CN113514731A - 一种含逆变型电源不平衡配电网的短路电流确定方法 - Google Patents

一种含逆变型电源不平衡配电网的短路电流确定方法 Download PDF

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Abstract

一种含逆变型电源不平衡配电网的短路电流计算方法，步骤1：建立逆变型分布式电源的短路计算模型；步骤2：输入系统参数和网络正常状态的潮流计算结果，设置故障线路和故障位置；步骤3：设置接入系统的逆变型电源初始电流为其额定电流，计算含逆变型电源系统的多端口诺顿等值网络参数；步骤4：计算补偿后的故障电路节点导纳矩阵；步骤5：判断故障后系统三相节点电压的计算结果是否满足收敛精度要求，若满足则输出计算结果，否则转步骤2。本发明可在不修改系统节点导纳或者节点阻抗的前提下，计算线路任意位置的短路电流，具有较好的适应性和通用性。

Description

一种含逆变型电源不平衡配电网的短路电流确定方法
技术领域
本发明属于电力系统故障分析技术领域，特别涉及一种含逆变型电源不平衡配电网的短路电流确定方法。
背景技术
由于配电网线路和负荷三相参数存在不对称的情况，基于序分量解耦计算的方法不再适用于不平衡网络。故障分析和短路电流计算是电力系统设备选型和继电保护整定计算的主要依据。分布式电源的接入，给不平衡配电网短路计算带来挑战。逆变型分布式电源故障输出特性与机组类电源不同，加大了含逆变型电源不平衡配电网的短路计算方法的难度。
含逆变型电源不平衡配电网短路电流的计算方法主要包含两个方面，一是逆变型分布式电源短路计算模型的建立，二是短路计算的方法。逆变型分布式电源一般通过电压源型逆变器并网，其故障等值模型可用于压控电流源。而不平衡系统由于三相参数不一致，一般采用相分量法进行求解。
现有的针对含逆变型电源配电网的短路计算方法仅针对故障发生在原网络母线处的情况进行计算。当计算线路任意位置的短路电流时，需要反复修改节点阻抗或者节点导纳矩阵，存在计算量大、通用性不高的问题。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，进一步提升含逆变型电源配电网短路计算的通用性，本发明的目的在于提供一种含逆变型电源不平衡配电网的短路电流确定方法，该方法首先考虑控制策略和低电压穿越特性，建立逆变型电源的压控电流源故障等值模型，然后基于规范化故障计算方法，提出含逆变型电源三相不平衡配电网的短路电流计算方法，具有较好的适应性和通用性。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种含逆变型电源不平衡配电网的短路电流确定方法，包括以下步骤：
步骤1：建立逆变型分布式电源的短路计算模型；
步骤2：输入系统参数和网络正常状态的潮流计算结果，设置故障线路和故障位置；
步骤3：设置接入系统的逆变型电源初始电流为其额定电流，计算含逆变型电源系统的多端口诺顿等值网络参数；
步骤4：计算补偿后的故障电路节点导纳矩阵；
步骤5：判断故障后系统三相节点电压的计算结果是否满足收敛精度要求，若满足，则输出计算结果，否则转步骤2。
一种含逆变型电源不平衡配电网的短路电流确定方法，具体为：包括以下步骤：
步骤1：建立逆变型分布式电源的短路计算模型
Figure BDA0003165210940000031
其中，Iq和Id分别表示IIDG输出的无功和有功电流；Imax为逆变型电源最大输出电流，IN为逆变型电源额定电流；
Figure BDA0003165210940000032
和
Figure BDA0003165210940000033
分别表示逆变型电源输出电流和并网点电压的正序分量；θ为逆变型电源并网点正序电压相角；P和UN分别为IIDG额定功率和额定电压。
采用分段线性等值的方法建立故障计算模型，逆变型电源输出无功电流表示为：
Figure BDA0003165210940000034
三相不平衡系统中的逆变型电源故障等值模型将逆变型电源输出电流
Figure BDA0003165210940000035
和并网点电压
Figure BDA0003165210940000036
转换为相分量模型
Figure BDA0003165210940000037
和
Figure BDA0003165210940000038
如式(3)和(4)所示。
Figure BDA0003165210940000039
Figure BDA00031652109400000310
其中，S为对称分量变换矩阵；
Figure BDA00031652109400000311
a＝ej120° (6)
IIDG输出的三相电流可通过并网点三相电压迭代求解：
Figure BDA00031652109400000312
式中：(λ)和(λ+1)代表迭代次数；
