CN110034567A - 基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法，包括采集配电网参数，计算配电网稳态潮流，得到配电网各节点稳态电压，并计算负荷等效阻抗；根据变压器参数，形成变压器的变换矩阵，并修正节点间等效阻抗，建立电压暂降经配电线路的传播矩阵；将电源‑故障点连线视为故障馈线，其余馈线视为非故障馈线，建立故障馈线电压暂降特征方程，结合变压器与线路的传播矩阵，建立故障源至负荷端的电压暂降传播特性方程；利用电压暂降传播特性方程，计算不同故障类型下的配电网中电压暂降特征量分布。本发明能够利用配电网参数及其结构特点，分析电压暂降的分布特征，方法简单有效，易于工程应用。

Description

基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法

技术领域

本发明实施例涉及电能质量控制与分析技术领域，尤其涉及一种基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法。

背景技术

随着经济发展和科技水平的提高，现代工业园区生产自动化水平越来越高，生产设备趋于集成化和密度化。一方面，基于计算机、微处理器的工业负荷的大量投入，电网设备对负荷特性的敏感性增强；另一方面，电力电子设备、变频设备的普遍使用，使城市电网结构日益复杂，从而对城市电网电能质量提出了更高的要求。电压暂降主要由系统短路故障引起，是电能质量中最受关注的问题之一，严重威胁着信息化社会供电质量。

国内外关于电压暂降在线监测、评估方法、暂降源定位识别等方面已取得大量研究成果。针对电压暂降的研究多依赖于电压暂降特征量分析，由于电压暂降的发生是随机事件，通过在线监测获取电压暂降的特征信息的方法有很大局限。其监测周期长、成本高，且监测数据易受设备、外部环境影响，数据精度无法得到保证；同时，基于监测数据的电压暂降研究属于事故后分析，不利于用户侧提前感知电压暂降并及时展开防治补偿措施。

发明内容

本发明提供一种基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法，基于机理分析，能够对配电网中短路故障引起的电压暂降的特征量分布进行准确计算，无需大量的监测数据且计算效率高，适用于工程实际，便于用户侧提前感知暂降特征，及时展开防治补偿措施。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法，所述方法包括：

S10、采集配电网参数，计算配电网稳态潮流，得到配电网各节点稳态电压，并计算负荷等效阻抗；

S20、获取变压器和线路的传播矩阵：根据变压器参数，形成变压器的变换矩阵，并修正节点间等效阻抗，建立电压暂降经配电线路的传播矩阵；

S30、划分配电网，形成典型辐射状配电网中电压暂降的传播方程：将电源-故障点连线视为故障馈线，其余馈线视为非故障馈线，建立故障馈线电压暂降特征方程，结合变压器与线路的传播矩阵，建立故障源至负荷端的电压暂降传播特性方程；

S40、利用电压暂降传播特性方程，计算不同故障类型下的配电网中电压暂降特征量分布。

进一步地，所述基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法中，所述步骤S10包括：

S101、采集配电网参数，所述参数包括线路长度及导线型号、变压器型号和负荷功率，利用前推回代法计算故障前各节点的电压向量，即：

式中，U_i ^pref表示节点i的稳态电压，n为配电网节点数；

S102、利用步骤S101采集到的负荷数据，结合计算所得的节点稳态电压，建立恒阻抗负荷模型，负荷等效阻抗计算式为：

式中，P_i和Q_i为节点i的功率，Z_loadi为节点i所接负荷的等效阻抗。

进一步地，所述基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法中，所述步骤S20包括：

S201、根据零序分量传播特点，将变压器分类，并分析暂降电压经变压器的传播特性，变压器的分类类型包括：

I类变压器：两侧相电压标幺值相等，如Y0/Y0接线变压器；

II类变压器：一侧产生零序分量，但无法在另一侧流通，如Y0/Y接线变压器；

III类变压器：一侧产生零序分量，在另一侧形成环流，如Y/Δ接线变压器；

各类型的变压器暂降相电压变换矩阵为：

计及变压器内阻与变比的等效阻抗修正方法可表述为：

式中，Z_S为系统至PCC(Point of Common Coupling)点的等效阻抗，Z_T为归算至高压侧的变压器阻抗，Z_F为故障点至PCC点的等效阻抗，U_i ^f为节点i不经变压器传播的暂降幅值，U_i,T ^f为节点i经变压器传播的暂降幅值；

S202、基于相序变换建立暂降相电压经线路的传播矩阵，相序变换矩阵为：

式中，a＝e^j120°，为计算因子，从而建立暂降相电压传播矩阵：

式中，U_m ^f为节点m的暂降相电压，Z_i ⁽⁰¹²⁾和Z_m ⁽⁰¹²⁾为节点i和节点m至负荷端的各序等效阻抗。

进一步地，所述基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法中，所述步骤S30包括：

S301、将电源-故障点连线成为故障馈线，其余馈线成为非故障馈线，将故障馈线和非故障馈线的公共点视为PCC点，建立辐射状配电网中故障馈线上各种故障类型下的电压暂降特征方程，具体可表述为(设A相为故障相，i为待求节点，SLGF为单相接地故障，LLF为相间短路故障，DLGF为两相接地短路，TPF为三相接地故障，U_i,A ^f为节点i的A相暂降电压)；

