CN115173416A - 一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法及系统 - Google Patents

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CN115173416A CN202211094576.XA CN202211094576A CN115173416A CN 115173416 A CN115173416 A CN 115173416A CN 202211094576 A CN202211094576 A CN 202211094576A CN 115173416 A CN115173416 A CN 115173416A
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潘本仁
熊华强
桂小智
李书琦
邹进
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郭亮
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Abstract

本发明公开一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法及系统，方法包括：计算发电机节点故障前的电压和注入电流；将负荷等值成阻抗，分别依据发电机的次暂态电抗、暂态电抗和稳态电抗，建立发生三相对称短路故障后的等效电路模型，计算导纳矩阵；对系统节点按发电机节点、负荷节点和新能源接入节点进行分类，列写电流电压方程；联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，求解新能源故障时的电流和电压，进而求取次暂态短路电流、暂态短路电流和稳态短路电流；依据各个衰减时间常数，通过相角近似计算出故障点的全电流。适用于多个逆变型新能源接入电网时的三相对称短路电流计算，从而实现描述短路电流短时间内的变化的效果。

Description

一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统故障分析技术领域，尤其涉及一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法及系统。
背景技术
短路计算是电力系统故障分析中的重要内容之一。短路计算的结果能够用于校验电气设备的稳定、为系统系统设计和设备选型提供依据。传统的短路计算方法基于叠加原理，将故障后的网络状态分为正常状态和故障分量状态。在短路点加一与故障前该节点电压大小相等、方向相反的电动势，利用阻抗矩阵即可求得各节点故障分量的电压值，进而求出通过各支路的故障电流。
近些年，大量新能源电源接入电网后，给传统电网带来了诸多影响，传统的短路电流计算方法已不再适用于含新能源发电的电网。光伏等新能源采用逆变电路连接电网，其短路电流与自身控制方式密切相关，新能源接入时，还需要考虑切除时间等，因此新能源的接入使得电力系统更加复杂，其短路特性也呈现多样性，现有故障分析方法难以满足运行需求。本方法旨在提出一种全时域的新能源电网故障电流的计算方法，用于新能源电力系统的故障分析。
发明内容
本发明提供一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法及系统，用于至少解决上述技术问题之一。
第一方面，本发明提供一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法，包括：步 骤A：利用潮流计算方法计算各个节点故障前的电压和注入电流，并基于诺顿等值方法将某 一发电机节点等值成一电流源并联一电抗，将某一负荷节点等值成一导纳；步骤B：发生三 相对称短路故障后，设短路接地阻抗为
Figure 174592DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节点在发电机节点、负荷节点或新能源 节点中，则视为在该节点上存在短路接地阻抗
Figure 733880DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节点在线路上，则新增加一个含 接地导纳
Figure 823059DEST_PATH_IMAGE002
的节点，并视为负荷为0的负荷节点，计算导纳矩阵，设用于短路计算的子 导纳矩阵为
Figure 945736DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 171181DEST_PATH_IMAGE003
为一个
Figure 104633DEST_PATH_IMAGE004
维的矩阵；步骤C：对系统节点按发电机节点、负荷节点和新 能源节点进行分类，并依照发电机节点、负荷节点、新能源节点的构建节点电压与注入电流 的关系方程
Figure 681108DEST_PATH_IMAGE005
，式中，
Figure 607476DEST_PATH_IMAGE006
为导纳阵，
Figure 953006DEST_PATH_IMAGE007
为节点电压，
Figure 890367DEST_PATH_IMAGE008
为注入电流；步骤D：联立新 能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压， 进而求取发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流；步 骤E：依据各个衰减时间常数，通过次暂态故障电流的相角、暂态故障电流的相角和稳态电 流的相角近似的原则计算故障点短路的全电流，其中，计算故障点短路的全电流的表达式 为：
Figure 688559DEST_PATH_IMAGE009
，式中，
Figure 418618DEST_PATH_IMAGE010
为励 磁磁动势超前发电机转子S轴的角度，
Figure 821917DEST_PATH_IMAGE011