步骤2：输入系统参数和网络正常状态的潮流计算结果，设置故障线路和故障位置l％，其中，l％表示故障点和故障线路首端之间的距离为故障线路总长的l％；
步骤3：设置接入系统的逆变型电源初始电流为其额定电流，计算含逆变型电源系统的多端口诺顿等值网络参数
Figure BDA0003165210940000041
式中：
Figure BDA0003165210940000042
为戴维南等值后的节点阻抗矩阵；
诺顿等值电源需利用系统节点电压进行计算：
Figure BDA0003165210940000043
Figure BDA0003165210940000044
式中：Za,b,c为系统节点阻抗矩阵，U(0)a,b,c和Ua,b,c分别表示接入IIDG前、后的系统节点电压，
Figure BDA0003165210940000045
为接入IIDG后的故障端口电压，
Figure BDA0003165210940000046
和
Figure BDA0003165210940000047
为诺顿等值电源；
步骤4：计算补偿后的故障电路节点导纳矩阵
采用并联故障支路的方法修正故障后系统的节点导纳矩阵，假设系统故障前的诺顿等值节点导纳矩阵为
Figure BDA0003165210940000048
该过程表示为：
Figure BDA0003165210940000049
其中，
Figure BDA00031652109400000410
和
Figure BDA00031652109400000411
分别表示系统故障后的诺顿等值节点导纳矩阵和故障支路的节点导纳矩阵；
为了保持原网络不变，在故障电路部分并联负导纳支路：
Figure BDA00031652109400000412
其中，
Figure BDA00031652109400000413
为补偿后的故障电路的节点导纳矩阵，
Figure BDA00031652109400000414
为故障电路的节点导纳矩阵；
Figure BDA0003165210940000051
其中，
Figure BDA0003165210940000052
为支路ij的三相支路导纳矩阵。
Figure BDA0003165210940000053
Figure BDA0003165210940000054
Figure BDA0003165210940000055
Figure BDA0003165210940000056
Figure BDA0003165210940000057
Figure BDA0003165210940000058
Figure BDA0003165210940000059
其中，
Figure BDA00031652109400000510
为故障电路的节点导纳矩阵：
Figure BDA00031652109400000511
其中，Yf＝1/(Zon+3Zg)，Yon＝1/Zon，Zon和Zg分别表示故障电阻和接地电阻；
步骤5：计算故障后系统各节点三相电压，计算并判断
Figure BDA00031652109400000512
是否成立，若不成立用
Figure BDA00031652109400000513
更新
Figure BDA00031652109400000514
若成立则输出短路电流计算结果，其中，ε为迭代精度；
网络端口处的补偿电流可通过下式进行计算：
Figure BDA00031652109400000515
其中，
Figure BDA00031652109400000516
和
Figure BDA00031652109400000517
为诺顿等值电源；
Figure BDA0003165210940000061
其中，Ua,b,c(λ+1)和
Figure BDA0003165210940000062
分别表示故障前、后系统各节点的三相电压，
Figure BDA0003165210940000063
为连接节点i、j的线路三相节点阻抗矩阵，
Figure BDA0003165210940000064
分别表示考虑逆变型电源输出电流的系统节点电压和端口补偿电流，(λ+1)代表迭代次数；
流过连接节点i、j线路的短路电流为：
Figure BDA0003165210940000065
其中，
Figure BDA0003165210940000066
和
Figure BDA0003165210940000067
分别表示节点i和j的电压。
本发明的优点：
该方法基于规范化故障计算方法，并考虑了光伏电源并网点电压和其输出电流的耦合关系，建立相分量模型下的规范化短路电流计算方法，利用逆变型电源的额定电流作为初值迭代计算含逆变型电源不平衡配电网的短路电流。该方法可在不修改系统节点导纳或者节点阻抗的前提下，计算线路任意位置的短路电流，具有较好的适应性和通用性。
附图说明
