CN106130781A - 基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，通过搭建配电网拓扑模型，依靠仿真软件PSD‑BPA的暂态仿真程序和短路电流计算程序批处理，完成配电网变压器累积效应评估功能，计算依托配电网拓扑结构模型以及实际配电网的电气参数、运行方式，修改主网运行方式及暂态稳定文件，搭建配电网末端母线短路故障仿真模型和短路计算方法；通过变压器短路故障电流累积效应的计算模型，计算在配网末端母线发生故障后，流过变压器短路电流，并与累积效应初始值进行叠加得到变压器短路故障电流累积效应值，最后输出结果进行图形化显示，并进行评估。本发明为配电网设备提供了状况预警和设备检修优先策略，具有良好的应用前景。

Description

基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法

技术领域

本发明涉及电力自动化技术领域，具体涉及一种基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法。

背景技术

配电网变压器设备故障累积效应评估是指当配电网长期多次发生短路故障或过电流时，变压器设备上流过的穿越性短路电流以及过负荷电流对设备产生的影响的累积效应的评估。对其进行计算的方法是，基于递归运算，遍历所有故障通路，完成配电网拓扑结构模型建立以及拓扑转换；基于配电网历史故障数据，建立短路电流和过负荷电流的批处理计算模型，计算其对变压器设备累积效应评估的影响。当配电网历史故障数据无法直接从故障录波装置或保护信息子站获得时，依托实际电网的电气参数、运行方式，建立短路电流故障仿真模型，计算在电网发生故障后，流过变压器设备的故障短路电流，评估短路故障电流累积效应。同理，根据实际电网的电气参数、运行方式，建立过负荷电流仿真模型，计算过负荷时流过变压器设备的过负荷电流，分析过负荷电流累积效应。

不同于主电网结构，配电网的出线众多，其结构以树型和环网型居多。因此，针对配电网的拓扑结构进行整体建模十分复杂，计算数据量庞大，计算周期长，不利用配电网变压器设备故障累积效应评估的快速评估。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中配电网的出线众多，其结构以树型和环网型居多，针对配电网的拓扑结构建模十分复杂，计算数据量庞大，不利用配电网变压器设备故障累积效应评估的快速评估的问题。本发明的基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，通过搭建配电网拓扑模型，实现拓扑转换，依托PSD-BPA批处理计算，过程简化，实现对配电网中变压器设备的状况评估，计算周期快，实现快速评估，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(A)，通过故障提取模块，从故障信息库中提取必要故障信息，所述必要故障信息包括故障ID、故障时间、城市ID、故障类型、变电站ID、变电站名称、变电站电压等级和重合闸情况；

步骤(B)，通过配网拓扑转换模块，搭建配电网拓扑结构模型，完成配电网线路及各变电站中变压器参数归算，修改主网运行方式文件，与主网实现对接；

步骤(C)，提取配电网末端的母线名称，根据电网运行理论分析，形成以配网末端最严重的三相短路故障为故障信息的短路电流计算程序控制文件，形成短路电流控制文件；

步骤(D)，根据短路电流控制文件，通过仿真模块调用PSD-BPA暂态稳定仿真程序和短路电流计算程序，分别得到故障发生期间的流经变压器设备的电流瞬时值数据和电流初始值；

步骤(E)，通过累计效应计算模块，利用获得的仿真计算临时结果文件计算变压器设备的累积效应值，将该值累加到历史数据上，得到变压器设备数据更新后的累积效应值，并将结果写到结果文件上，并图形化显示；

步骤(F)，采用故障触发机制，实时监听故障集中新写入的文件事件，并判断是否触发故障解析模块、PSD-BPA暂态稳定仿真、短路电流计算的执行，更新变压器设备的累计效应值；采用事件监听机制，当存储故障集的文件夹中有新的故障信息文件写入时，且上述的判断为是，则触发判断模块进行判断，对配电网中该变压器设备的状况评估。

前述的基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，其特征在于：步骤(B)，通过配网拓扑转换模块，搭建配电网拓扑结构模型，完成配电网线路及各变电站中变压器参数归算，修改主网运行方式文件，与主网实现对接，包括以下步骤，

(B1)根据故障ID，调用故障信息库中变电站数据，遍历从故障配网末端变电站到220kV主网架变电站经过的所有通路，以Dictionary函数的形式将每一条通路的变电站信息储存起来；

