CN108896852A - 一种公共接入点短路容量在线测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公共接入点短路容量在线测量方法及系统。该方法是利用已知容量并联无功补偿设备的投入或切除所产生的非故障扰动的公共接入点的电气扰动量，非故障扰动前后公共接入点电压、非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值和总无功功率值，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值，并通过本发明交替迭代求解，交替迭代计算出非故障扰动前后公共接入点电压矢量的相位差，从而交替迭代计算出公共接入点短路容量。因此，采用本发明提供的方法或者系统能够快速准确简单的测量公共接入点的短路容量，且不影响输配电网的正常运行。

Description

一种公共接入点短路容量在线测量方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统状态在线分析与测量装备技术领域，特别涉及一种公共接入点(Point ofCommon Coupling，以下简写为PCC)短路容量在线测量方法及系统。

背景技术

短路容量是电力系统最重要的技术参数之一，继电保护专业需要该参数换算短路阻抗和短路电流，对保护设备进行合理的整定，以保障保护正确动作，保障电网安全运行。一次设备如断路器必须保障遮断容量大于短路电流，主变订货也需要系统短路容量这样的参数，同样，电能质量测试分析，新能源接入设计分析，铁路、冶金、煤炭、制造方面工业用电设计与设备选型，也需要系统短路容量和短路电流参数。可以说，系统短路容量(系统短路电流)数据的需求涵盖了在电网规划、设计、建设调试、运行与维护的各个阶段，广泛涉及电网、发电企业和高压电力用户。

自电力系统诞生以来的一百多年，尚无一种仪器可现场测量电网短路容量，电网各个节点短路容量(电流、阻抗)都是是靠电力系统计算得到的。传统的离线计算方法有诸多问题：①短路容量计算需要完整的电力系统参数进行系统化计算，专业性强，造成实际工作中一次及二次设备现场运维人员几乎无法完成正确的计算作业；②配网转供切换、拓扑实时优化、分布式电源投退、局部电网灾变退出等因素造成离线计算跟不上电网情况变化，满足不了快速需求；③电网数据量大、维护困难，数据错误或准确性问题计算错误或误差，很难避免，并且难以发现，④发电企业及用电大企业不拥有完整的电网数据，难以计算短路容量(或短路电流)，一、二次设备自我维护与整定困难。因此在线测量成为工程应用中的重要需求。

时至今日，尚无一种通用仪器、装置或设备现场测量电网短路容量，原因在于现有的短路容量测量方法还不能做到实用化。短路容量测量实用化要求是：①保障供电安全可靠，不能采取故障扰动方式测量，②不影响电网输配电正常运行，③测量时不限定电网特定运行方式。

发明内容

本发明的目的是一种公共接入点短路容量在线测量方法及系统，能够快速准确简单的测量公共接入点的短路容量，且不影响输配电网的正常运行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种公共接入点短路容量在线测量方法，所述测量方法用于变电站公共接入点短路容量的现场测量；所述测量方法包括：

获取非故障扰动前后的公共接入点的电气扰动量；所述非故障扰动为对公共接入点所连接的已知容量的并联无功补偿设备的进行投入或切除操作所产生的扰动；所述电气扰动量包括非故障扰动前公共接入点电压的有效值和非故障扰动后公共接入点电压的有效值、非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值以及非故障扰动前公共接入点上负荷总无功功率值；

根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值；其中，所述公共接入点短路容量初始值为S_i-1，i为更新次数，i为大于0的整数；所述公共接入点短路容量更新值为S_i；

判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值，则将所述公共接入点短路容量更新值确定为所述公共接入点的短路容量；

若所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值大于或者等于所述设定阈值，则更新次数加1，重新计算公共接入点短路容量更新值S_i+1，将公共接入点短路容量更新值S_i+1替换公共接入点短路容量更新值S_i，将公共接入点短路容量更新值S_i替换公共接入点短路容量初始值S_i-1，并返回判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值步骤，直至所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值停止。

可选的，所述根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值，具体包括：

当i＝1时，所述公共接入点短路容量初始值为S₀；公共接入点短路容量初始值S₀为预先设定值；

所述公共接入点短路容量更新值为S₁；公共接入点短路容量更新值S₁是根据以下公式计算得到，所述公式为：

其中，V₁为非故障扰动前公共接入点电压的有效值；V₂为非故障扰动后公共接入点电压的有效值；Q_C为公共接入点所连接的并联无功补偿设备的容量；P_L为非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值；Q_L为非故障扰动前公共接入点上负荷总无功功率值。

