CN111007357B - 一种考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法，包括：S1：根据线路的阻抗、电纳、电导，计算电网的阻抗矩阵；S2：在线路上均匀的取若干个故障点；S3：选取S2中若干个故障点中的一个故障点；S4：计算S3中选取的故障点故障前的电压；S5：根据保护动作时限计算暂降持续时间；S6：根据用户耐受能力曲线确定对应的残余电压耐受能力阈值；S7：计算故障点故障时敏感负荷接入点的电压幅值；S8：判断敏感负荷接入点的残余电压是否满足耐受能力要求；S9：遍历网络中所有线路及故障点，得到暂降域计算结果。本发明所述方法使得暂降域能更准确的反映用户收到电压暂降事件影响的范围。

Description

一种考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法

技术领域

本发明涉及电压暂降域识别领域，更具体地，涉及一种考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法。

背景技术

暂降域是电网电能质量评估中重要的电压暂降指标。

IEEE标准及国家标准《电能质量电压暂降与短时中断》(GB/T30137-2013)规定了电压暂降定义：电压暂降是指电力系统中某点工频电压有效值暂时降低至额定电压的10％-90％，即幅值为0.1-0.9(p.u)，并持续10ms-1min，此期间内系统频率仍为标称值，然后又恢复到正常水平的现象。

暂降域是电网中所有能导致用户遭受电压暂降事件影响的故障点集合。

暂降域应该需要反映敏感用户的电压暂降耐受能力，包括残余电压幅值和暂降持续时间两个参数，而现有的计算方法都只考虑了残余电压幅值这一个参数，显然是不全面的。

目前的暂降域结算方法都只单一考虑了电压暂降幅值这一个特征量。没有考虑暂降持续时间对暂降域的影响。事实上，只考虑单个因素的暂降域是伪暂降域，无法体现用户受影响的情况。

暂降域的常见计算方法包括临界距离法、故障点法、解析法，以上方法都仅仅对残余电压幅值这一项参数进行计算，再确定暂降域的范围，没有考虑电压暂降持续时间对用户造成的影响。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的暂降域计算方法没有考虑电压暂降持续时间的缺陷，提供一种考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法。

所述方法包括以下步骤：

S1：根据线路的阻抗、电纳、电导，计算电网的阻抗矩阵；

S2：在线路上均匀的取若干个故障点；

S3：选取S2中若干个故障点中的一个故障点；

S4：计算S3中选取的故障点故障前的电压；

S5：根据保护动作时限计算暂降持续时间；

S6：根据IEEE1668标准对电压暂降敏感的设备进行测试，获取电压暂降敏感的设备的电压暂降特性测试曲线；

根据用户耐受能力曲线确定对应的残余电压耐受能力阈值V_th及其上界V_top和下界V_down；

S7：计算故障点故障时敏感负荷接入点的残余电压幅值；

S8：判断敏感负荷接入点的残余电压是否满足耐受能力要求；即故障点故障时敏感负荷接入点的电压幅值是否满足大于V_down且小于V_top，若满足，则该点计入暂降域中，若不满足该条件，则该点不计入暂降域中；

S9：遍历网络中所有线路及故障点，得到暂降域计算结果。

优选地，S1中电网的阻抗矩阵中包括故障点到负荷接入点的转移阻抗和故障点的自阻抗；

故障点到负荷接入点的转移阻抗的计算为：

正序阻抗：

Z_sk，1＝Z_si，1+(Z_sj，1-Z_si，1)p

负序阻抗与正序阻抗相同：

Z_sk，2＝Z_sk,1

零序阻抗

Z_sk，0＝Z_si，0+(Z_sj，0-Z_si，0)p

其中Z_sk为故障点k到敏感负荷接入点s的转移阻抗，下角标1、2、0分别代表正序、负序、零序，p是线路上故障点距离节点i的标幺值距离，Z_si是母线节点i与敏感负荷接入点之间的转移阻抗，Z_sj是母线节点j与敏感负荷接入点s的转移阻抗；i和j分别为母线上不同的节点。

故障点的自阻抗的计算为：

正序阻抗：

Z_kk，1＝(Z_ii,1+Z_jj,1-2Z_ij,1-Z_c,1)p²+{Z_c,1-2(Z_ii,1-Z_jj,1)}p+Z_sk,1

负序阻抗与正序阻抗相同：

Z_kk，2＝Z_kk,1

零序阻抗：

Z_kk，0＝(Z_ii,0+Z_jj,0-2Z_ij,0-Z_c,0)p²+{Z_c,0-2(Z_ii,0-Z_jj,0)}p+Z_sk,0

其中Z_kk是故障点k的自阻抗，Z_ii和Z_jj分别是母线节点i和母线节点j的输入阻抗，Z_c是母线节点i和母线节点j之间的线路的阻抗。

优选地，S2中在线路上均匀的取的故障点的个数为101个；设所述线路的长度标幺值为1，则故障点的位置p＝0，0.01，0.02···1。

优选地，S4中故障前的电压公式为：

V_k′＝V_i′+p(V_j′-V_i′)

