CN106253248B - 基于区间运算的分布式电源与传统电厂短路电流计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于区间运算的分布式电源与传统电厂短路电流计算方法，包括以下步骤(1)输入发电厂设备对应的电气参数及各电气参数连接的上级及本级母线节点编号；(2)检查各电气参数是否完整，如果不完整则提示手动修改，如果完整则转向步骤(3)；(3)折算各电气参数的标么值；(4)建立本级及上级母线节点编号的索引指针；(5)确定各终端最大最小运行方式，将最大最小运行方式下的系统阻抗作为区间数处理；(6)如果无法完成步骤(6)中的路径搜索，则判定为孤岛，跳转步骤(2)，否则执行步骤(8)；(8)计算短路电流。本发明填写参数少，只需在excel表格中根据设备类型填写与短路电流计算相关的参数，减少工作量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于区间运算的分布式电源与传统电厂短路电流计算方法，属于电力系统继电保护整定计算技术领域。
背景技术
短路故障是发电厂中严重的故障，由于短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路电流的后果可能只破坏局部厂用电供电，也可能危胁整个发电厂甚至对电网的安全稳定运行造成影响。随着电厂中机组容量日益增大，目前，“大容量、高效率、低排放”的机组成为电厂的主流方式，相应的厂用电中电动机、电泵等辅机也呈数量级增加。传统发电厂继电保护定值整定中对短路电流的计算采用BPA/PSASP等电力系统仿真软件建模并对故障点扫描计算，然而，由于辅机数量大、层级结构复杂等原因计算过程耗费精力多，严重制约着整定计算工作的效率提高。
针对这一问题，研究较多的是利用序分量法进行序网络分析，通过软件可视化界面建立厂用电设备模型，根据故障类型建立相应的综合序网络图。然而，该方法对系统大小运行方式需重复计算，且计算工作量大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种可用于发电厂设备选型及设计、辅助发电厂继电保护整定计算中的基于区间运算的分布式电源与传统电厂短路电流计算方法，只需根据设备类型填写与短路电流计算相关的参数，减少了工作量。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的一种基于区间运算的分布式电源与传统电厂短路电流计算方法，包括以下几个步骤：
(1)输入发电厂设备对应的电气参数，同时输入各电气参数连接的上级母线节点编号及本级母线节点编号，所述发电厂设备包括公用设备和电气设备；
(2)手动输入电气设备与公用设备的详细参数及上下级连接设备索引表，并检查所述电气设备和公用设备各电气参数是否完整，如果不完整是否存在孤岛，则提示手动修改，如果完整，则转步骤(3)；
(3)折算所述电气设备及公用设备各电气参数的标么值；
(4)建立本级母线节点编号及上级母线节点编号的索引指针；
(5)根据调度发布的电厂出线系统最大最小运行方式，并用区间数表示，即：Zs＝[Zmin,Zmax]，其中Zmin为最大运行方式的系统阻抗值；Zmax为最小运行方式的系统阻抗值；
(6)搜索最大最小路径：以综合阻抗值Z∑作为路径长度，确定各终端设置的最大最小运行方式，搜索的终点为发电厂中高厂变低压分支连接的母线；
(7)孤岛检测：如果无法完成步骤(6)中的路径搜索，则判定为孤岛，跳转步骤(2)，否则执行步骤(8)；
(8)计算短路电流，即式中：Sb为基准功率，一般取100MVA；Ub为基准电压；
其中，所述综合阻抗的标么值为
式中，Sn为额定功率。
步骤(1)中，所述公用设备对应的电气参数为基准电压Ub和基准功率；
所述公用设备包括汽机变、锅炉变、检修、照明变等低厂变，引风机、送风机、凝泵、卸船机；
所述电气设备包括发电机、变压器和电缆；
所述发电机对应的电气参数为额定电压、额定容量、直轴次暂态电抗X”d、直轴暂态电抗X'd、直轴电抗Xd和负序电抗X2；
所述变压器对应的电气参数为额定电压、额定容量、负载损耗ΔP和短路阻抗u％；
所述电缆对应的电气参数为电缆型号和长度。
步骤(1)中，通过excel表格输入所述发电厂设备对应的电气参数。