可选的，所述根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值，具体包括：

当i＝2时，所述公共接入点短路容量初始值为S₁；

所述公共接入点短路容量更新值为S₂，公共接入点短路容量更新值S₂是根据以下公式计算得到；所述公式为：

其中，ΔV为非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的矢量差。

可选的，所述根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值，具体包括：

当i＞2时，所述公共接入点短路容量初始值为S_i-1，所述公共接入点短路容量更新值为S_i；公共接入点短路容量初始值S_i-1、公共接入点短路容量更新值S_i均是根据以下公式计算得到；所述公式为：

S为公共接入点短路容量初始值S_i-1或公共接入点短路容量更新值S_i；ΔV为非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的矢量差。

可选的，所述非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的矢量差的计算公式为其中，θ为所述非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的相角差。

可选的，所述非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的相角差的计算公式为angle是复数的相位角函数；

本发明还提供了一种公共接入点短路容量在线测量系统，所述测量系统用于变电站公共接入点短路容量的现场测量；所述测量系统包括：

电气扰动量获取模块，用于获取非故障扰动前后的公共接入点的电气扰动量；所述非故障扰动为对公共接入点所连接的已知容量的并联无功补偿设备的进行投入或切除操作所产生的扰动；所述电气扰动量包括非故障扰动前公共接入点电压的有效值和非故障扰动后公共接入点电压的有效值、非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值以及非故障扰动前公共接入点上负荷总无功功率值；

公共接入点短路容量初始值与更新值计算模块，用于根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值；其中，所述公共接入点短路容量初始值为S_i-1，i为更新次数，i为大于0的整数；所述公共接入点短路容量更新值为S_i；

第一判断结果得到模块，用于判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值，得到第一判断结果；

公共接入点短路容量确定模块，用于当所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值时，将所述公共接入点短路容量更新值确定为所述公共接入点的短路容量；

更新模块，用于当所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值大于或者等于所述设定阈值时，更新次数加1，重新计算公共接入点短路容量更新值S_i+1，将公共接入点短路容量更新值S_i+1替换公共接入点短路容量更新值S_i，将公共接入点短路容量更新值S_i替换公共接入点短路容量初始值S_i-1，并返回判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值步骤，直至所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值停止。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种公共接入点短路容量在线测量方法及系统，该方法包括获取非故障扰动前后的公共接入点的电气扰动量；所述非故障扰动为对公共接入点所连接的已知容量的并联无功补偿设备的进行投入或切除操作所产生的扰动；所述电气扰动量包括非故障扰动前公共接入点电压和非故障扰动后公共接入点电压、非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值以及非故障扰动前公共接入点上负荷总无功功率值；根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值；其中，所述公共接入点短路容量初始值为S_i-1，i为更新次数，i为大于0的整数；所述公共接入点短路容量更新值为S_i；判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值，得到第一判断结果；若是则将所述公共接入点短路容量更新值确定为所述公共接入点的短路容量；若否则更新次数加1，重新计算公共接入点短路容量更新值S_i+1，将公共接入点短路容量更新值S_i+1替换公共接入点短路容量更新值S_i，将公共接入点短路容量更新值S_i替换公共接入点短路容量初始值S_i-1，并返回判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值步骤，直至所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值停止。本发明通过交替迭代计算出扰动前后的公共接入点电压矢量的相位差，从而交替迭代计算出公共接入点短路容量，使得本发明计算得到的电网短路容量具有精度高的优势，且计算简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公共接入点短路容量在线测量方法的流程示意图；

图2为本发明基本电路图；图2中Es为电压源；C无功补偿设备(公共接入点所连接的已知容量的并联无功补偿设备)，已知容量为Q_C；V₁为非故障扰动前公共接入点电压的有效值；