其中V_k′是故障点发生故障前的电压，V_i′和V_j′为节点i和节点j的故障前电压，若有潮流计算可直接读取并赋值，若无潮流计算结果，则可设V_i′＝V_j′＝1。

优选地，S7中故障点故障时敏感负荷接入点的电压幅值的计算如下：

单项接地：

其中V_A,s，V_B,s和V_C,s分别是ABC相接地时敏感负荷接入点的残余电压幅值，V_A,s′是故障前敏感负荷接入点的残余电压幅值，α是旋转因子，α＝e^j120°；

两相短路：

其中V_AB,s V_BC,s V_CA,s分别为AB两相短路，BC两相短路，CA两相短路时敏感负荷接入点的残余电压幅值；

两相接地：

其中V_AB,s V_BC,s V_CA,s分别为AB两相接地，BC两相接地，CA两相接地时敏感负荷接入点的残余电压幅值；

三相短路

设考虑故障点为A相接地短路，则敏感负荷接入点故障时残余电压幅值为：

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明考虑电压暂降敏感用户的耐受能力曲线，综合考虑故障时残余电压的幅值和暂降持续时间，使用故障发结合线路的保护动作时限特性计算出暂降域。使得暂降域能更准确的反映用户收到电压暂降事件影响的范围，解决了现有技术中暂降域计算方法只考虑幅值一个参数的缺陷。

附图说明

图1为考虑负荷耐受能力曲线的暂降域识别方法流程图。

图2为阶段式保护示意图。

图3为设备耐受能力曲线图。

图4为脱扣器设备耐受能力曲线图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

本实施例提供一种考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法，具体方法流程如图1所示。

所述方法包括以下步骤：

S1：根据输入文件(包括线路的阻抗、电纳、电导)，计算电网的阻抗矩阵。

故障点到负荷接入点的转移阻抗：

正序阻抗：

Z_sk，1＝Z_si，1+(Z_sj，1-Z_si，1)p

负序阻抗与正序阻抗相同：

Z_sk，2＝Z_sk,1

零序阻抗：

Z_sk，0＝Z_si，0+(Z_sj，0-Z_si，0)p

其中Z_sk为故障点k到敏感负荷接入点s的转移阻抗，下角标1、2、0分别代表正序、负序、零序，p是线路上故障点距离母线节点i的标幺值距离，Z_si是母线节点i与敏感负荷接入点之间的转移阻抗，Z_sj是母线节点j与敏感负荷接入点s的转移阻抗。

故障点的自阻抗：

正序阻抗：

Z_kk，1＝(Z_ii,1+Z_jj,1-2Z_ij,1-Z_c,1)p²+{Z_c,1-2(Z_ii,1-Z_jj,1)}p+Z_sk,1

负序阻抗与正序阻抗相同：

Z_kk，2＝Z_kk,1

零序阻抗：

Z_kk，0＝(Z_ii,0+Z_jj,0-2Z_ij,0-Z_c,0)p²+{Z_c,0-2(Z_ii,0-Z_jj,0)}p+Z_sk,0

其中Z_kk是故障点k的自阻抗，Z_ii和Z_jj分别是母线节点i和母线节点j的输入阻抗，Z_c是母线节点i和母线节点j之间的线路的阻抗。

S2：选择一条线路：

S3：在S2选取的线路上均匀的取101个故障点。

假设一条线路的长度标幺值为1，则故障点的位置p＝0，0.01，0.02···1。

S4：在S3中的故障中选择一个故障点p。

S5：计算故障点故障前的电压。

V_k′＝V_i′+p(V_j′-V_i′)

其中V_k′是故障点发生故障前的电压，V_i′和V_j′为节点i和节点j的故障前电压，若有潮流计算可直接读取并赋值，若无潮流计算结果，可以假设V_i′＝V_j′＝1。

S6：根据保护动作时限计算暂降持续时间。

本实施例为在线路两侧装设阶段式保护；阶段式保护示意图如图2所示。

位于区域B内的故障可由线路两端保护Ⅰ段切除，则暂降持续时间为t₁，若位于区域A和区域C则由保护Ⅱ段切除，则暂降持续时间为t₂。

则暂降持续时间为：

S7：根据用户耐受能力曲线确定对应的残余电压耐受能力阈值。

如图3所示，根据IEEE1668标准对电压暂降敏感的设备进行测试，获取电压暂降敏感的设备的电压暂降特性测试曲线；根据暂降持续时间t_sag可以从图中获得时间对应的耐受能力幅值V_th。一般V_th有上下界限如上图3，上界V_top＝V_sag,1，下界V_down＝0；而还有一些电能质量敏感的设备如脱扣器，如图4所示，其下界不为零。

总之此步骤根据计算所得的暂降持续时间，结合耐受能力曲线获得暂降幅值耐受能力V_th及其上界V_top和下界V_down。

S8：计算故障点故障时敏感负荷接入点的电压幅值。

单项接地公式：

其中V_A,s，V_B,s和V_C,s分别是ABC相接地时敏感负荷接入点的残余电压，V_A,s′是故障前敏感负荷接入点的残余电压，α是旋转因子，α＝e^j120°。

