt)时，应首先检查在t时刻系统有无故障或操作，如果有故障或操作，则需对非线性或/和代数方程式进行修改，而且当故障或操作发生在电力网络内时，系统的运行参量y(t)可能发生突变，因此必须重新求解网络方程，以得到故障或操作后的运行参量y(t+0)；由于状态变量不会发生突变，因此故障或操作前后的x(t)和x(t+0)相同；接下来进行微分-代数方程组一步的计算，根据x(t)和y(t)采用交替求解法或联立求解法得到x(t+Δt)和y(t+Δt)的值；时间向前推进Δt，进行下一步的计算，直至到达预定的时刻tmax；这样，就得到了从0～tmax时间段内系统状态变量的数据。
采用上述方案后，本发明从继电保护整定软件数据库中获取电网数据，并对其进行各类短路故障的机电暂态分析计算，可以更加全面地给出电网各处系统状态变量的动态变化过程信息。相对于目前广泛采用的基于等效电压源法的静态短路电流计算方法，机电暂态方法无需对电力系统模型数据做大量的假设，并且可以考虑系统运行方式、潮流分布、负荷模型、发电机各类调节控制器等因素对短路电流的影响，因此其短路电流计算结果更加准确；另外，本发明可适应各种电网检修、运行情况，对于电网方式、切改方案、检修计划给出更加合理的继电保护定值，对电网的安全稳定运行具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明中进行机电暂态计算的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的实现过程进行详细说明。
参考图1所示，本基于机电暂态方法的继电保护定值整定方法，包括如下步骤：
(1)从继电保护整定软件数据库中获取电网数据，建立电力网络正序、负序、零序代数方程；
(2)结合机电暂态模型参数，使用机电暂态仿真方法求解联立的代数方程和非线性方程，得出各状态变量在故障过程中和故障消失后的动态过程数据。
故障计算考虑的故障类型包括：单相接地，两相接地，两相相间故障不接地，三相故障，故障计算可考虑过渡电阻。故障点的设置除了考虑母线，还可以在线路上的任意点设置故障，可以用距离线路首端百分比来表示。机电暂态模型参数是指一次设备(发电机、负荷)机电暂态模型中的相关参数。
继电保护定值整定的基础是短路电流计算。常规的计算短路电流的方法是不基于潮流结果的静态分析方法，这类方法的计算结果与发电机和负荷的类型、出力无关，假设短路点的电压为额定电压，利用对称分量法求取短路点对地的正、负、零序等值阻抗电路，进而求得正、负、零序短路电流以及其他系统状态变量；本发明提出的继电保护定值整定方法可以采用机电暂态方法分析计算短路电流，便于充分考虑电网的实际接线、电网的潮流、发电和负荷的水平、发电机及负荷的模型对短路电流的影响，使计算结果更加准确可信，适用于继电保护定值整定领域。
配合图2所示，所述机电暂态方法的详细步骤为：
(21)利用潮流计算程序算出短路故障前系统的运行状态，即由潮流计算得到各节点的电压及注入功率，然后算出系统的运行参量初值y(0)，并由此计算出状态变量的初值x(0)；
(22)根据各元件采用的数学模型形成相应的非线性方程，并根据所用的求解方法,即隐式梯形积分法,形成相应的电力网络方程；
(23)进行机电暂态过程计算，假定机电暂态过程的计算已进行到t时刻，这时的x(t)和y(t)为已知量，在计算x(t+Δt)和y(t+Δt)时，应首先检查在t时刻系统有无故障或操作，如果有故障或操作，则需对非线性或/和代数方程式进行修改，而且当故障或操作发生在电力网络内时，系统的运行参量y(t)可能发生突变，因此必须重新求解网络方程，以得到故障或操作后的运行参量y(t+0)。由于状态变量不会发生突变(因非线性方程解对初值的连续依赖性)，因此故障或操作前后的x(t)和x(t+0)相同；接下来进行非线性-代数方程组的计算，根据x(t)和y(t)采用交替求解法或联立求解法得到x(t+Δt)和y(t+Δt)的值；
(24)时间向前推进Δt，进行下一步的计算，直至到达预定的时刻tmax，这样，就得到了从0～tmax时间段内系统状态变量的数据。
(3)根据所述步骤(2)中得到的各状态变量的动态过程信息，计算继电保护定值。
Claims (3)
1.一种基于机电暂态方法的继电保护定值整定方法，其特征在于包含了如下步骤：
(1)从继电保护整定软件数据库中获取电网数据，建立电力网络正序、负序、零序代数方程；
(2)结合机电暂态模型参数，使用机电暂态方法求解联立的代数方程和非线性方程，得出各状态变量在故障过程中和故障消失后的动态过程数据；
(3)根据所述步骤(2)中得到的各状态变量的动态过程信息，计算继电保护定值。
2.如所述权利1所述机电暂态方法的继电保护定值整定方法，其特征在于所述步骤(2)的详细步骤为：
(21)利用潮流计算程序算出短路故障前系统的运行状态，然后算出系统的运行参量初值y(0)，并由此计算出状态变量的初始值x(0)；
(22)根据机电暂态模型参数形成相应的非线性方程组，并根据隐式梯形积分法形成相应的电力网络方程；
(23)根据从继电保护整定软件中获取的电网零序参数和线路互感参数形成电力网络正序、负序、零序代数方程组；
(24)进行机电暂态过程计算，得到各状态变量在故障发生过程中和故障消失后的全过程数据。
3.如所述权利2所述机电暂态方法的继电保护定值整定方法，其特征在于:上述步骤(24)机电暂态过程计算是指假定暂态过程的计算已进行到t时刻，这时的x(t)和y(t)为已知量，在计算x(t+Δt)和y(t+Δt)时，应首先检查在t时刻系统有无故障或操作，如果有故障或操作，则需对非线性或/和代数方程式进行修改，而且当故障或操作发生在电力网络内时，系统的运行参量y(t)可能发生突变，因此必须重新求解网络方程，以得到故障或操作后的运行参量y(t+0)；由于状态变量不会发生突变，因此故障或操作前后的x(t)和x(t+0)相同；接下来进行微分-代数方程组一步的计算，根据x(t)和y(t)采用交替求解法或联立求解法得到x(t+Δt)和y(t+Δt)的值；时间向前推进Δt，进行下一步的计算，直至到达预定的时刻tmax；这样，就得到了从0～tmax时间段内系统状态变量的数据。
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