图3为本发明电容器支路电流原理图；图3中Ic为进行投切操作的无功补偿设备的无功补偿电流；Zs为系统短路阻抗；Z_LD为负荷阻抗；

图4为本发明非故障扰动前后PCC电压矢量图；

图5为本发明实施例一种公共接入点短路容量在线测量系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明对短路容量测量方法，是采用投切PCC所连接元件无功补偿装置(如电抗器、电容器)引起扰动，在扰动之前之后测量PCC电压的有效值V₁、V₂；测量扰动前的PCC连接的线路等电气元件的负荷总有功功率P_L和总无功功率Q_L。基于上述测量值，利用本发明的测量方法可得到精确的短路容量。

根据本发明的研究，短路容量的测量不能忽略了扰动前后PCC电压相位差的测量，否则会严重影响短路容量在线测量精度。事实上，当投切PCC连接元件时，不仅PCC电压的有效值有变化，而且电压相位也有变化。电压的有效值测量属于基本电气量测量，目前已有成熟的技术，市场上也有相应的测量元件和配套板卡，但是对同一信号在不同时间段的电压矢量相位的测量，超出了常规测量的范围，没有简便易行的方法。

一种容易想到的直接方法就是测量PCC所连接无功补偿投切前后PCC电压过零点之间的时间差，由时间差换算为相位差。但是，这种方法有三个主要缺点：①为了定位电压过零时刻，采集卡的AD芯片需要很高的分辨率；②相位差换算为时间差后，对时间的分辨率要求很高，若要求1度电角度的分辨率，则时间分辨率需要5微秒左右，对AD芯片采样速度要求很高；③若电压波形含有谐波或者发生畸变，则会直接造成测量失败。因此，上述测量虽然理论上可行，但实际当中很复杂，或者很难以较低硬件成本实现。

鉴于目前针对PCC所连接无功补偿装置投切前后电压的相位差的测量没有简单易行的方法，本发明揭示了一种简单、易于实现的低成本测量计算方法，即通过现场测量扰动前后电压的有效值和PCC总有功功率和无功功率，并在短路容量初始值基础上反复迭代求解，最终得出相位差，进而计算出扰动前后PCC电压的矢量差，并相应计算出PCC短路容量。

因此，本发明的目的是一种公共接入点短路容量在线测量方法，能够快速准确简单的测量公共接入点的短路容量，且不影响输配电网的正常运行。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例公共接入点短路容量在线测量方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的公共接入点短路容量在线测量方法包括以下几个步骤。

步骤101：获取非故障扰动前后的公共接入点的电气扰动量；所述非故障扰动为对公共接入点所连接的已知容量的并联无功补偿设备的进行投入或切除操作所产生的扰动；所述电气扰动量包括非故障扰动前公共接入点电压的有效值和非故障扰动后公共接入点电压的有效值、非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值以及非故障扰动前公共接入点上负荷总无功功率值。

步骤102：根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值；其中，所述公共接入点短路容量初始值为S_i-1，i为更新次数，i为大于0的整数；所述公共接入点短路容量更新值为S_i。

步骤103：判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值，则执行步骤104；若所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值大于或者等于所述设定阈值，则执行步骤105。

步骤104：将所述公共接入点短路容量更新值确定为所述公共接入点的短路容量。

步骤105：更新次数加1，重新计算公共接入点短路容量更新值S_i+1，将公共接入点短路容量更新值S_i+1替换公共接入点短路容量更新值S_i，将公共接入点短路容量更新值S_i替换公共接入点短路容量初始值S_i-1，并返回步骤103，直至所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值停止。

对于需要测量短路容量的变电站PCC，利用PCC上并联无功补偿设备的投入或切除产生的非故障扰动，例如通过人工或者自动方式切除一组电容器，测量电容器投切前后的PCC电压的有效值、相位差、PCC馈出线路的总有功功率和总无功功率；然后根据电容器切除前PCC电压测量值及所切电容器容量，计算出所切电容器稳定工作时所发出的无功电流，将该无功电流用电流源表达，作为电路拓扑中的激励源之一，将变电站模型表达为由短路电抗、短路电抗后的电压源、由电容器等效电流源、由负荷功率得出的阻抗元件等组成的线性电路模型；最后将该电路模型分解为两个线性电路，一个是由电压源单独激励，见图2，另一个由电流源单独激励，见图3，根据矢量三角形计算出由电流源单独作用下引起的待测PCC电压变化量，进一步可计算出待测PCC的短路电抗及短路容量。

