CN110490340B - 配网接地故障计算方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种配网接地故障计算方法，包括：基于配网的实际工作电压、负荷及三相阻抗，建立配网的等值模型；根据等值模型建立边界点状态函数；根据边界点状态函数，采用牛顿拉夫逊法计算与配网对应的主网的节点电压；根据主网的节点电压和等值模型，计算配网的所有节点电压，并根据得到配网的节点电压确定配网的接地故障情况。配网接地故障计算方法体现了配网故障引起的主网的潮流变化，以及主网对配网故障的物理响应。配网接地故障计算方法相较于将主网等效为恒定电压源更加符合实际运行情况，得到的配网的故障解更贴近实际值。

Description

配网接地故障计算方法
技术领域
本申请涉及电力技术领域，特别是涉及一种配网接地故障计算方法。
背景技术
现代电力系统中，短路故障是引起主网电压暂降的主要原因。现有的电压暂降分析通常单独在配网或者主网中进行。
在单独分析配网电压暂降时，通常将主网等效为恒定电压源以实现对配网电压暂降的快速分析。但是，由于配网发生故障时从主网吸收的功率与配网正常运行时相差较大，从而对主网的影响较大，故恒定电压源的等效与实际运行的主网特性存在偏差。因此，现有的配网电压暂降分析结果不准确。
发明内容
基于此，有必要针对现有配网电压暂降分析结果不准确的问题，提供一种。配网电压接地故障计算方法。
本申请提供一种配网接地故障计算方法，包括：
基于配网的实际工作电压、负荷及三相阻抗，建立所述配网的等值模型；
根据所述等值模型建立边界点状态函数；
根据所述边界点状态函数，采用牛顿拉夫逊法计算与所述配网对应的主网的节点电压；
根据所述主网的节点电压和所述等值模型，计算所述配网的所有节点电压，并根据得到所述配网的节点电压确定所述配网的接地故障情况。
在其中一个实施例中，所述基于所述配网的实际工作电压、负荷及三相阻抗建立所述配网的所述等值模型，包括：
根据所述配网的实际工作电压、负荷及三相阻抗建立包括线路模型和负荷模型的所述配网模型；
根据所述配网的故障类型和故障位置修改所述配网模型，得到故障配网模型；
根据串并联等效原则，对所述故障配网模型进行串并联变换得到所述等值模型。
在其中一个实施例中，建立包括所述线路模型和所述负荷模型的所述配网模型的步骤包括：
建立三相形式的所述线路模型和三相形式的所述负荷模型，并根据所述线路模型和所述负荷模型构成所述配网模型，其中所述线路模型通过所述配网的三相阻抗计算得到，且所述负荷模型通过所述配网的实际工作电压和负荷计算得到。
在其中一个实施例中，所述根据所述配网的故障类型和故障位置修改所述配网模型，得到故障配网模型包括：
根据所述配网故障类型等效不同的接地阻抗，并在其对应的所述故障位置处接入包括所述接地阻抗的支路，得到所述故障配网模型。
在其中一个实施例中，对所述故障配网模型进行串并联变换得到所述等值模型包括：
对所述故障配网的三相分别进行串并联变换得到所述等值模型。
在其中一个实施例中，所述根据所述等值模型建立所述边界点状态函数包括：
根据所述等值模型计算边界点功率与边界点电压的函数关系，得到所述边界点状态函数。
在其中一个实施例中，采用牛顿拉夫逊法计算与所述配网对应的所述主网的节点电压的步骤，包括：
根据所述边界点状态函数对所述牛顿拉夫逊算法进行初始化，得到节点导纳矩阵和节点电压初始值；
结合修正量求解方程，计算所述主网的节点电压值的修正量，得到修正后的所述主网的节点电压值；
重复计算所述主网的节点电压值，直至满足预设的收敛条件，得到所有所述主网的节点电压值。
在其中一个实施例中，所述结合所述修正量求解方程，计算所述主网的节点电压值的修正量，得到所述修正后的所述主网的节点电压值，包括：
计算所述修正量求解方程的常数项向量和雅克比矩阵元素，得到所述修正量求解方程；
根据所述修正量求解方程，计算所述主网的节点电压值的修正量，得到所述修正后的所述主网的节点电压值。
在其中一个实施例中，所述根据所述主网的节点电压和所述等值模型，计算所述配网的所有节点电压，并根据得到的所述配网的节点电压确定所述配网的接地故障情况，包括：
根据所述主网的节点电压和所述等值模型计算支路电流；
还原所述支路电流经过所述配网的部分网络，计算所述支路电流所在支路的实际电压值；
重复上述步骤，计算所述配网所有节点的实际电压值，并根据得到所述配网的节点电压确定所述配网的接地故障情况。
在其中一个实施例中，所述根据所述边界点电压和所述等值模型计算所述支路电流，包括：
根据所述边界点电压和所述等值模型，采用阻抗形式的欧姆定律计算所述支路电流。
在其中一个实施例中，所述还原所述支路电流经过所述配网的部分网络，计算所述支路电流所在支路的所述实际电压值包括：