为直流分量衰减时间常数，
Figure 346439DEST_PATH_IMAGE012
为电流次暂态短路 值，
Figure 382660DEST_PATH_IMAGE013
为电流暂态短路值，
Figure 916409DEST_PATH_IMAGE014
为电流稳态短路值，
Figure 970953DEST_PATH_IMAGE015
为发电机转子电角速度，
Figure 931956DEST_PATH_IMAGE016
为故障后 时间，
Figure 455472DEST_PATH_IMAGE017
为平均暂态衰减时间常数，
Figure 527333DEST_PATH_IMAGE018
为平均暂态衰减时间常数。
第二方面，本发明提供一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算系统，包括：等 值模块，配置为利用潮流计算方法计算各个节点故障前的电压和注入电流，并基于诺顿等 值方法将某一发电机节点等值成一电流源并联一电抗，将某一负荷节点等值成一导纳； 修 改模块，配置为发生三相对称短路故障后，设短路接地阻抗为
Figure 639646DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节点在发电机节 点、负荷节点或新能源节点中，则视为在该节点上存在短路接地阻抗
Figure 568287DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节点在线 路上，则新增加一个含接地导纳
Figure 766051DEST_PATH_IMAGE019
的节点，并视为负荷为0的负荷节点，计算导纳矩阵， 设用于短路计算的子导纳矩阵为
Figure 392335DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 155892DEST_PATH_IMAGE003
为一个
Figure 458697DEST_PATH_IMAGE004
维的矩阵；分类模块，配置为对系统节 点按发电机节点、负荷节点和新能源节点进行分类，并依照发电机节点、负荷节点、新能源 节点的构建节点电压与注入电流的关系方程
Figure 206073DEST_PATH_IMAGE020
，式中，
Figure 367540DEST_PATH_IMAGE021
为导纳阵，
Figure 251182DEST_PATH_IMAGE007
为节点电 压，
Figure 724889DEST_PATH_IMAGE008
为注入电流；求解模块，配置为联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通 过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取发电机的次暂态短路电流、发电机的 暂态短路电流和发电机的稳态短路电流；计算模块，配置为依据各个衰减时间常数，通过次 暂态故障电流的相角、暂态故障电流的相角和稳态电流的相角近似的原则计算故障点短路 的全电流，其中，计算故障点短路的全电流的表达式为：
Figure 693982DEST_PATH_IMAGE009
，式中，
Figure 662069DEST_PATH_IMAGE010
为励磁磁 动势超前发电机转子S轴的角度，
Figure 603480DEST_PATH_IMAGE011
为直流分量衰减时间常数，
Figure 248088DEST_PATH_IMAGE012
为电流次暂态短路值，
Figure 704477DEST_PATH_IMAGE013
为电流暂态短路值，
Figure 459944DEST_PATH_IMAGE014
为电流稳态短路值，
Figure 334490DEST_PATH_IMAGE015
为发电机转子电角速度，
Figure 884420DEST_PATH_IMAGE016
为故障后时 间，
Figure 828105DEST_PATH_IMAGE017
为平均暂态衰减时间常数，
Figure 121683DEST_PATH_IMAGE018
为平均暂态衰减时间常数。
第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法的步骤。
本申请的考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法及系统，通过计算得到的配网短路全电流适用于多个逆变型新能源接入电网时的三相对称短路电流计算，能够描述短路电流短时间内的变化，契合当前电力系统的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明一实施例提供的一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供一个具体实施例的配网短路示意图；
图3为本发明一实施例提供的一具体实施例的故障点短路电流随时间变化的曲线图；
图4为本发明一实施例提供的一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算系统的结构框图；
图5是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
请参阅图1，其示出了本申请的一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法的流程图。
如图1所示，考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法的步骤具体如下所示：
步骤A：利用潮流计算方法计算各个节点故障前的电压和注入电流，并基于诺顿等值方法将某一发电机节点等值成一电流源并联一电抗，将某一负荷节点等值成一导纳。
在本实施例中，故障前，利用潮流计算计算系统的正常运行状态，计算出各个节点正常运行时的电压和注入电流，分别记为
Figure 585157DEST_PATH_IMAGE022