(B2)通过配网拓扑建立模块，将同一通路相邻的变电站连接起来，形成输电线路，同时剔除重复出现的线路，完成配网拓扑结构的建立；

(B3)通过配网拓扑转换模块，将配网拓扑结构以PSD-BPA暂态稳定仿真程序能识别的格式分别形成T卡，L卡，B卡，XO卡以及XR卡的增补数据，并写入对应的主网运行方式文件，暂态稳定参数文件，与主网实现对接。

前述的基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，其特征在于：步骤(E)，通过累计效应计算模块，输出变压器设备的故障累计效应信息，包括以下步骤，

(E1)通过变压器信息输出模块，从短路电流控制文件中筛选低压侧短路电流超过阀值的变压器信息，对于同一变电站含有多个变压器的状况，以实际变压器参数为基础，采用电路模型，筛选出每一台低压侧短路电流超过阀值变压器信息；

(E2)通过公式(1)和(2)，对于筛选出的低压侧短路电流超过阀值的变压器信息，利用获得的仿真计算临时结果文件计算变压器设备的累积效应值，将该值累加到历史数据上，得到变压器设备数据更新后的累积效应值，并将结果写到结果文件上输出，

$T_{fi}=\max \left\{\begin{array}{c}{T}_{fA0}+{\∫}_{t_0}^t{\mathrm{\ΔI}}_{fAi}^2\left(t\right)dt\\ T_{fB0}+{\∫}_{t_0}^t{\mathrm{\ΔI}}_{fBi}^2\left(t\right)dt\\ T_{fC0}+{\∫}_{t_0}^t{\mathrm{\ΔI}}_{fCi}^2\left(t\right)dt\end{array}\right.,(i=1,2,\mathrm{...},n)---\left(1\right)$

T_f＝K_f·∑T_fi(i＝1,2,...,n) (2)

其中，公式(1)中分相计算的原因是对于不对称故障，各相短路电流差别较大，需要分相累积计算，T_fA0，T_fB0，T_fC0为变压器设备各相的初始化短路累积效应值，若变压器设备更换和改造时，对其进行更新；ΔI_fAi,ΔI_fBi,ΔI_fCi为流过变压器设备各相的穿越性故障短路电流差值；t₀为短路电流起始时间；t为短路电流结束时间；T_fi为变压器设备第i次故障累积效应值；T_f为变压器设备故障总累积效应值；K_f为模型修正系数；n为历史故障次数；

(E3)计算过后删除临时结果文件，将获得的更新后的累积效应值存入数据库中。

本发明的有益效果是：本发明的基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，通过搭建配电网拓扑模型，实现拓扑转换，依托PSD-BPA批处理计算，过程简化，实现对配电网中变压器设备的状况评估，计算周期快，实现快速评估，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法的流程图。

图2是本发明的变压器累积效应值计算的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

本发明的基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，如图1所示，包括以下步骤，

步骤(A)，通过故障提取模块，从故障信息库中提取必要故障信息，所述必要故障信息包括故障ID、故障时间、城市ID、故障类型、变电站ID、变电站名称、变电站电压等级和重合闸情况，采用C#中Dictionary函数，实现的故障信息的储存与读取，获取故障发生时刻主网运行方式文件(PSD-BPA格式，*.dat)，暂态稳定参数文件(PSD-BPA，*.swi)；

步骤(B)，通过配网拓扑转换模块，搭建配电网拓扑结构模型，完成配电网线路及各变电站中变压器参数归算，修改主网运行方式文件，与主网实现对接，如图2所示，包括以下步骤，

(B1)根据故障ID，调用故障信息库中变电站数据，遍历从故障配网末端变电站到220kV主网架变电站经过的所有通路，以Dictionary函数的形式将每一条通路的变电站信息储存起来；

(B2)通过配网拓扑建立模块，将同一通路相邻的变电站连接起来，形成输电线路，同时剔除重复出现的线路，完成配网拓扑结构的建立；

(B3)通过配网拓扑转换模块，将配网拓扑结构以PSD-BPA暂态稳定仿真程序能识别的格式分别形成T卡，L卡，B卡，XO卡以及XR卡的增补数据，并写入对应的主网运行方式文件(PSD-BPA格式，*.dat)，暂态稳定参数文件(PSD-BPA，*.swi)，与主网实现对接；