步骤(4)中，母线节点索引指针具体的建立方法如下：
其中，设备等效电阻R、设备等效电抗X在设备参数填写完毕后自动折算；综合等效电阻R_sum、综合等效电抗X_sum利用索引指针确定。
步骤(6)中，所述母线为10kV、6kV或3kV母线。
本发明提出的基于区间运算的短路电流计算方法，利用索引指针对电厂中各层级母线进行编号，可用于分布式电源与传统电厂的短路电流近似计算。本发明输入发电厂设备的电气参数，建立上级母线及本母线的索引指针寻找路径，然后，以综合阻抗值作为路径长度，确定各终端设置的最大最小运行方式，最后，可以快速计算短路电流。本发明填写参数少，只需在excel表格中根据设备类型填写与短路电流计算相关的参数，减少工作量；另外，根据路径搜索法可以自动确定终端设备与高厂变低压侧进线间的综合阻抗。
附图说明
图1为本发明的一种发电厂短路电流的快速计算方法工作流程图；
图2为本发明提出的发电厂短路电流的快速计算方法所应用的某电厂主接线图；
图3为厂用母线等值阻抗图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明的一种基于索引指针搜索的短路电流快速计算方法，依次包括以下步骤：
(1)发电厂电气参数填写，主要包括如下设备：
①公用部分，基准电压、基准功率
②电气设备，主要包括发电机、变压器、电缆馈线3类。
发电机：额定电压、额定容量、直轴次暂态电抗X”d(饱和值)、直轴暂态电抗X'd(饱和值)、直轴电抗Xd、负序电抗X2(饱和值)；其中，基准电压Ub一般取Uav(平均电压)，基准容量Sb可取100MVA或1000MVA。
变压器：额定电压、额定容量、负载损耗ΔP、短路阻抗u％；
电缆：电缆型号，长度。
各电气参数需填写连接的上级母线编号及本母编号。
(2)参数检查，主要检查各电气设备及公用设备电气参数是否完整，若不完整则提示手动修改。
(3)参数标么值折算。
(4)建立索引指针，即本母线编号及上级母线编号的结构体指针。
struct Gen_Load
{
int upbusnum；//上母线节点编号
int busnum；//母线节点编号
double R；//设备等效电阻
double X；//设备等效电抗
double R_sum；//综合等效电阻
double X_sum；//综合等效电抗
double volt；//基准电压
}
其中，设备等效电阻R、等效电抗X可在设备参数填写完毕后自动折算；综合等效电阻R_sum、综合等效电抗X_sum需利用索引指针确定。
(5)最大路径搜索，最小路径搜索，即确定各设置的最大最小运行方式，搜索的终点为发电厂中高厂变低压分支连接的母线，一般为10kV、6kV或3kV。
(6)孤岛检测，即无法通过步骤5)完成路径搜索，则判定为孤岛，跳转步骤2)，否则执行步骤7)。
(7)短路电流计算，即式中Z∑为终端设备至高厂变低压分支的综合路径长度(综合阻抗)。其中，综合阻抗的标么值为
式中，为系统对短路点的综合联系电抗标么值。
为了验证本发明所提方法的有效性，在Visual C++平台上编制了路径搜索法的发电厂短路电流快速计算程序(short current calculate program,SCCP)。对江苏省内某实际发电厂的进行试验。下面进一步介绍本发明的实施例：
电厂概况：
该电厂2×1000MW工程中1号机与2号机及公用部分系统如图2所示。1、2号机各有10kV、6kV分支，各分支有A、B二段。高备变A和B高压侧并列后通过一个500kV断路器接入500kV升压站。高备变A低压侧带四个10kV厂用分支，高备变B低压侧带四个6kV厂用分支。从6kV厂用分支引出长电缆至厂区6kV水系统和煤系统。
全厂10kV、6kV保护装置共有四种型号，分别为7SJ6225综合保护装置、7UT6125综合保护装置、7SJ6025综合保护装置、7UT6121综合保护装置、7SD6005综合保护装置。7SJ6225综合保护装置普遍应用于电源进线间隔中，功能有限时速断保护、复压过流保护、零序电压/零序电流保护；7UT6125综合保护装置主要用于大于2MW的变压器间隔中，功能有差动保护、速断保护、短延时过流保护、反时限过流保护、接地保护、负序过流保护、非电气量保护；7SJ6025综合保护装置主要用于小于2MW的变压器及电动机间隔，使用的功能有速断保护、短延时过流保护、反时限过流保护、接地保护、负序过流保护、启动监视保护、低电压保护、非电气量保护；7UT6121综合保护装置主要用于大容量电动机保护，功能有差动保护、速断保护、反时限过流保护、接地保护、过热保护、负序过流保护、启动监视保护、低电压保护。