，
式中，
Figure 837147DEST_PATH_IMAGE023
为发电机节点i故障前的节点电压，
Figure 2549DEST_PATH_IMAGE024
为发电机节点i故障前的节点电 压幅值，
Figure 99818DEST_PATH_IMAGE025
为发电机节点i的电压初始相角，
Figure 680447DEST_PATH_IMAGE026
为发电机节点i故障前的注入电流幅值，
Figure 837759DEST_PATH_IMAGE027
为发电机节点i故障前的注入电流，
Figure 490457DEST_PATH_IMAGE028
为发电机节点i的电流初始相角。
对于发电机节点，记发电机次暂态电抗为
Figure 594680DEST_PATH_IMAGE029
，暂态电抗
Figure 282013DEST_PATH_IMAGE030
，稳态电抗
Figure 360958DEST_PATH_IMAGE031
，用 诺顿等值将发电机等效为一个电流源
Figure 500953DEST_PATH_IMAGE032
并联一个电抗
Figure 940024DEST_PATH_IMAGE033
（为次暂态电抗、暂态电抗或稳 态电抗），其中电流源
Figure 481864DEST_PATH_IMAGE032
的表达式如下所示：
Figure 997290DEST_PATH_IMAGE034
，
对于负荷节点，根据节点i的负荷
Figure 624581DEST_PATH_IMAGE035
将负荷等效成一个导纳，如下所示：
Figure 867343DEST_PATH_IMAGE036
。
步骤B：发生三相对称短路故障后，设短路接地阻抗为
Figure 263689DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节点在发电机节 点、负荷节点或新能源节点中，则视为在该节点上存在短路接地阻抗
Figure 684438DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节点在线 路上，则新增加一个含接地导纳
Figure 2286DEST_PATH_IMAGE019
的节点，并视为负荷为0的负荷节点，计算导纳矩阵， 设用于短路计算的子导纳矩阵为
Figure 48740DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 299593DEST_PATH_IMAGE003
为一个
Figure 140510DEST_PATH_IMAGE004
维的矩阵。
在本实施例中，
Figure 490195DEST_PATH_IMAGE003
对应元素
Figure 340339DEST_PATH_IMAGE037
Figure 711278DEST_PATH_IMAGE038
表达式如下所示：
Figure 723096DEST_PATH_IMAGE039
，
式中，
Figure 563007DEST_PATH_IMAGE040
为节点
Figure 685684DEST_PATH_IMAGE041
和节点
Figure 911129DEST_PATH_IMAGE042
之间的导纳，
Figure 359428DEST_PATH_IMAGE043
为节点
Figure 421056DEST_PATH_IMAGE041
的对地导纳；
步骤C：对系统节点按发电机节点、负荷节点和新能源节点进行分类，并依照发电 机节点、负荷节点、新能源节点的构建节点电压与注入电流的关系方程
Figure 550686DEST_PATH_IMAGE044
，式中，
Figure 896217DEST_PATH_IMAGE045
为导纳阵，
Figure 249838DEST_PATH_IMAGE007
为节点电压，
Figure 48029DEST_PATH_IMAGE008
为注入电流。
在本实施例中，依照发电机节点、负荷节点、新能源节点的构建节点电压与注入电 流的关系方程
Figure 528821DEST_PATH_IMAGE044
的表达式为：
Figure 994437DEST_PATH_IMAGE046
，
式中，
Figure 518959DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure 804447DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure 820420DEST_PATH_IMAGE049
均为导纳阵
Figure 874964DEST_PATH_IMAGE045
对应发电机节点的子导纳矩阵，
Figure 835966DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure 608750DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure 618295DEST_PATH_IMAGE052
均为导纳阵
Figure 340394DEST_PATH_IMAGE045
对应负荷节点的子导纳矩阵，
Figure 206719DEST_PATH_IMAGE053
、
Figure 670061DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure 280034DEST_PATH_IMAGE055
均为导纳阵
Figure 59903DEST_PATH_IMAGE045
对应新能源 节点的子导纳矩阵，
Figure 362708DEST_PATH_IMAGE056
分别为发电机节点电压、负荷节点电压、新能源节点电压，
Figure 844505DEST_PATH_IMAGE057
分别为发电机节点的注入电流、新能源节点的注入电流，负荷节点注入电流为0。
步骤D：联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流。