步骤(C)，提取配电网末端的母线名称，根据电网运行理论分析，形成以配网末端最严重的三相短路故障为故障信息的短路电流计算程序控制文件，形成短路电流控制文件(*.ctr)，*.ctr为文件格式；

步骤(D)，根据短路电流控制文件，通过仿真模块调用PSD-BPA暂态稳定仿真程序和短路电流计算程序，分别得到故障发生期间的流经变压器设备的电流瞬时值数据和电流初始值；

步骤(E)，通过累计效应计算模块，利用获得的仿真计算临时结果文件计算变压器设备的累积效应值，将该值累加到历史数据上，得到变压器设备数据更新后的累积效应值，并将结果写到结果文件上，并图形化显示，如图2所示，包括以下步骤，

(E1)通过变压器信息输出模块，从短路电流控制文件中筛选低压侧短路电流超过阀值的变压器信息，对于同一变电站含有多个变压器的状况，以实际变压器参数为基础，采用电路模型，筛选出每一台低压侧短路电流超过阀值变压器信息；

(E2)通过公式(1)和(2)，对于筛选出的低压侧短路电流超过阀值的变压器信息，利用获得的仿真计算临时结果文件计算变压器设备的累积效应值，将该值累加到历史数据上，得到变压器设备数据更新后的累积效应值，并将结果写到结果文件上输出，

$T_{fi}=\max \left\{\begin{array}{c}{T}_{fA0}+{\∫}_{t_0}^t{\mathrm{\ΔI}}_{fAi}^2\left(t\right)dt\\ T_{fB0}+{\∫}_{t_0}^t{\mathrm{\ΔI}}_{fBi}^2\left(t\right)dt\\ T_{fC0}+{\∫}_{t_0}^t{\mathrm{\ΔI}}_{fCi}^2\left(t\right)dt\end{array}\right.,(i=1,2,\mathrm{...},n)---\left(1\right)$

T_f＝K_f·∑T_fi(i＝1,2,...,n) (2)

其中，公式(1)中分相计算的原因是对于不对称故障，各相短路电流差别较大，需要分相累积计算，T_fA0，T_fB0，T_fC0为变压器设备各相的初始化短路累积效应值，若变压器设备更换和改造时，对其进行更新；ΔI_fAi,ΔI_fBi,ΔI_fCi为流过变压器设备各相的穿越性故障短路电流差值；t₀为短路电流起始时间；t为短路电流结束时间；T_fi为变压器设备第i次故障累积效应值；T_f为变压器设备故障总累积效应值；K_f为模型修正系数，可通过经验值得到；n为历史故障次数；

(E3)计算过后删除临时结果文件，将获得的更新后的累积效应值存入数据库中；

步骤(F)，采用故障触发机制，实时监听故障集中新写入的文件事件，并判断是否触发故障解析模块、PSD-BPA暂态稳定仿真、短路电流计算的执行，更新变压器设备的累计效应值；采用事件监听机制，当存储故障集的文件夹中有新的故障信息文件写入时，且上述的判断为是，则触发判断模块进行判断，对配电网中该变压器设备的状况评估。

本发明的基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，除了对变压器进行评估，还能通过此方法对配电网中的其他关键设备进行评估。

综上所述，本发明的基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，通过搭建配电网拓扑模型，依靠仿真软件PSD-BPA的暂态仿真和短路电流计算等功能模块批处理，完成配电网变压器累积效应评估功能，计算依托配电网拓扑结构模型以及实际配电网的电气参数、运行方式，修改主网运行方式及暂态稳定文件，搭建配电网末端母线短路故障仿真模型和短路计算方法；通过变压器短路故障电流累积效应的计算模型，计算在配网末端母线发生故障后，流过变压器短路电流，并与累积效应初始值进行叠加得到变压器短路故障电流累积效应值，最后输出结果进行图形化显示。本发明方法提供了一种计算配电网关键设备故障电流累积效应的途径，为配电网关键设备提供了状况预警和设备检修优先策略，有助于改善配电网安全稳定运行状况，过程简化，实现对配电网中变压器设备的状况评估，计算周期快，实现快速评估，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(A)，通过故障提取模块，从故障信息库中提取必要故障信息，所述必要故障信息包括故障ID、故障时间、城市ID、故障类型、变电站ID、变电站名称、变电站电压等级和重合闸情况；