基于一般意义下的电力系统及其变电站，构建其电路模型如图2所示，Es为系统内电势，可以是电网额定电压，Z_LD是负荷阻抗，根据PCC上所有负荷计算出的阻抗，计算公式如下：

式(1)、式(2)中Es为额定电压，P_L和Q_L为电容器切除前PCC所带全部负荷在额定电压下的总有功功率和总无功功率，S为PCC短路容量。

本发明原理上将电容器用稳定工况下电流源表示，电流大小等于此时的电容器电流，电容器元件C用电流源I_C表示，根据替代原理，图2电路模型转化为图3电路模型，I_C由式(3)计算得到，

式(3)中的Q_C为电容器的额定容量，Es为额定电压，V₁为电容器切除之前实际电压。

电容电流单独作用时，根据支路电流原理，其电路模型如图3所示。

在实施测量后，可以测得电容切除前的电压的有效值V₁、电容切除后的电压的有效值V₂、电容切除前后电压的相位差θ，见图4所示的相量图，V₁是电容器切除前的PCC电压的有效值，V₂是电容器切除后的PCC电压，ΔV是电容器的等效电流源单独作用时产生的矢量压降，求出ΔV是本发明测量算法的关键。

根据图4所示的相量图得到的公式如下：

注意到公式(5)并非经验公式，而是电路基本的物理原理所得出，公式(5)蕴含的测量原理和方法是完全精确的。

将(1)(2)(3)(4)代入式(5)中，可推导出PCC短路容量S为

其中，Q_C为并联无功补偿装置的已知容量，P_L和Q_L为并联无功补偿装置投切对电网扰动之前的PCC的负荷总有功功率和负荷总无功功率，θ是PCC电压矢量扰动前后的相角差，是同一信号在不同时间段的矢量相位差。

根据公式(4)和公式(6)，只要测量V₁、V₂、P_L、Q_L和θ后，就可以计算短路容量S。但是对θ的测量，即对同一信号在不同时间段的电压矢量相位的测量，超出了常规测量的范围，没有简便易行、低成本并确保精度的测量方法。

为了克服上述缺陷，本发明并非通过直接测量相角差θ，而是根据Q_C、V₁、V₂、P_L和Q_L测量数值通过本发明提出的迭代交替求取扰动形成电压相角差θ。

基于以上原理分析，本发明主要迭代过程为：

当i＝1时，所述公共接入点短路容量初始值为S₀；公共接入点短路容量初始值S₀为预先设定值；优先的，S₀＝0。

所述公共接入点短路容量更新值为S₁；公共接入点短路容量更新值S₁是根据公式(7)计算得到，

式(7)中，V₁为非故障扰动前公共接入点电压的有效值；V₂为非故障扰动后公共接入点电压的有效值；Q_C为公共接入点所连接的并联无功补偿设备的容量；P_L为非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值；Q_L为非故障扰动前公共接入点上负荷总无功功率值。

判断所述公共接入点短路容量更新值S₁与所述公共接入点短路容量初始值S₀的差值是否小于设定阈值；

若是，则所述公共接入点短路容量更新值S₁确定为所述公共接入点的短路容量。

若否，则更新次数加1，为i＝2。

那么当i＝2时，所述公共接入点短路容量初始值为S₁。

所述公共接入点短路容量更新值为S₂，公共接入点短路容量更新值S₂是根据公式(8)计算得到；

式(8)中，ΔV为非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的矢量差，θ为所述非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的相角差，angle是复数的相位角函数；

判断所述公共接入点短路容量更新值S₂与所述公共接入点短路容量初始值S₁的差值是否小于设定阈值。

若是，则所述公共接入点短路容量更新值S₂确定为所述公共接入点的短路容量。

若否，则更新次数加1，为i＝2。

依次类推，即当i＞2时，所述公共接入点短路容量初始值为S_i-1，所述公共接入点短路容量更新值为S_i；公共接入点短路容量初始值S_i-1是根据公式(10)计算得到，

式(10)中，ΔV为非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的矢量差，θ为所述非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的相角差，angle是复数的相位角函数；

公共接入点短路容量更新值S_i是根据公式(11)计算得到，

式(11)中，ΔV为非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的矢量差，θ为所述非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的相角差，angle是复数的相位角函数；

