CN108108584B - 一种电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法及系统，针对含单相变压器、V/V接线牵引变压器、V/X接线牵引变压器、Scott变压器和阻抗匹配平衡变压器等三相不对称供电设备的电网，在进行短路故障分析时，建立一个开放的自定义定义故障分析平台，开放电网三相对称部分的等值阻抗、各类三相不对称设备的必要参数，采用脚本语言，自定义短路电流和电压计算的流程和计算逻辑，并将自定义的脚本语言交由操作系统的脚本解释器执行计算，得到需要的短路电流和电压结果。所公开方法具有开放性和可扩展性，可根据新的三相不对称设备的等值模型灵活扩展，适用于含三相不对称设备的电网的实用短路故障分析计算领域。

Description

一种电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法和系统

技术领域

本发明属于电力系统短路计算分析领域，更具体地，涉及一种电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法及系统。

背景技术

传统的三相对称电力系统中，任何设备发生三相对称短路或者不对称短路时，都可以采用对称分量法对其开展短路电流分析计算，以满足电网设备选型和继电保护整定计算等工作的需要，即对于三相对称系统，只要对所有设备建立其一相等值电路，对称分量法即可以适用。

但是，随着电气化铁路的发展，其牵引供电设备的三相不对称特点对电网短路故障分析提出了挑战，由于用于牵引供电的单相变压器、V/V接线三相变压器、V/X接线三相变压器、Scott变压器和阻抗匹配平衡变压器等都不具有三相对称的特点，无法建立其一相等值电路用于对称分量法，必须探求新的短路故障分析计算方法。

每一类三相不对称供电设备都具有自身的特点，等值电路各异，无法建立各设备通用的三相等值电路和一相等值电路，只能根据每一类三相不对称设备的特点分别建立其等值电路，并针对不同的短路点，建立电力系统三相对称部分、三相不对称设备及短路点的电压电流之间的关系，然后进行短路电流和电压的求解。

牵引供电设备类型众多，且新型牵引供电设备不断涌现，要在现有的短路计算软件中快速适应新的牵引供电设备存在很大的技术开发和维护难度，导致软件的实用性下降。

计算方法的对象为接有单相变压器、V/V接线牵引变压器、V/X接线牵引变压器、Scott变压器和阻抗匹配平衡变压器等三相不对称供电设备的电网，包含此类设备的电网不再是完全的三相对称电网，传统可用于三相对称电网对称短路和不对称短路分析计算的对称分量法不再直接适用。

现在没有现成的软件能处理这些不对称设备接入电网后的接入系统短路计算，常规的处理方法是整定人员根据经验处理，缺乏规则性和准确性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法，其目的在于解决现有短路计算方法采用经验处理获得不对称设备接入电网后系统后短路计算导致计算不准确的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法，包括：

步骤1：从电网平台中提取为获得在三相不对称设备发生短路时的短路参数所需数据，构建电力系统短路数据模型；

步骤2：在电网平台中用脚本语言和电力系统短路数据模型定义电力系统短路数据模型的属性变量库和引出函数，并定义短路参数存储对象属性变量库和引出函数；

步骤3：在脚本编辑器使用电力系统短路数据模型的属性变量库和引出函数，短路参数存储对象属性变量库和引出函数，以及脚本语言定义各种类型三相不对称设备在发生不同类型短路情况下获取短路参数的代码模块；

步骤4：根据实际不对称设备类型和短路类型，调用相应代码模块运行获得短路参数。

优选地，步骤1中电力系统短路数据模型包括：

所有三相不对称供电设备的正、负、零序等值阻抗，不对称设备高压侧电压等级、低压侧电压等级，不对称设备高压侧等效阻抗、低压侧等效阻抗，电网的运行方式以及电网中各个设备之间的连接关系。

优选地，步骤4包括如下步骤：

用三相对称系统实例、故障设备实例、三相不对称设备实例、故障类型变量实例以及短路参数对象实例初始化脚本语言代码，并让脚本语言代码在脚本语言解释器中运行；运行后的获得短路参数存于短路参数对象实例中。