S302、对于故障馈线，结合公式(3)、公式(4)和公式(7)，提取故障源至配网节点的电压暂降传播特性；对于非故障馈线，结合公式(3)、公式(4)和公式(6)、公式(7)，提取故障源至配网节点的电压暂降传播特性，可表述为：

式中，U_loadi,ABC ^f为负荷i的暂降电压向量，T_i为计及线路变压器与配电变压器的等效变换矩阵，C为故障馈线上的节点集，j为故障馈线对应的PCC点，f(Z_S-i,Z_i-f)_ABC为经变压器变比与内阻特性修正后的故障馈线暂降特征分布方程，即故障馈线上的节点j的电压暂降特征量。

进一步地，所述基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法中，所述步骤S40包括：

对于配电网中节点故障，可利用公式(8)计算不同故障类型下的配电网各节点电压暂降特征分布；

对于线路故障，只需修正待求位置至负荷端的等效阻抗Z_i ⁽⁰¹²⁾与PCC点至故障位置的等效阻抗Z_F ⁽⁰¹²⁾，即可用相同方法计算暂降特征量。

本发明实施例提供的一种基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法，能够利用配电网参数及其结构特点，分析电压暂降的分布特征，方法简单有效，易于工程应用。

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，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的更为详细的流程示意图；

图3是本发明实施例中经变压器变比与内阻修正后的电压暂降传播特性。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

请参阅附图1，为本发明实施例一提供的一种基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法的流程示意图，该方法具体包括如下步骤：

S10、采集配电网参数，计算配电网稳态潮流，得到配电网各节点稳态电压，并计算负荷等效阻抗；

S20、获取变压器和线路的传播矩阵：根据变压器参数，形成变压器的变换矩阵，并修正节点间等效阻抗，建立电压暂降经配电线路的传播矩阵；

S30、划分配电网，形成典型辐射状配电网中电压暂降的传播方程：将电源-故障点连线视为故障馈线，其余馈线视为非故障馈线，建立故障馈线电压暂降特征方程，结合变压器与线路的传播矩阵，建立故障源至负荷端的电压暂降传播特性方程；

S40、利用电压暂降传播特性方程，计算不同故障类型下的配电网中电压暂降特征量分布。

优选的，所述基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法中，所述步骤S10包括：

S101、采集配电网参数，所述参数包括线路长度及导线型号、变压器型号和负荷功率，利用前推回代法计算故障前各节点的电压向量，即：

式中，U_i ^pref表示节点i的稳态电压，n为配电网节点数；

S102、利用步骤S101采集到的负荷数据，结合计算所得的节点稳态电压，建立恒阻抗负荷模型，负荷等效阻抗计算式为：

式中，P_i和Q_i为节点i的功率，Z_loadi为节点i所接负荷的等效阻抗。

优选的，所述基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法中，所述步骤S20包括：

S201、根据零序分量传播特点，将变压器分类，并分析暂降电压经变压器的传播特性，变压器的分类类型包括：

I类变压器：两侧相电压标幺值相等，如Y0/Y0接线变压器；

II类变压器：一侧产生零序分量，但无法在另一侧流通，如Y0/Y接线变压器；

III类变压器：一侧产生零序分量，在另一侧形成环流，如Y/Δ接线变压器；

各类型的变压器暂降相电压变换矩阵为：

计及变压器内阻与变比的等效阻抗修正方法可表述为：

式中，Z_S为系统至PCC(Point of Common Coupling)点的等效阻抗，Z_T为归算至高压侧的变压器阻抗，Z_F为故障点至PCC点的等效阻抗，U_i ^f为节点i不经变压器传播的暂降幅值，U_i,T ^f为节点i经变压器传播的暂降幅值；

S202、基于相序变换建立暂降相电压经线路的传播矩阵，相序变换矩阵为：

式中，a＝e^j120°，为计算因子，从而建立暂降相电压传播矩阵：

式中，U_m ^f为节点m的暂降相电压，Z_i ⁽⁰¹²⁾和Z_m ⁽⁰¹²⁾为节点i和节点m至负荷端的各序等效阻抗。

优选的，所述基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法中，所述步骤S30包括：

S301、将电源-故障点连线成为故障馈线，其余馈线成为非故障馈线，将故障馈线和非故障馈线的公共点视为PCC点，建立辐射状配电网中故障馈线上各种故障类型下的电压暂降特征方程，具体可表述为(设A相为故障相，i为待求节点，SLGF为单相接地故障，LLF为相间短路故障，DLGF为两相接地短路，TPF为三相接地故障，U_i,A ^f为节点i的A相暂降电压)；

S302、对于故障馈线，结合公式(3)、公式(4)和公式(7)，提取故障源至配网节点的电压暂降传播特性；对于非故障馈线，结合公式(3)、公式(4)和公式(6)、公式(7)，提取故障源至配网节点的电压暂降传播特性，可表述为：