还原所述支路电流经过所述配网的部分网络，计算所述支路电流所在支路的实际电压降落值，并根据所述主网的节点电压和所述实际电压降落值计算所述实际电压值。
上述配网接地故障计算方法中，通过建立所述配网网络的所述等值模型，结合牛顿拉夫逊法求解所述配网故障下的所述主网的边界点电压，并根据所述边界点电压计算所述配网各个节点的电压状态。可见，本申请中配网接地故障计算方法基于配网的实际工作电压、负荷及三相阻抗求解所述配网故障下的所述主网的边界点电压，体现了所述配网故障引起的所述主网的潮流变化，以及所述主网对所述配网故障的物理响应。并进一步根据主网的边界点电压和所述等值模型计算配网的所有节点电压，进而根据配网的所有节点电压确定故障，相较于将所述主网等效为恒定电压源更加符合实际运行情况，得到的所述配网的故障解更贴近实际值。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种配网接地故障计算方法流程图；
图2为本申请实施例提供的一种原始故障配网示意图；
图3为本申请实施例提供的一种故障配网模型示意图；
图4为本申请实施例提供的一种故障配网的等值模型示意图；
图5为本申请实施例提供的一种故障配网的计算示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请提供一种配网接地故障计算方法，包括：
步骤S110，基于配网的实际工作电压Va、负荷Pa+jQa及三相阻抗Z，建立配网的等值模型
Figure BDA0002186992080000051
步骤S120，根据等值模型
Figure BDA0002186992080000052
建立边界点状态函数；
步骤S130，根据边界点状态函数，采用牛顿拉夫逊法计算与配网对应的主网的节点电压
Figure BDA0002186992080000053
步骤S140，根据主网的节点电压
Figure BDA0002186992080000061
和等值模型
Figure BDA0002186992080000062
计算配网的所有节点电压
Figure BDA0002186992080000063
并根据得到配网的节点电压
Figure BDA0002186992080000064
确定配网的接地故障情况。
可以理解，当配网发生故障时，其从主网吸收的功率与配网正常运行时相差较大，即配网接地故障需要考虑主网响应下配网根节点的状态变化。因此，本申请提供的配网接地故障计算方法针对存在不同接地故障的配网，分析故障配网的等值模型
Figure BDA0002186992080000065
并将等值模型
Figure BDA0002186992080000066
应用于主网的潮流计算。通过主网的潮流计算得到边界点电压，进而计算得到配网各个节点的电压。可以理解。边界点为主网与配网相接的节点。
配网接地故障计算方法通过建立配网网络的等值模型，结合牛顿拉夫逊法求解配网故障下的主网的边界点电压，并根据边界点电压计算配网各个节点的电压状态。配网接地故障计算方法体现了配网故障引起的主网的潮流变化，以及主网对配网故障的物理响应。配网接地故障计算方法相较于将主网等效为恒定电压源更加符合实际运行情况，得到的配网的故障解更贴近实际值。
在其中一个实施例中，基于配网的实际工作电压Va、负荷Pa+jQa及三相阻抗Z建立配网的等值模型
Figure BDA0002186992080000067
包括：根据配网的实际工作电压Va、负荷Pa+jQa及三相阻抗Z建立包括线路模型Zline和负荷模型Zload的配网模型。根据配网的故障类型和故障位置修改配网模型，得到故障配网模型。根据串并联等效原则，对故障配网模型进行串并联变换得到等值模型
Figure BDA0002186992080000068
可以理解，实际工作电压Va、负荷Pa+jQa及三相阻抗Z可以通过获取故障配网网络的拓扑信息和用户电量信息计算得到。
在其中一个实施例中，建立包括线路模型Zline和负荷模型Zload的配网模型的步骤包括：建立三相形式的线路模型Zline和三相形式的负荷模型Zload，并根据线路模型Zline和负荷模型Zload构成配网模型，其中线路模型Zline通过配网的三相阻抗Z计算得到，且负荷模型Zload通过配网的实际工作电压Va和负荷Pa+jQa计算得到。
可以理解，由于配网的负荷信息和网络信息往往并不是三相严格对称，所以故障配网中对应的线路模型Zline和负荷模型Zload均可以为三相形式，以反应各个相的物理特性，参见公式(1)。
Figure BDA0002186992080000071