判断所述公共接入点短路容量更新值S_i与所述公共接入点短路容量初始值S_i-1的差值是否小于设定阈值；若是，则所述公共接入点短路容量更新值S_i确定为所述公共接入点的短路容量；若否，则更新次数加1，为i＝i+1，直至所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值停止。

为了验证本发明的可行性和测量精度，建立变电站仿真模型和电网短路容量测量仪仿真模型。变电站模型包括并联无功补偿设备、负荷线路、断路器等。工况描述：按35kV电压等级设置待测PCC、无功补偿装置、负荷等参数。关键参数设置如下：待测PCC为35kV电压等级，PCC频率等于额定频率50Hz，三相短路容量设为1000MVA。变电站负荷为(50+j20)MVA。执行切除操作的电容器容量为50MVar。操作方法：在t＝6s时切除电容器，记录电容器切除前、后待测PCC电压的有效值、电压相位差，计算待测PCC短路容量。采用本发明所述方法测量结果如下：短路容量理论值为1000MVA，测量值为1009.8MVA，误差为0.98％。显然采用本发明提供的方法具有可行性，且测量出的短路容量精度很高。

为实现上述目的，本发明还提供了一种公共接入点短路容量在线测量系统。

图5为本发明实施例公共接入点短路容量在线测量系统的结构示意图，如图5所示，所述测量系统用于变电站公共接入点短路容量的现场测量；所述测量系统包括：

电气扰动量获取模块100，用于获取非故障扰动前后的公共接入点的电气扰动量；所述非故障扰动为对公共接入点所连接的已知容量的并联无功补偿设备的进行投入或切除操作所产生的扰动；所述电气扰动量包括非故障扰动前公共接入点电压的有效值和非故障扰动后公共接入点电压的有效值、非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值以及非故障扰动前公共接入点上负荷总无功功率值。

公共接入点短路容量初始值与更新值计算模块200，用于根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值；其中，所述公共接入点短路容量初始值为S_i-1，i为更新次数，i为大于0的整数；所述公共接入点短路容量更新值为S_i。

第一判断结果得到模块300，用于判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值，得到第一判断结果。

公共接入点短路容量确定模块400，用于当所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值时，将所述公共接入点短路容量更新值确定为所述公共接入点的短路容量。

更新模块500，用于当所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值大于或者等于所述设定阈值时，更新次数加1，重新计算公共接入点短路容量更新值S_i+1，将公共接入点短路容量更新值S_i+1替换公共接入点短路容量更新值S_i，将公共接入点短路容量更新值S_i替换公共接入点短路容量初始值S_i-1，并返回判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值步骤，直至所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值停止。

下面提供几个具有应用实施方案

第一、便携式系统短路容量测量仪的实施方案

便携式系统短路容量测量仪采用本发明提供的测量方法或者测量系统，并且它能够输入短路容量计算所需的相关参数，如无功补偿设备容量、如无功补偿设备投入或切除时之前和之后的PCC电压的有效值、相位差值及PCC注入有功无功数据等。

它通常是采取手动断开无功补偿设备的方式，通常采取断路器辅助节点变位的方式，判断无功补偿设备断路器的是否断开，在断路器断开时触发便携式系统短路容量测量仪进行接入点电压测量、对短路容量及短路电流计算、记录。并能够进行相应的显示和数据传输。

便携式系统短路容量测量仪具有准确性、快速性、简单性。电力部门各个专业人员均能够自行测量，使短路电流、短路容量的获取，摆脱了过去只能依靠系统专业人员计算的限制。

第二，固定式系统短路容量测量终端的实施方案

固定式系统短路容量测量仪采用本发明提供的测量方法或者测量系统，并且它的工业机箱设计标准与无功补偿设备控制装置相一致并组装在同一个控制屏(柜)中。

它能够输入无功补偿设备容量，输入、或通讯传入或测量短路容量计算所需的相关参数，如无功补偿设备投入或切除时之前和之后的PCC电压的有效值、相位差值及PCC注入有功无功数据等。

它采取断路器自动或手动断开无功补偿设备的方式，通常采取断路器操作跳闸信号、辅助节点变位或无功补偿装置电流情况的复合逻辑判断方式，判断无功补偿设备断路器的是否是操作跳闸并可靠地断开，保障电网在处于正常状态下断开无功补偿设备，在无人监视的状态自动进行短路容量试验，确保短路容量等试验数据的正确和准确。