在本实施例中，步骤D1：新能源节点电压和新能源节点的注入电流的非线性分段表达式为：
Figure 258169DEST_PATH_IMAGE058
，
式中，
Figure 892543DEST_PATH_IMAGE059
为新能源节点
Figure 366250DEST_PATH_IMAGE041
的注入电流幅值，
Figure 600922DEST_PATH_IMAGE060
为新能源额定电流，取值为1，
Figure 552698DEST_PATH_IMAGE061
为 新能源节点
Figure 304229DEST_PATH_IMAGE041
的注入电流相角，
Figure 948837DEST_PATH_IMAGE062
为新能源节点
Figure 608488DEST_PATH_IMAGE041
的电压相角，
Figure 363955DEST_PATH_IMAGE063
为新能源节点
Figure 956610DEST_PATH_IMAGE041
的电压 幅值；
步骤D2：令k=0，设定新能源注入电流初值电压初值
Figure 522852DEST_PATH_IMAGE064
；
步骤D3：根据
Figure 732116DEST_PATH_IMAGE065
，可以得新能源节点电压的表达式为：
Figure 291273DEST_PATH_IMAGE066
；
式中，
Figure 4014DEST_PATH_IMAGE067
为新能源节点电压第
Figure 475578DEST_PATH_IMAGE068
次迭代值，
Figure 906560DEST_PATH_IMAGE069
为新能源节点注入电流第
Figure 207091DEST_PATH_IMAGE068
次 迭代值；
将
Figure 39918DEST_PATH_IMAGE066
代入新能源节点电压和新能源节点的注入电流的非线 性分段表达式中求解
Figure 931650DEST_PATH_IMAGE070
；
步骤D4：计算两次电流偏差量
Figure 600660DEST_PATH_IMAGE071
，若
Figure 767199DEST_PATH_IMAGE072
，则
Figure 188953DEST_PATH_IMAGE073
为故障时刻的新能源节点的注入电流和新能源节点电压；否则令k=k+1，重复步骤D3；
步骤D5：根据故障时刻的新能源节点的注入电流和新能源节点电压计算发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流，其中，计算发电机的次暂态短路电流的表达式为：
Figure 517166DEST_PATH_IMAGE074
，
式中，
Figure 404964DEST_PATH_IMAGE075
为次暂态时定子超前转子角度，
Figure 109614DEST_PATH_IMAGE012
为电流次暂态短路值；
计算发电机的暂态短路电流的表达式为：
Figure 854716DEST_PATH_IMAGE076
，
式中，
Figure 353831DEST_PATH_IMAGE077
为暂态时定子超前转子角度，
Figure 981121DEST_PATH_IMAGE013
为电流暂态短路值；
计算发电机的稳态短路电流的表达式为：
Figure 240196DEST_PATH_IMAGE078
，
式中，
Figure 636542DEST_PATH_IMAGE079
为稳态时定子超前转子角度，
Figure 306558DEST_PATH_IMAGE014
为电流稳态短路值。
步骤E：依据各个衰减时间常数，通过次暂态故障电流的相角、暂态故障电流的相角和稳态电流的相角近似的原则计算故障点短路的全电流。
在本实施例中，计算直流分量衰减时间常数的表达式为：
Figure 421144DEST_PATH_IMAGE080
，
式中，
Figure 405281DEST_PATH_IMAGE081
为直流分量衰减时间常数，
Figure 672445DEST_PATH_IMAGE082
为配电网的总等效电抗，
Figure 513362DEST_PATH_IMAGE083
为发电机转 子电角速度，
Figure 115245DEST_PATH_IMAGE084
为配电网的总等效电阻；
计算平均次暂态衰减时间常数的表达式为：
Figure 699810DEST_PATH_IMAGE085
，
式中，
Figure 87060DEST_PATH_IMAGE086
为发电机节点数量，
Figure 98878DEST_PATH_IMAGE087
为第i个发电机的阻尼绕组的电阻，
Figure 922478DEST_PATH_IMAGE088
为阻尼绕 组电流非周期分量衰减的时间常数，
Figure 513996DEST_PATH_IMAGE089
为考虑阻尼绕组与电枢绕组、励磁绕组之间的磁 耦合作用的等效电抗；
计算平均暂态衰减时间常数的表达式为：
Figure 739441DEST_PATH_IMAGE090
，
式中，
Figure 669963DEST_PATH_IMAGE091
为励磁绕组电流非周期分量衰减的时间常数，
Figure 246438DEST_PATH_IMAGE092
为第i个发电机的励 磁绕组的电阻，
Figure 172806DEST_PATH_IMAGE093
为考虑电枢绕组与励磁绕组之间的磁耦合作用的等效电抗；
由于次暂态故障电流、暂态故障电流和稳态电流的相角
Figure 518337DEST_PATH_IMAGE094
相近，因此将 次暂态故障电流、暂态故障电流的相角近似为
Figure 888269DEST_PATH_IMAGE095
。由于短路电流远大于正常运行电流，因此 忽略正常运行电流对直流非周期分量的影响，故障电流的全电流表达式可按下式计算：
Figure 686461DEST_PATH_IMAGE096
，
式中，
Figure 416520DEST_PATH_IMAGE010