图1是含逆变型电源配电网短路电流快速计算方法的流程图。
图2为本发明算例采用的含逆变型电源不平衡33节点系统接线示意图。
图3为本发明算例的收敛曲线；其中：图3(a)为不同故障位置收敛曲线；图3(b)不同故障类型收敛曲线。
具体实施方式
本发明提出的一种含逆变型电源配电网的短路电路计算新方法，具体计算步骤如附图1所示。
并以附图2为例进行详细说明：
本发明所采用的算例为含逆变型电源不平衡33节点系统，系统额定电压取12.66kV，基准功率和基准电压分别为100MVA和12.66kV。上级电网等值阻抗为0.39+j3.93Ω。四台逆变型电源分别接于图2所示系统，容量分别为1MW、1MW、0.5MW和0.5MW。故障线路选择连接节点4、5的线路，连接节点8、9的线路，连接节点12、13的线路和连接节点30、31的线路，故障点分别表示为F1、F2、F3和F4。
如附图1所示，具体步骤为：
步骤1：根据式(1)和式(2)建立逆变型分布式电源的短路计算模型，考虑限流策略Imax＝1.5IN。
步骤2：输入系统参数和网络正常状态的潮流计算结果，设置故障线路和故障位置l％。以连接节点4、5的线路30％处两相短路故障为例。
步骤3：设置接入系统的逆变型电源初始电流为其额定电流。计算含逆变型电源系统的多端口诺顿等值网络参数。
Figure BDA0003165210940000071
Figure BDA0003165210940000081
步骤4：计算补偿后的故障电路节点导纳矩阵。
Figure BDA0003165210940000082
步骤5：定义迭代精度(本算例中ε取0.0001)，计算故障后系统各节点三相电压，计算并判断
Figure BDA0003165210940000083
是否成立。若不成立用
Figure BDA0003165210940000084
更新
Figure BDA0003165210940000085
若成立则输出短路电流计算结果。本算例中，初次计算
Figure BDA0003165210940000086
两相短路电流时经最大8次迭代达到收敛要求，参照图3，同时，在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型，并将计算结果和仿真结果相比较。表1为不同故障位置的计算和仿真结果，表2为不同故障类型的计算和仿真结果。由表中数据可知，本文所提方法的计算结果和仿真结果之间的误差较小，相对误差不超过3.0％，从而验证了本发明的有效性。
表1
Figure BDA0003165210940000087
表2
Figure BDA0003165210940000091
以上所述算例仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种含逆变型电源不平衡配电网的短路电流确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立逆变型分布式电源的短路计算模型；
步骤2：输入系统参数和网络正常状态的潮流计算结果，设置故障线路和故障位置；
步骤3：设置接入系统的逆变型电源初始电流为其额定电流，计算含逆变型电源系统的多端口诺顿等值网络参数；
步骤4：计算补偿后的故障电路节点导纳矩阵；
步骤5：判断故障后系统三相节点电压的计算结果是否满足收敛精度要求，若满足，则输出计算结果，否则转步骤2。
2.根据权利要求1所述的一种含逆变型电源不平衡配电网的短路电流确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立逆变型分布式电源的短路计算模型；
Figure FDA0003165210930000011
其中，Iq和Id分别表示IIDG输出的无功和有功电流；Imax为逆变型电源最大输出电流，IN为逆变型电源额定电流；
Figure FDA0003165210930000012
和
Figure FDA0003165210930000013
分别表示逆变型电源输出电流和并网点电压的正序分量；θ为逆变型电源并网点正序电压相角；P和UN分别为IIDG额定功率和额定电压；
采用分段线性等值的方法建立故障计算模型，逆变型电源输出无功电流表示为：
Figure FDA0003165210930000021
三相不平衡系统中的逆变型电源故障等值模型将逆变型电源输出电流
Figure FDA0003165210930000022
和并网点电压
Figure FDA0003165210930000023
转换为相分量模型
Figure FDA0003165210930000024
和
Figure FDA0003165210930000025
如式(3)和(4)所示：
Figure FDA0003165210930000026
Figure FDA0003165210930000027
其中，S为对称分量变换矩阵；