首先，根据实际配网工作时的运行数据，即工作电压Va以及负荷Pa+jQa可以计算得到负荷模型Zload_a：
Figure BDA0002186992080000072
其中，Pa为负荷的有功功率，且Qa为负荷的无功功率。其次，可以计算得到线路模型Zline：
Figure BDA0002186992080000073
其中，线路模型Zline中对角元素表示各相自阻抗参数，非对角元素为互阻抗参数。
请一并参见图2和图3，在其中一个实施例中，根据配网的故障类型和故障位置修改配网模型，得到故障配网模型包括：根据配网故障类型等效不同的接地阻抗zf，并在其对应的故障位置处接入包括接地阻抗的支路，得到故障配网模型。可以理解，假设在配网线路中f处发生A相接地故障，其接地阻抗为zf，相当于在f出接入一个支路Zf：
Figure BDA0002186992080000081
其中，Zf_a＝zf，Zf_b＝∞，Zf_c＝∞。可以理解，接地相的阻抗值为接地阻抗，正常相的阻抗为正无穷，表示悬空，其他接地故障按照此规则赋值即可。
在其中一个实施例中，对故障配网模型进行串并联变换得到等值模型
Figure BDA0002186992080000082
包括：对故障配网的三相分别进行串并联变换得到等值模型
Figure BDA0002186992080000083
可以理解，三相形式的串并联变换与单相的类似。在其中一个实施例中，当支路Zα和支路Zβ串联时，其等效支路为Zeq＝Zα+Zβ。当两条支路并联时，其等效支路Zeq＝(Zα -1+Zβ -1)-1。利用上述串并联规则对故障配网反复进行串并联变换得到最终等值模型
Figure BDA0002186992080000084
可以理解，通过等值模型
Figure BDA0002186992080000085
可以有利于对配网状态进行分析和简化。
在其中一个实施例中，根据等值模型
Figure BDA0002186992080000086
建立边界点状态函数包括：根据等值模型
Figure BDA0002186992080000087
计算边界点功率与边界点电压的函数关系，得到边界点状态函数。在本实施例中，根据故障配网等值模型
Figure BDA0002186992080000088
推导边界点功率PB、QB与边界点电压
Figure BDA0002186992080000089
的函数关系：
Figure BDA00021869920800000810
Figure BDA00021869920800000811
Figure BDA00021869920800000812
Figure BDA00021869920800000813
Figure BDA00021869920800000814
Figure BDA00021869920800000815
其中，矩阵S为相序变换阵，
Figure BDA00021869920800000816
为边界点电流，且
Figure BDA00021869920800000817
为视在功率。可以理解，将上推到过程可以表述为边界点状态函数：
Figure BDA0002186992080000091
Figure BDA0002186992080000092
其中，上标s和0，1，2表示为序分量下的物理量，上标a，b，c为网络状态量的另一种序分量下的物理量，即0，1，2序分量和a，b，c序分量为两种表达形式。
在其中一个实施例中，采用牛顿拉夫逊法计算与配网对应的主网的节点电压
Figure BDA0002186992080000093
的步骤，包括：根据边界点状态函数对牛顿拉夫逊算法进行初始化，得到节点导纳矩阵和节点电压初始值。结合修正量求解方程，计算主网的节点电压值
Figure BDA0002186992080000094
的修正量，得到修正后的主网的节点电压值
Figure BDA0002186992080000095
重复计算主网的节点电压值
Figure BDA0002186992080000096
直至满足预设的收敛条件，得到所有主网的节点电压值
Figure BDA0002186992080000097
可以理解，设置节点电压初始值和节点导纳矩阵可以根据通用的牛顿拉夫逊算法潮流计算方法进行求解。同时，牛顿拉夫逊算法的收敛条件也可以根据通用的牛顿拉夫逊算法潮流计算方法进行设置。
在其中一个实施例中，结合修正量求解方程，计算主网的节点电压值
Figure BDA0002186992080000098
的修正量，得到修正后的主网的节点电压值
Figure BDA0002186992080000099