作为本发明的另一方面，本发明提供了一种电力系统三相不对称设备的短路参数获取系统，包括：

包括依次连接的模型构建单元、变量库定义单元、代码模块定义单元以及运行单元；

模型构建单元用于从电网平台中提取为获得在三相不对称设备发生短路时的短路参数所需数据，输出电力系统短路数据模型；

变量库定义单元用于在电网平台中用脚本语言和电力系统短路数据模型定义并输出电力系统短路数据模型的属性变量库和引出函数，并定义短路参数存储对象属性变量库和引出函数；

代码模块定义单元用于在脚本编辑器使用电力系统短路数据模型的属性变量库和引出函数，短路参数存储对象属性变量库和引出函数，以及脚本语言定义各种类型三相不对称设备在发生不同类型短路情况下获取短路参数的代码模块；

运行单元用于根据实际不对称设备类型和短路类型，调用相应代码模块运行获得短路参数。

优选地，模型构建单元从电网平台中提取所有三相不对称供电设备的正、负、零序等值阻抗，不对称设备高压侧电压等级、低压侧电压等级，不对称设备高压侧等效阻抗、低压侧等效阻抗，电网的运行方式以及电网中各个设备之间的连接关系，构建电力系统短路数据模型。

优选地，运行单元包括相互连接的初始化子单元和执行子单元，

其中，初始化子单元用于实用三相对称系统实例、故障设备、故障类型变量以及短路参数对象实例初始化脚本语言代码；

执行子单元用于让脚本语言代码在脚本语言解释器中运行，并通过将短路参数存于短路参数对象实例中输出。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本方案使得在现有短路计算和整定计算平台上对接入的不对称设备统一进行准确的计算成为可能。该方法具备很好的扩展性，对于新接入电网的新的三相不对称设备，可根据其特点编写新的基于脚本语言的自定义短路计算方法代码，存储于文件或关系数据库中，在需要开展相关短路计算时调用并提交给计算机操作系统的脚本解释器执行即可，通过执行自定义短路计算方法代码可以提高获取的短路参数精度。

附图说明

图1为本发明提供的电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法的流程图；

图2为本发明提供的电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法的原理图；

图3为本发明提供的电力系统中V/V接线牵引变压器结构图；

图4为V/V接线牵引变压器α相接地短路时的高压侧等值电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明针对接有三相不对称供电设备的电力系统，提出了一种基于自定义逻辑和算法的电力系统三相不对称设备通用短路参数获取方法。该短路参数获取方法基于电网平台，该电网平台为可对三相对称电网和三相不对称供电设备进行参数管理，并对三相对称电网应用传统的对称分量法进行短路故障分析的软件平台，在此平台的基础上应用此方法实现对含三相不对称设备的电网开展短路故障分析计算，该方法通过在电网平台中开放系统等值参数和不对称供电设备参数，利用脚本语言可灵活进行逻辑运算和数值运算的特点，快速构建基于脚本语言的短路计算代码，形成针对不同不对称设备在各侧不同短路点的获取短路参数的代码模块，并利用脚本语言可提交计算机操作系统的脚本语言解释器运行的特点，通过解释器直接运行自定义获取短路参数的代码模块的脚本语言代码，获得所需计算结果。

图1为本发明提供的电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法流程图，图2为本发明提供的电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法的原理图，该短路参数获取方法包括如下步骤：

步骤一：在电网数据管理和分析计算平台中建立实际的电力系统数据模型。

在电网数据管理和分析计算平台中，建立需要计算的含三相不对称供电设备的电网的数据模型，包括所有三相不对称供电设备的正、负、零序等值阻抗；不对称设备高压侧电压等级、低压侧电压等级；不对称设备高压侧等效阻抗、低压侧等效阻抗；电网的运行方式以及设备之间的连接关系。开放电网三相对称部分的等值阻抗，等值点为三相不对称设备接入电网的节点。

步骤二：在电网数据管理和分析计算平台中建立三相对称系统引出函数和属性变量库、三相不对称设备的引出函数和属性变量库，以及短路参数存储对象属性变量库，供脚本语言编辑器引用，用于自定义各类三相不对称设备的获取短路参数的代码模块。

在该步骤开放各类不对称设备在短路故障分析计算中需要用到的必要参数。软件平台提供各类不对称设备的类对象和其所有必要参数对应的属性变量，供计算机操作系统脚本语言解释器调用，这些必要参数不对称设备的各种阻抗参数、拓扑参数、各侧电压和名称，用于在脚本语言中进行数学运算和逻辑判断。

软件平台提供三相对称系统的三相等值阻抗计算函数，供计算机操作系统脚本语言解释器调用，该函数根据输入的不对称设备所接入的节点(即等值点)，计算并返回等值点的正序、负序和零序等三个序网络的等值阻抗Z_eq1、Z_eq2和Z_eq0。三相对称系统的引出函数主要包括三相不对称供电设备接入电网的节点的正、负、零序等值阻抗计算函数。步骤三：在脚本语言编辑器中定义各类三相不对称设备不同类型短路的获取短路参数的代码模块。