步骤(B)，通过配网拓扑转换模块，搭建配电网拓扑结构模型，完成配电网线路及各变电站中变压器参数归算，修改主网运行方式文件，与主网实现对接；

步骤(C)，提取配电网末端的母线名称，根据电网运行理论分析，形成以配网末端最严重的三相短路故障为故障信息的短路电流计算程序控制文件，形成短路电流控制文件；

步骤(D)，根据短路电流控制文件，通过仿真模块调用PSD-BPA暂态稳定仿真程序和短路电流计算程序，分别得到故障发生期间的流经变压器设备的电流瞬时值数据和电流初始值；

步骤(E)，通过累计效应计算模块，利用获得的仿真计算临时结果文件计算变压器设备的累积效应值，将该值累加到历史数据上，得到变压器设备数据更新后的累积效应值，并将结果写到结果文件上，并图形化显示；

步骤(F)，采用故障触发机制，实时监听故障集中新写入的文件事件，并判断是否触发故障解析模块、PSD-BPA暂态稳定仿真、短路电流计算的执行，更新变压器设备的累计效应值；采用事件监听机制，当存储故障集的文件夹中有新的故障信息文件写入时，且上述的判断为是，则触发判断模块进行判断，对配电网中该变压器设备的状况评估。

2.根据权利要求1所述的基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，其特征在于：步骤(B)，通过配网拓扑转换模块，搭建配电网拓扑结构模型，完成配电网线路及各变电站中变压器参数归算，修改主网运行方式文件，与主网实现对接，包括以下步骤，

(B1)根据故障ID，调用故障信息库中变电站数据，遍历从故障配网末端变电站到220kV主网架变电站经过的所有通路，以Dictionary函数的形式将每一条通路的变电站信息储存起来；

(B2)通过配网拓扑建立模块，将同一通路相邻的变电站连接起来，形成输电线路，同时剔除重复出现的线路，完成配网拓扑结构的建立；

(B3)通过配网拓扑转换模块，将配网拓扑结构以PSD-BPA暂态稳定仿真程序能识别的格式分别形成T卡，L卡，B卡，XO卡以及XR卡的增补数据，并写入对应的主网运行方式文件，暂态稳定参数文件，与主网实现对接。

3.根据权利要求1所述的基于配电网拓扑模型的变压器故障累积效应评估方法，其特征在于：步骤(E)，通过累计效应计算模块，输出变压器设备的故障累计效应信息，包括以下步骤，

(E1)通过变压器信息输出模块，从短路电流控制文件中筛选低压侧短路电流超过阀值的变压器信息，对于同一变电站含有多个变压器的状况，以实际变压器参数为基础，采用电路模型，筛选出每一台低压侧短路电流超过阀值变压器信息；

(E2)通过公式(1)和(2)，对于筛选出的低压侧短路电流超过阀值的变压器信息，利用获得的仿真计算临时结果文件计算变压器设备的累积效应值，将该值累加到历史数据上，得到变压器设备数据更新后的累积效应值，并将结果写到结果文件上输出，

$T_{fi}=\max \left\{\begin{array}{c}{T}_{fA0}+{\∫}_{t_0}^t{\mathrm{\ΔI}}_{fAi}^2\left(t\right)dt\\ T_{fB0}+{\∫}_{t_0}^t{\mathrm{\ΔI}}_{fBi}^2\left(t\right)dt\\ T_{fC0}+{\∫}_{t_0}^t{\mathrm{\ΔI}}_{fCi}^2\left(t\right)dt\end{array}\right.,(i=1,2,\mathrm{...},n)---\left(1\right)$

T_f＝K_f·∑T_fi(i＝1,2,...,n) (2)

其中，公式(1)中分相计算的原因是对于不对称故障，各相短路电流差别较大，需要分相累积计算，T_fA0，T_fB0，T_fC0为变压器设备各相的初始化短路累积效应值，若变压器设备更换和改造时，对其进行更新；ΔI_fAi,ΔI_fBi,ΔI_fCi为流过变压器设备各相的穿越性故障短路电流差值；t₀为短路电流起始时间；t为短路电流结束时间；T_fi为变压器设备第i次故障累积效应值；T_f为变压器设备故障总累积效应值；K_f为模型修正系数；n为历史故障次数；

(E3)计算过后删除临时结果文件，将获得的更新后的累积效应值存入数据库中。