包括：计算修正量求解方程的常数项向量和雅克比矩阵元素，得到修正量求解方程。根据修正量求解方程，计算主网的节点电压值
Figure BDA00021869920800000910
的修正量，得到修正后的主网的节点电压值
Figure BDA00021869920800000911
在本实施例中，可以采用三序形式的牛顿拉夫逊法计算主网潮流。可以理解，牛顿拉夫逊法是通过循环迭代计算待求解值的修正量直至收敛，从而得到网络的状态解。其中，修正量求解方程如下：
ΔX0＝J0 -1ΔS0 (13)
ΔX1＝J1 -1ΔS1 (14)
ΔX2＝J2 -1ΔS2 (15)
其中，ΔX为修正量，J为雅克比矩阵，且ΔS为功率偏差值。在本实施例中，主网共有n+1个节点。其中，第0个节点可以为平衡节点，第1至n-r个节点可以为PQ节点，其余为PV节点。假设故障配网接于主网的第j号节点，那么修正量ΔX和功率偏差值ΔS可以为：
ΔX＝[ΔV1 ... ΔVn-r Δδ1 ... Δδn] (16)
ΔS＝[ΔP1 ... ΔPn-r ΔQ1 ... ΔQn] (17)
此外，雅克比矩阵J中的元素可以通过下式求得：
Figure BDA0002186992080000101
Figure BDA0002186992080000102
Figure BDA0002186992080000103
Figure BDA0002186992080000104
其中，
Figure BDA0002186992080000105
即为边界点电压
Figure BDA0002186992080000106
且θ表示电压的相角。综上所述，通过公式(13)～(15)可以计算得到所有主网的节点电压值
Figure BDA0002186992080000107
在其中一个实施例中，根据主网的节点电压
Figure BDA0002186992080000108
和等值模型
Figure BDA0002186992080000109
计算配网的所有节点电压
Figure BDA00021869920800001010
并根据得到的配网的节点电压
Figure BDA00021869920800001011
确定配网的接地故障情况，包括：根据主网的节点电压
Figure BDA00021869920800001012
和等值模型
Figure BDA00021869920800001013
计算支路电流
Figure BDA00021869920800001014
还原支路电流
Figure BDA00021869920800001015
经过配网的部分网络，计算支路电流
Figure BDA00021869920800001016
所在支路的实际电压值
Figure BDA00021869920800001017
重复上述步骤，计算配网所有节点的实际电压值
Figure BDA00021869920800001018
并根据得到配网的节点电压
Figure BDA00021869920800001019
确定配网的接地故障情况。
请一并参见图4，在其中一个实施例中，根据主网的节点电压
Figure BDA0002186992080000111
和等值模型
Figure BDA0002186992080000112
计算支路电流
Figure BDA0002186992080000113
包括：根据主网的节点电压
Figure BDA0002186992080000114
和等值模型
Figure BDA0002186992080000115
采用阻抗形式的欧姆定律计算支路电流
Figure BDA0002186992080000116
可以理解，主网的节点电压
Figure BDA0002186992080000117
即为边界点电压
Figure BDA0002186992080000118
因此，根据边界点电压
Figure BDA0002186992080000119
和等值模型
Figure BDA00021869920800001110
可以采用阻抗形式的欧姆定律计算当前支路电流
Figure BDA00021869920800001111
Figure BDA00021869920800001112
请一并参见图5，在其中一个实施例中，还原支路电流经过配网的部分网络，计算支路电流
Figure BDA00021869920800001113
所在支路的实际电压值
Figure BDA00021869920800001114
包括：还原支路电流
Figure BDA00021869920800001115
经过配网的部分网络，计算支路电流
Figure BDA00021869920800001116