在断路器断开时触发便携式系统短路容量测量仪进行接入点电压测量、对短路容量及短路电流计算、记录。并能够进行相应的显示和数据传输。

比如，采用固定式系统短路容量测量终端，直流换流站紧急启动时能够快速了解到是否满足短路比条件，防止谐振过电压，使电网控制系统更加安全可靠。

第三，采用固定式系统短路容量测量终端的短路容量短路电流在线测量采集系统。

采用固定式系统短路容量测量终端具备全双工的数据通信功能，通过通信系统，将电气扰动测量发送至短路容量测量终端，将最新测量的短路容量数据发送到数据后台，数据后台发布各个测试点的数据，供电网各专业人员使用。

通过短路容量在线监测系统，在异常电网状态下，快速提供电网的短路容量，电网继电保护可以及时发现保护定值是否失配。

与现有技术相比，本发明提供的方法或者系统的有益效果为

1、测量原理不导致误差，精度满足短路容量测量实用化要求；注意公式(5)并非经验公式，而是电路基本的物理原理得到，因此本发明依据的测量原理是精确的，本发明所述方法实际测量短路容量时，其测量误差由电气量的测量误差，以及负荷特性、切除操作的并联无功补偿设备容量等参数误差构成，而非本发明依据的原理所导致。

2、采取非故障扰动方式测量、不影响输配电网的正常运行；本发明采取投入或切除并联无功补偿装置时测量电网短路容量，是电网正常操作，不会对电网安全构成影响，不影响电网输配电正常运行。

3、短路容量的测量，不对电网运行方式进行限定。本发明所述的电路考虑了PCC上有功及无功的各种情况，测量原理普适于电网方式潮流的各种情况，测量并不不限定电网在特定运行方式下进行。

4、采用简单易行测量技术与迭代算法相结合，避免了对扰动前后电压矢量相角差测量的复杂技术问题，迭代算法以普通测量方法，交替迭代计算出电压相角差、矢量差和短路容量，具有硬件简单、成本低、抗干扰性好和适应非理想环境的优点；特别是，本发明技术上可以成为一种嵌入式的软件，嵌入到电力系统保护与控制设备或系统中，使电力系统保护与控制设备具备自行整定、自行状态检验的功能性能；可广泛用于电力设备制造、电网、发电和用电企业。

5、基于本发明所述的短路容量测量方法，使继电保护和控制设备具备自整定、自适应功能；由于本发明克服了测量技术上的困难，简单易行，容易以软件方式嵌入到电力系统保护与控制装置中。特别是继电保护装置通过嵌入本发明所述的方法形成短路容量测量功能，或通过通信接受采用本发明所述方法的固定式装置测量的短路容量，使得继保装置根据本发明在线测量短路容量，按继电保护整定原则自动计算和自动更新整定值，就能够使继保技术得到提升，从而实现继电保护和自控装置自整定、自适应功能。特别是在运行方式调整切换频繁、设备众多、维护困难的配电网，基于本发明所述的短路容量测量方法的继电保护自整定及自适应技术具有很大的应用价值。

综上所述，本发明避免了相位差测量的技术复杂性，即避免了同一信号在不同时段之间的相位差测量的技术复杂性，将普通的电气测量技术与迭代算法结合，达到较高精度的短路容量测量数值。本发明弥补短路容量计算方法的缺陷，具有准确性、及时性、方便性的特点和就地化的特征；测量安全、简单、不影响电网输配电正常运行、测量时不限定电网在特定的运行方式；同时具有硬件简单、成本低、抗干扰性好和适应非理想环境的优点；特别是，本发明技术上可以成为一种嵌入式的软件，嵌入到电力系统保护与控制设备或系统中，使电力系统保护与控制设备具备自行整定、自行状态检验的功能性能；可广泛用于电力设备制造、电网、发电和用电企业。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种公共接入点短路容量在线测量方法，其特征在于，所述公共接入点短路容量在线测量方法用于变电站公共接入点短路容量的现场测量；所述测量方法包括：

获取非故障扰动前后的公共接入点的电气扰动量；所述非故障扰动为对公共接入点所连接的已知容量的并联无功补偿设备的进行投入或切除操作所产生的扰动；所述电气扰动量包括非故障扰动前公共接入点电压的有效值和非故障扰动后公共接入点电压的有效值、非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值以及非故障扰动前公共接入点上负荷总无功功率值；