使用脚本语言，步骤(3)利用步骤(1)和(2)中要求软件平台开放的三相对称系统等值参数和不对称设备参数，针对该设备上的不同短路点，利用脚本语言的逻辑定义能力和运算定义能力，分别编写该类设备特定短路点的短路电流计算方法对应的脚本语言代码，作为对应的短路点的短路计算自定义方法，存储于文件或关系数据库中。

以V/V接线牵引变压器为例，其结构如附图3所示，从结构上看，相当于两台单相牵引变压器组合在一起，两台单相牵引变压器磁路相互独立。原边A、B、C三相分别接入电力系统中的三相。副边公共相与轨道相连，另外两相分别向牵引网供电。

忽略励磁电流，可列出方程如下：

其中，

分别表示电压V_α、V_β及电流I_α、I_β归算到高压侧的值，Z_T为每个单相绕组的高压侧的短路阻抗。

V/V接线的牵引变压器低压侧短路共有四种形式：α相接地短路，β相接地短路，α相与β相同时接地短路以及α相与β相相间短路。

如图4所示，以α相接地短路为例，根据短路的边界条件可得出

分别表示折合到高压侧的电压、电流，其中

此时有：

V_C-V_A＝I_CZ_T,I_B＝0 (2)

可以得出从高压侧看的故障等效电路如附图4所示，可看成以Z_T为过渡阻抗的AC相间短路。

以B相为特殊相，利用对称分量法，可以得到短路电流计算公式为公式(3)：

其中I_B(1)、I_B(2)和I_B(0)分别为以接入点特殊相B相的正、负、零序短路电流，Z₁、Z₂分别为牵引变接入三相对称系统的接入点的正、负序等值阻抗。

计算得到I_B(1)、I_B(2)和I_B(0)后，可进一步得到牵引变接入点的三相短路电流I_A、I_B和I_C及三相电压V_A、V_B和V_C，进一步根据传统方法计算电网其他各处的短路电流值。

可以通过如下方式定义V/V接线牵引变压器短路的短路计算方法的脚本语言代码：

首先确定V/V接线牵引变压器短路类型，短路类型可以分为：α相接地短路，β相接地短路，α相与β相同时接地短路以及α相与β相相间短路。然后转入相应短路类型的代码模块中。

以在α相接地短路下B相为特殊相的短路类型为例：将上述正负零序短路电流计算公式(3)用脚本语言定义，并通过将正负零序电流形式与三相电流形式转化公式用脚本语言定义，用于获得三相短路电流，并用脚本语言定义三相短路电流、阻抗以及三相短路电压之间的关系，用于获得三相短路电压。

步骤四：根据实际短路设备和短路类型，调用相应的自定义短路计算方法的脚本语言进行计算。

根据具体的三相不对称设备短路计算需要，调用相应的基于脚本语言的短路计算自定义方法代码，提交给计算机操作系统的脚本语言解释器执行，并获取执行后得到的所需的短路电流和电压结果。

实际的短路计算需求发生时，根据实际的短路设备和短路类型，从文件或数据库中提取相应的自定义短路计算方法的脚本语言代码，将该脚本语言代码，三相对称系统实例System、故障设备实例(如V/V接线牵引变压器实例VVTractionTransformer)、不对称设备实例、故障类型变量FaultType以及短路计算结果对象实例FaultResult提交给计算机操作系统中内嵌的脚本语言解释器进行计算，解释器执行脚本语言计算后的短路电流电压结果即存储于短路计算结果对象实例FaultResult中，可将FaultResult中的计算结果用于后续的分析计算和展示，短路计算即告完成。

本发明提供的短路参数获取系统，包括依次连接的模型构建单元、变量库定义单元、代码模块定义单元以及运行单元。

模型构建单元用于从电网平台中提取为获得在三相不对称设备发生短路时的短路参数所需数据，输出电力系统短路数据模型；其中，获得在三相不对称设备发生短路时的短路参数所需数据包括所有三相不对称供电设备的正、负、零序等值阻抗，不对称设备高压侧电压等级、低压侧电压等级，不对称设备高压侧等效阻抗、低压侧等效阻抗，电网的运行方式以及电网中各个设备之间的连接关系。