所在支路的实际电压降落值
Figure BDA00021869920800001117
并根据主网的节点电压
Figure BDA00021869920800001118
和实际电压降落值
Figure BDA00021869920800001119
计算实际电压值
Figure BDA00021869920800001120
可以理解，还原当前支路电流
Figure BDA00021869920800001121
流过的部分网络，计算该支路上实际的电压降落
Figure BDA00021869920800001122
从而得到
Figure BDA00021869920800001123
Figure BDA00021869920800001124
Figure BDA00021869920800001125
上述配网接地故障计算方法中，通过建立所述配网网络的所述等值模型，结合牛顿拉夫逊法求解所述配网故障下的所述主网的边界点电压，并根据所述边界点电压计算所述配网各个节点的电压状态。可见，本申请中配网接地故障计算方法基于配网的实际工作电压、负荷及三相阻抗求解所述配网故障下的所述主网的边界点电压，体现了所述配网故障引起的所述主网的潮流变化，以及所述主网对所述配网故障的物理响应。并进一步根据主网的边界点电压和所述等值模型计算配网的所有节点电压，进而根据配网的所有节点电压确定故障，相较于将所述主网等效为恒定电压源更加符合实际运行情况，得到的所述配网的故障解更贴近实际值。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种配网接地故障计算方法，其特征在于，包括：
根据配网的实际工作电压、负荷及三相阻抗建立包括线路模型和负荷模型的配网模型；其中所述线路模型通过所述配网的三相阻抗计算得到，且所述负荷模型通过所述配网的实际工作电压和负荷计算得到；
根据所述配网的故障类型和故障位置修改所述配网模型，得到故障配网模型；
根据串并联等效原则，对所述故障配网模型进行串并联变换得到等值模型；
根据所述等值模型计算边界点功率与边界点电压的函数关系，得到边界点状态函数；
根据所述边界点状态函数对牛顿拉夫逊算法进行初始化，得到节点导纳矩阵和节点电压初始值；
结合修正量求解方程，计算所述配网对应的主网的节点电压值的修正量，得到修正后的所述主网的节点电压值；
重复计算所述主网的节点电压值，直至满足预设的收敛条件，得到所有所述主网的节点电压值；
根据所述主网的节点电压值和所述等值模型计算支路电流；
还原所述支路电流经过所述配网的部分网络，计算所述支路电流所在支路的实际电压值；
重复计算实际电压值的步骤，计算所述配网所有节点的实际电压值，并根据得到的所有节点的实际电压值确定所述配网的接地故障情况。
2.根据权利要求1所述的配网接地故障计算方法，其特征在于，建立包括所述线路模型和所述负荷模型的所述配网模型的步骤包括：
建立三相形式的所述线路模型和三相形式的所述负荷模型，并根据所述线路模型和所述负荷模型构成所述配网模型。
3.根据权利要求1所述的配网接地故障计算方法，其特征在于，所述根据所述配网的故障类型和故障位置修改所述配网模型，得到故障配网模型包括：
根据所述配网故障类型等效不同的接地阻抗，并在其对应的所述故障位置处接入包括所述接地阻抗的支路，得到所述故障配网模型。
4.根据权利要求1所述的配网接地故障计算方法，其特征在于，对所述故障配网模型进行串并联变换得到所述等值模型包括：
对所述故障配网的三相分别进行串并联变换得到所述等值模型。
5.根据权利要求1所述的配网接地故障计算方法，其特征在于，所述结合所述修正量求解方程，计算所述主网的节点电压值的修正量，得到所述修正后的所述主网的节点电压值，包括：
计算所述修正量求解方程的常数项向量和雅克比矩阵元素，得到所述修正量求解方程；
根据所述修正量求解方程，计算所述主网的节点电压值的修正量，得到所述修正后的所述主网的节点电压值。
6.根据权利要求1所述的配网接地故障计算方法，其特征在于，所述根据所述主网的节点电压和所述等值模型计算所述支路电流，包括：
根据所述主网的节点电压和所述等值模型，采用阻抗形式的欧姆定律计算所述支路电流。
7.根据权利要求6所述的配网接地故障计算方法，其特征在于，所述还原所述支路电流经过所述配网的部分网络，计算所述支路电流所在支路的所述实际电压值包括：
还原所述支路电流经过所述配网的部分网络，计算所述支路电流所在支路的实际电压降落值，并根据所述主网的节点电压和所述实际电压降落值计算所述实际电压值。
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