根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值；其中，所述公共接入点短路容量初始值为S_i-1，i为更新次数，i为大于0的整数；所述公共接入点短路容量更新值为S_i；

判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值，则将所述公共接入点短路容量更新值确定为所述公共接入点的短路容量；

若所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值大于或者等于所述设定阈值，则更新次数加1，重新计算公共接入点短路容量更新值S_i+1，将公共接入点短路容量更新值S_i+1替换公共接入点短路容量更新值S_i，将公共接入点短路容量更新值S_i替换公共接入点短路容量初始值S_i-1，并返回判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值步骤，直至所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值停止。

2.根据权利要求1所述的公共接入点短路容量在线测量方法，其特征在于，所述根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值，具体包括：

当i＝1时，所述公共接入点短路容量初始值为S₀；公共接入点短路容量初始值S₀为预先设定值；

所述公共接入点短路容量更新值为S₁；公共接入点短路容量更新值S₁是根据以下公式计算得到，所述公式为：

其中，V₁为非故障扰动前公共接入点电压的有效值；V₂为非故障扰动后公共接入点电压的有效值；Q_C为公共接入点所连接的并联无功补偿设备的容量；P_L为非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值；Q_L为非故障扰动前公共接入点上负荷总无功功率值。

3.根据权利要求2所述的公共接入点短路容量在线测量方法，其特征在于，所述根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值，具体包括：

当i＝2时，所述公共接入点短路容量初始值为S₁；

所述公共接入点短路容量更新值为S₂，公共接入点短路容量更新值S₂是根据以下公式计算得到；所述公式为：

其中，ΔV为非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的矢量差。

4.根据权利要求3所述的公共接入点短路容量在线测量方法，其特征在于，所述根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值，具体包括：

当i＞2时，所述公共接入点短路容量初始值为S_i-1，所述公共接入点短路容量更新值为S_i；公共接入点短路容量初始值S_i-1、公共接入点短路容量更新值S_i均是根据以下公式计算得到；所述公式为：

S为公共接入点短路容量初始值S_i-1或公共接入点短路容量更新值S_i；ΔV为非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的矢量差。

5.根据权利要求3或4所述的公共接入点短路容量在线测量方法，其特征在于，所述非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的矢量差的计算公式为其中，θ为所述非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的相角差。

6.根据权利要求5所述的公共接入点短路容量在线测量方法，其特征在于，所述非故障扰动前公共接入点电压与非故障扰动后公共接入点电压的相角差的计算公式为angle是复数的相位角函数；

7.一种公共接入点短路容量在线测量系统，其特征在于，所述测量系统用于变电站公共接入点短路容量的现场测量；所述测量系统包括：

电气扰动量获取模块，用于获取非故障扰动前后的公共接入点的电气扰动量；所述非故障扰动为对公共接入点所连接的已知容量的并联无功补偿设备的进行投入或切除操作所产生的扰动；所述电气扰动量包括非故障扰动前公共接入点电压的有效值和非故障扰动后公共接入点电压的有效值、非故障扰动前公共接入点上负荷总有功功率值以及非故障扰动前公共接入点上负荷总无功功率值；

公共接入点短路容量初始值与更新值计算模块，用于根据所述电气扰动量，计算公共接入点短路容量初始值和公共接入点短路容量更新值；其中，所述公共接入点短路容量初始值为S_i-1，i为更新次数，i为大于0的整数；所述公共接入点短路容量更新值为S_i；

第一判断结果得到模块，用于判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值，得到第一判断结果；

公共接入点短路容量确定模块，用于当所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值时，将所述公共接入点短路容量更新值确定为所述公共接入点的短路容量；

更新模块，用于当所述第一判断结果表示所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值大于或者等于所述设定阈值时，更新次数加1，重新计算公共接入点短路容量更新值S_i+1，将公共接入点短路容量更新值S_i+1替换公共接入点短路容量更新值S_i，将公共接入点短路容量更新值S_i替换公共接入点短路容量初始值S_i-1，并返回判断所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值是否小于设定阈值步骤，直至所述公共接入点短路容量更新值与所述公共接入点短路容量初始值的差值小于所述设定阈值停止。