两相短路：

其中V_AB,s V_BC,s V_CA,s分别为AB两相短路，BC两相短路，CA两相短路时敏感负荷接入点的电压幅值；

两相接地：

三相短路

假设这里考虑故障点为A相接地短路，则敏感负荷接入点故障时残余电压幅值为：

S8：判断敏感负荷接入点的残余电压是否满足耐受能力要求；即故障点故障时敏感负荷接入点的电压幅值是否满足大于V_down且小于V_top，若满足，则该点计入暂降域中，若不满足该条件，则该点不计入暂降域中；

S10：重复S2-S9，遍历网络中所有线路及故障点，得到暂降域计算结果。

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：根据线路的阻抗、电纳、电导，计算电网的阻抗矩阵；

S2：在线路上均匀的取若干个故障点；

S3：选取S2中若干个故障点中的一个故障点；

S4：计算S3中选取的故障点故障前的电压；

S5：根据保护动作时限计算暂降持续时间；

S6：对电压暂降敏感的设备进行测试，获取电压暂降敏感的设备的电压暂降特性测试曲线；

根据用户耐受能力曲线确定对应的残余电压耐受能力阈值V_th及其上界V_top和下界V_down；所述用户耐受能力曲线指根据IEEE1668标准对电压暂降敏感的设备进行测试，获得的以暂降持续时间为横坐标，以耐受电压值为纵坐标的曲线；

S7：计算故障点故障时敏感负荷接入点的残余电压幅值；

S8：判断敏感负荷接入点的残余电压是否满足耐受能力要求；即故障点故障时敏感负荷接入点的电压幅值是否满足大于V_down且小于V_top，若满足，则故障点故障时敏感负荷接入点计入暂降域中，若不满足，则故障点故障时敏感负荷接入点不计入暂降域中；

S9：遍历网络中所有线路及故障点，得到暂降域计算结果。

2.根据权利要求1所述的考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法，其特征在于，S1中电网的阻抗矩阵中包括故障点到负荷接入点的转移阻抗和故障点的自阻抗；

故障点到负荷接入点的转移阻抗的计算为：

正序阻抗：

Z_sk，1＝Z_si，1+(Z_sj，1-Z_si，1)p

负序阻抗与正序阻抗相同：

Z_sk，2＝Z_sk,1

零序阻抗

Z_sk，0＝Z_si，0+(Z_sj，0-Z_si，0)p

其中Z_sk为故障点k到敏感负荷接入点s的转移阻抗，下角标1、2、0分别代表正序、负序、零序，p是线路上故障点距离母线节点i的标幺值距离，Z_si是母线节点i与敏感负荷接入点之间的转移阻抗，Z_sj是母线节点j与敏感负荷接入点s的转移阻抗；i和j分别为母线上不同的节点；

故障点的自阻抗的计算为：

正序阻抗：

Z_kk，1＝(Z_ii,1+Z_jj,1-2Z_ij,1-Z_c,1)p²+{Z_c,1-2(Z_ii,1-Z_jj,1)}p+Z_sk,1

负序阻抗与正序阻抗相同：

Z_kk，2＝Z_kk,1

零序阻抗：

Z_kk，0＝(Z_ii,0+Z_jj,0-2Z_ij,0-Z_c,0)p²+{Z_c,0-2(Z_ii,0-Z_jj,0)}p+Z_sk,0

其中Z_kk是故障点k的自阻抗，Z_ii和Z_jj分别是母线节点i和母线节点j的输入阻抗，Z_c是母线节点i和母线节点j之间的线路的阻抗。

3.根据权利要求2所述的考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法，其特征在于，S2中在线路Q上均匀的取的故障点的个数为101个；设所述线路Q的长度标幺值为1，则故障点的位置p＝0，0.01，0.02，···，1。

4.根据权利要求3所述的考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法，其特征在于，S4中故障前的电压公式为：

V_k′＝V_i′+p(V_j′-V_i′)

其中V_k′是故障点发生故障前的电压，V_i′和V_j′为S2中选择线路ij的故障前电压，若有潮流计算可直接读取并赋值，若无潮流计算结果，则可设V_i′＝V_j′＝1。

5.根据权利要求4所述的考虑负荷电压暂降耐受能力曲线的暂降域识别方法，其特征在于，S7中故障点故障时敏感负荷接入点的电压幅值的计算如下：

单项接地：

其中V_A,s，V_B,s和V_C,s分别是ABC相接地时敏感负荷接入点的残余电压幅值，V_A,s′是故障前敏感负荷接入点的残余电压，α是旋转因子，α＝e^j120°；

两相短路：

其中V_AB,s V_BC,s V_CA,s分别为AB两相短路，BC两相短路，CA两相短路时敏感负荷接入点的电压幅值；

两相接地：

其中V_AB,s V_BC,s V_CA,s分别为AB两相接地，BC两相接地，CA两相接地时敏感负荷接入点的电压幅值；

三相短路：

设考虑故障点为A相接地短路，则敏感负荷接入点故障时残余电压幅值为：

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