变量库定义单元用于在电网平台中用脚本语言和电力系统短路数据模型定义并输出电力系统短路数据模型的属性变量库和引出函数，并定义短路参数存储对象属性变量库和引出函数；

代码模块定义单元用于在脚本编辑器使用电力系统短路数据模型的属性变量库和引出函数，短路参数存储对象属性变量库和引出函数，以及脚本语言定义各种类型三相不对称设备在发生不同类型短路情况下获取短路参数的代码模块；

运行单元用于根据实际不对称设备类型和短路类型，调用相应代码模块运行获得短路参数。

运行单元包括相互连接的初始化子单元和执行子单元，其中，初始化子单元用于实用三相对称系统实例、故障设备、故障类型变量以及短路参数对象实例初始化脚本语言代码；执行子单元用于让脚本语言代码在脚本语言解释器中运行，并通过将短路参数存于短路参数对象实例中输出。

本发明提供的短路参数获取系统，通过模型构建单元和变量库定义单元开放电网三相对称部分的等值阻抗、各类三相不对称设备的必要参数，通过代码模块定义单元采用脚本语言，自定义短路电流和电压计算的流程和计算逻辑。通过运行单元将自定义的脚本语言交由操作系统的脚本解释器执行计算，得到需要的短路电流和电压结果。所公开系统具有开放性和可扩展性，可根据新的三相不对称设备的等值模型灵活扩展，适用于含三相不对称设备的电网的实用短路故障分析计算领域。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电力系统三相不对称设备的短路参数获取方法，其特征在于，包括如下步骤:

步骤1:从电网平台中提取为获得在三相不对称设备发生短路时的短路参数所需数据，构建电力系统短路数据模型；

步骤2:在电网平台中用脚本语言和电力系统短路数据模型定义电力系统短路数据模型的属性变量库和引出函数，并定义短路参数存储对象属性变量库和引出函数；

步骤3:在脚本编辑器使用电力系统短路数据模型的属性变量库和引出函数，短路参数存储对象属性变量库和引出函数，以及脚本语言定义各种类型三相不对称设备在发生不同类型短路情况下获取短路参数的代码模块；

步骤4:根据实际不对称设备类型和短路类型，调用相应代码模块运行获得短路参数；

所述步骤1中电力系统短路数据模型包括：

所有三相不对称供电设备的正、负、零序等值阻抗，不对称设备高压侧电压等级、低压侧电压等级，不对称设备高压侧等效阻抗、低压侧等效阻抗，电网的运行方式以及电网中各个设备之间的连接关系。

2.如权利要求1所述的短路参数获取方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：

用三相对称系统实例、三相不对称设备实例、故障设备实例、故障类型变量实例以及短路参数对象实例初始化脚本语言代码，并让脚本语言代码在脚本语言解释器中运行；

运行后的获得短路参数存于短路参数对象实例中。

3.一种基于权利要求1所述的短路参数获取方法的系统，其特征在于，包括依次连接的模型构建单元、变量库定义单元、代码模块定义单元以及运行单元；

模型向建单元用于从电网平台中提取为获得在三相不对称设备发生短路时的短路参数所需数据，输出电力系统短路数据模型；

变量库定义单元用于在电网平台中用脚本语言和电力系统短路数据模型定义并输出电力系统短路数据模型的属性变量库和引出函数，并定义短路参数存储对象属性变量库和引出函数；

代码模块定义单元用于在脚本编辑器使用电力系统短路数据模型的属性变量库和引出函数，短路参数存储对象属性变量库和引 出函数，以及脚本语言定义各种类型三相不对称设备在发生不同类型短路情况下获取短路参数的代码模块；

运行单元用于根据实际不对称设备类型和短路类型，调用相应代码模块运行获得短路参数；

模型构建单元从电网平台中提取所有三相不对称供电设备的正、负、零序等值阻抗，不对称设备高压侧电压等级、低压侧电压等级，不对称设备 高压等效阻抗、低压等效阻抗，电网的运行方式以及电网中各个设备之间的连接关系，构建电力系统短路数据模型。

4.如权利要求3所述的短路参数获取方法的 系统，其特征在于，运行单元包括相互连接的初始化子单元和执行子单元，其中，初始化子单元用于实用三相对称系统实例、故障设备、故障类型变量以及短路参数对象实例初始化脚本语言代码；

执行子单元用于让脚本语言代码在脚本语言解释器中运行，并通过将短路参数存于短路参数对象实例中输出。

Images