为此，对该电厂进行短路电流计算。
500kV系统运行方式确定如下：
大方式：电厂所有出线全部运行，即系统为大方式，所有发电机全部运行；
小方式：电厂出线中阻抗最大的一条线路运行，其余线路停运，发电机一台运行，一台停机。
发电机参数见表1：
表1
主变参数见表2：
表2
高厂变参数见表3：
表3
各电压等级基准值见表4：
表4
| 电压等级kV | 基准电压(UB)kV | 基准容量(SB)MVA | 基准电流(IB)A |
| 500 | 525 | 1000 | 1099.7 |
| 22 | 22 | 1000 | 26243.2 |
| 10 | 10.5 | 1000 | 54985.7 |
| 3 | 3.15 | 1000 | 183285.8 |
| 0.38 | 0.4 | 1000 | 1443375.7 |
为此，得到厂用母线等值阻抗图见图3：
利用指针搜索方法，得到各厂用设备的短路电流如下表5所示：
表5
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。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 (5)
1.一种基于区间运算的分布式电源与传统电厂短路电流计算方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)输入发电厂设备对应的电气参数，同时输入各电气参数连接的上级母线节点编号及本级母线节点编号，所述发电厂设备包括公用设备和电气设备；
(2)手动输入电气设备与公用设备的详细参数及上下级连接设备索引表，并检查所述电气设备和公用设备各电气参数是否完整，如果不完整，则提示手动修改，如果完整，则转步骤(3)；
(3)折算所述电气设备及公用设备各电气参数的标么值；
(4)建立本级母线节点编号及上级母线节点编号的索引指针；
(5)根据调度发布的电厂出线系统最大最小运行方式，并用区间数表示，即：Zs＝[Zmin,Zmax]，其中Zmin为最大运行方式的系统阻抗值；Zmax为最小运行方式的系统阻抗值；
(6)搜索最大最小路径：以综合阻抗值ZS作为路径长度，确定各终端设置的最大最小运行方式，搜索的终点为发电厂中高厂变低压分支连接的母线；
(7)孤岛检测：如果无法完成步骤(6)中的路径搜索，则判定为孤岛，跳转步骤(2)，否则执行步骤(8)；
(8)计算短路电流，即式中：Sb为基准功率，Ub为基准电压；
其中，所述综合阻抗的标么值为
式中，Sn为额定功率。
2.根据权利要求1所述的基于区间运算的分布式电源与传统电厂短路电流计算方法，其特征在于，步骤(1)中，所述公用设备对应的电气参数为基准电压Ub和基准功率；
所述公用设备包括汽机变、锅炉变、检修及照明变，引风机、送风机、凝泵、卸船机；
所述电气设备包括发电机、变压器和电缆；
所述发电机对应的电气参数为额定电压、额定容量、直轴次暂态电抗、直轴暂态电抗、直轴电抗Xd和负序电抗X2；
所述变压器对应的电气参数为额定电压、额定容量、负载损耗ΔP和短路阻抗u％；所述电缆对应的电气参数为电缆型号和长度。
3.根据权利要求1所述的基于区间运算的分布式电源与传统电厂短路电流计算方法，其特征在于，步骤(1)中，通过excel表格输入所述发电厂设备对应的电气参数。
4.根据权利要求1所述的基于区间运算的分布式电源与传统电厂短路电流计算方法，其特征在于，步骤(4)中，母线节点索引指针具体的建立方法如下：
其中，设备等效电阻R、设备等效电抗X在设备参数填写完毕后自动折算；综合等效电阻R_sum、综合等效电抗X_sum利用索引指针确定。
5.根据权利要求1所述的基于区间运算的分布式电源与传统电厂短路电流计算方法，其特征在于，步骤(6)中，所述母线为10kV、6kV或3kV母线。
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