Figure FDA0003165210930000028
a＝ej120° (6)
IIDG输出的三相电流可通过并网点三相电压迭代求解：
Figure FDA0003165210930000029
式中：(λ)和(λ+1)代表迭代次数；
步骤2：输入系统参数和网络正常状态的潮流计算结果，设置故障线路和故障位置l％，其中，l％表示故障点和故障线路首端之间的距离为故障线路总长的l％；
步骤3：设置接入系统的逆变型电源初始电流为其额定电流，计算含逆变型电源系统的多端口诺顿等值网络参；
Figure FDA00031652109300000210
式中：
Figure FDA00031652109300000211
为戴维南等值后的节点阻抗矩阵；
诺顿等值电源需利用系统节点电压进行计算：
Figure FDA0003165210930000031
Figure FDA0003165210930000032
式中：Za,b,c为系统节点阻抗矩阵，U(0)a,b,c和Ua,b,c分别表示接入IIDG前、后的系统节点电压，
Figure FDA0003165210930000033
为接入IIDG后的故障端口电压，
Figure FDA0003165210930000034
和
Figure FDA0003165210930000035
为诺顿等值电源；
步骤4：计算补偿后的故障电路节点导纳矩阵；
采用并联故障支路的方法修正故障后系统的节点导纳矩阵，假设系统故障前的诺顿等值节点导纳矩阵为
Figure FDA0003165210930000036
该过程表示为：
Figure FDA0003165210930000037
其中，
Figure FDA0003165210930000038
和
Figure FDA0003165210930000039
分别表示系统故障后的诺顿等值节点导纳矩阵和故障支路的节点导纳矩阵；
为了保持原网络不变，在故障电路部分并联负导纳支路：
Figure FDA00031652109300000310
其中，
Figure FDA00031652109300000311
为补偿后的故障电路的节点导纳矩阵，
Figure FDA00031652109300000312
为故障电路的节点导纳矩阵；
Figure FDA00031652109300000313
其中，
Figure FDA00031652109300000314
为支路ij的三相支路导纳矩阵；
Figure FDA00031652109300000315
Figure FDA00031652109300000316
Figure FDA00031652109300000317
Figure FDA00031652109300000318
Figure FDA0003165210930000041
Figure FDA0003165210930000042
Figure FDA0003165210930000043
其中，
Figure FDA0003165210930000044
为故障电路的节点导纳矩阵：
Figure FDA0003165210930000045
其中，Yf＝1/(Zon+3Zg)，Yon＝1/Zon，Zon和Zg分别表示故障电阻和接地电阻；
步骤5：计算故障后系统各节点三相电压，计算并判断
Figure FDA0003165210930000046
是否成立，若不成立用
Figure FDA0003165210930000047
更新
Figure FDA0003165210930000048
若成立则输出短路电流计算结果，其中，ε为迭代精度；
网络端口处的补偿电流可通过下式进行计算：
Figure FDA0003165210930000049
其中，
Figure FDA00031652109300000410
和
Figure FDA00031652109300000411
为诺顿等值电源；
Figure FDA00031652109300000412
其中，Ua,b,c(λ+1)和
Figure FDA00031652109300000413
分别表示故障前、后系统各节点的三相电压，
Figure FDA00031652109300000414
为连接节点i、j的线路三相节点阻抗矩阵，
Figure FDA00031652109300000415
分别表示考虑逆变型电源输出电流的系统节点电压和端口补偿电流，(λ+1)代表迭代次数；
流过连接节点i、j线路的短路电流为：
Figure FDA00031652109300000416
其中，
Figure FDA0003165210930000051
和
Figure FDA0003165210930000052
分别表示节点i和j的电压。
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