式中，U_loadi,ABC ^f为负荷i的暂降电压向量，T_i为计及线路变压器与配电变压器的等效变换矩阵，C为故障馈线上的节点集，j为故障馈线对应的PCC点，f(Z_S-i,Z_i-f)_ABC为经变压器变比与内阻特性修正后的故障馈线暂降特征分布方程，即故障馈线上的节点j的电压暂降特征量。

优选的，所述基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法中，所述步骤S40包括：

对于配电网中节点故障，可利用公式(8)计算不同故障类型下的配电网各节点电压暂降特征分布；

对于线路故障，只需修正待求位置至负荷端的等效阻抗Z_i ⁽⁰¹²⁾与PCC点至故障位置的等效阻抗Z_F ⁽⁰¹²⁾，即可用相同方法计算暂降特征量。

本发明实施例提供的一种基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法，利用变压器和配电线路的传播矩阵研究电压暂降的在配电网中的传播规律，根据故障位置将配电网划分为故障馈线和非故障馈线并研究故障馈线上的的电压暂降特征分布，进而提取故障源至负荷端的电压暂降传播方程，计算配电网中短路型电压暂降的特征量分布，更适合于工程实际，为工程人员快速分析电压暂降特征，用户侧提前开展防止补偿措施提供技术指导。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法，其特征在于，所述方法包括：

S10、采集配电网参数，计算配电网稳态潮流，得到配电网各节点稳态电压，并计算负荷等效阻抗；

S20、根据变压器参数，形成变压器的变换矩阵，并修正节点间等效阻抗，建立电压暂降经配电线路的传播矩阵；

S30、将电源-故障点连线视为故障馈线，其余馈线视为非故障馈线，建立故障馈线电压暂降特征方程，结合变压器与线路的传播矩阵，建立故障源至负荷端的电压暂降传播特性方程；

S40、利用电压暂降传播特性方程，计算不同故障类型下的配电网中电压暂降特征量分布。

2.根据权利要求1所述的基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法，其特征在于，所述步骤S10包括：

S101、采集配电网参数，所述参数包括线路长度及导线型号、变压器型号和负荷功率，利用前推回代法计算故障前各节点的电压向量，即：

式中，U_i ^pref表示节点i的稳态电压，n为配电网节点数；

S102、利用步骤S101采集到的负荷数据，结合计算所得的节点稳态电压，建立恒阻抗负荷模型，负荷等效阻抗计算式为：

式中，P_i和Q_i为节点i的功率，Z_loadi为节点i所接负荷的等效阻抗。

3.根据权利要求1所述的基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法，其特征在于，所述步骤S20包括：

S201、根据零序分量传播特点，将变压器分类，并分析暂降电压经变压器的传播特性，变压器的分类类型包括：

I类变压器：两侧相电压标幺值相等；

II类变压器：一侧产生零序分量，但无法在另一侧流通；

III类变压器：一侧产生零序分量，在另一侧形成环流；

各类型的变压器暂降相电压变换矩阵为：

计及变压器内阻与变比的等效阻抗修正方法可表述为：

式中，Z_S为系统至PCC点的等效阻抗，Z_T为归算至高压侧的变压器阻抗，Z_F为故障点至PCC点的等效阻抗，U_i ^f为节点i不经变压器传播的暂降幅值，U_i,T ^f为节点i经变压器传播的暂降幅值；

S202、基于相序变换建立暂降相电压经线路的传播矩阵，相序变换矩阵为：

式中，a＝e^j120°，为计算因子，从而建立暂降相电压传播矩阵：

式中，U_m ^f为节点m的暂降相电压，Z_i ⁽⁰¹²⁾和Z_m ⁽⁰¹²⁾为节点i和节点m至负荷端的各序等效阻抗。

4.根据权利要求1所述的基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法，其特征在于，所述步骤S30包括：

S301、将电源-故障点连线成为故障馈线，其余馈线成为非故障馈线，将故障馈线和非故障馈线的公共点视为PCC点，建立辐射状配电网中故障馈线上各种故障类型下的电压暂降特征方程，具体可表述为；

S302、对于故障馈线，结合公式(3)、公式(4)和公式(7)，提取故障源至配网节点的电压暂降传播特性；对于非故障馈线，结合公式(3)、公式(4)和公式(6)、公式(7)，提取故障源至配网节点的电压暂降传播特性，可表述为：

式中，U_loadi,ABC ^f为负荷i的暂降电压向量，T_i为计及线路变压器与配电变压器的等效变换矩阵，C为故障馈线上的节点集，j为故障馈线对应的PCC点，f(Z_S-i,Z_i-f)_ABC为经变压器变比与内阻特性修正后的故障馈线暂降特征分布方程，即故障馈线上的节点j的电压暂降特征量。

5.根据权利要求1所述的基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法，其特征在于，所述步骤S40包括：

对于配电网中节点故障，利用公式(8)计算不同故障类型下的配电网各节点电压暂降特征分布；

对于线路故障，修正待求位置至负荷端的等效阻抗Z_i ⁽⁰¹²⁾与PCC点至故障位置的等效阻抗Z_F ⁽⁰¹²⁾，用相同方法计算暂降特征量。