为励磁磁动势超前发电机转子S轴的角度，
Figure 350978DEST_PATH_IMAGE011
为直流分量衰减时间常数，
Figure 891811DEST_PATH_IMAGE012
为电流次暂态短路值，
Figure 177299DEST_PATH_IMAGE013
为电流暂态短路值，
Figure 648732DEST_PATH_IMAGE014
为电流稳态短路值，
Figure 500013DEST_PATH_IMAGE015
为发电机转子 电角速度，
Figure 664278DEST_PATH_IMAGE016
为故障后时间，
Figure 922216DEST_PATH_IMAGE017
为平均暂态衰减时间常数，
Figure 994077DEST_PATH_IMAGE018
为平均暂态衰减时间常数。
综上，本申请的方法，通过计算得到的配网短路全电流适用于多个逆变型新能源接入电网时的三相对称短路电流计算，能够描述短路电流短时间内的变化，契合当前电力系统的需求。
请参阅图2，其示出了本申请的一个具体实施例的配网短路示意图。
如图2所示，以三节点为例，1为负荷节点，2为平衡节点，3为新能源节点。
(1)正常运行
其潮流计算数据如下所示
1.1节点信息
Figure 168706DEST_PATH_IMAGE097
，
1.2支路信息
Figure 35031DEST_PATH_IMAGE098
，
1.3潮流计算各节点的电压和注入电流如下表所示
Figure 66351DEST_PATH_IMAGE099
，
(2) 线路1至线路3 的50%处发生三相对称接地短路
对于负荷节点1，负荷等效阻抗为：
Figure 676324DEST_PATH_IMAGE100
；
对于发电机节点2，可以等效为一个电流源
Figure 971039DEST_PATH_IMAGE101
并联一个发电机电抗
Figure 8265DEST_PATH_IMAGE102
，当
Figure 506374DEST_PATH_IMAGE102
分 别取值
Figure 920038DEST_PATH_IMAGE103
，
Figure 803680DEST_PATH_IMAGE104
，
Figure 277387DEST_PATH_IMAGE105
，对应电流源
Figure 997212DEST_PATH_IMAGE106
按下式计算分别为：
Figure 948988DEST_PATH_IMAGE107
；
对于故障节点，视为新增节点4，经阻抗
Figure 155978DEST_PATH_IMAGE108
接地；
短路故障计算的子导纳矩阵
Figure 535007DEST_PATH_IMAGE109
按如下所示计算
Figure 991396DEST_PATH_IMAGE110
，
(3)迭代计算
步骤D1：新能源节点电压和新能源节点的注入电流的非线性分段表达式为：
Figure 497595DEST_PATH_IMAGE058
，
式中，
Figure 355829DEST_PATH_IMAGE059
为新能源节点
Figure 436918DEST_PATH_IMAGE041
的注入电流幅值，
Figure 380603DEST_PATH_IMAGE060
为新能源额定电流，取值为1，
Figure 421984DEST_PATH_IMAGE061
为 新能源节点
Figure 134725DEST_PATH_IMAGE041
的注入电流相角，
Figure 121136DEST_PATH_IMAGE062
为新能源节点
Figure 755379DEST_PATH_IMAGE041
的电压相角，
Figure 852648DEST_PATH_IMAGE063
为新能源节点
Figure 170628DEST_PATH_IMAGE041
的电压 幅值；
步骤D2：令k=0，设定新能源注入电流初值电压初值
Figure 593519DEST_PATH_IMAGE064
；
步骤D3：根据
Figure 511797DEST_PATH_IMAGE065
，可以得新能源节点电压的表达式为：
Figure 147177DEST_PATH_IMAGE066
；
式中，
Figure 585243DEST_PATH_IMAGE067
为新能源节点电压第
Figure 913456DEST_PATH_IMAGE068
次迭代值，
Figure 256713DEST_PATH_IMAGE069
为新能源节点注入电流第
Figure 961364DEST_PATH_IMAGE068
次 迭代值；
将
Figure 503204DEST_PATH_IMAGE066
代入新能源节点电压和新能源节点的注入电流的非线 性分段表达式中求解
Figure 753050DEST_PATH_IMAGE070
；
步骤D4：计算两次电流偏差量
Figure 380341DEST_PATH_IMAGE071
，若
Figure 623103DEST_PATH_IMAGE072
，则
Figure 285029DEST_PATH_IMAGE073
为故障时刻的新能源节点的注入电流和新能源节点电压；否则令k=k+1，重复步骤D3；
步骤D5：根据故障时刻的新能源节点的注入电流和新能源节点电压计算发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流，其中，计算发电机的次暂态短路电流的表达式为：
Figure 702847DEST_PATH_IMAGE111
，
式中，
Figure 817434DEST_PATH_IMAGE075
为次暂态时定子超前转子角度，
Figure 598308DEST_PATH_IMAGE012
为电流次暂态短路值；
计算发电机的暂态短路电流的表达式为：
Figure 114740DEST_PATH_IMAGE112
，
式中，
Figure 158919DEST_PATH_IMAGE077
为暂态时定子超前转子角度，
Figure 511535DEST_PATH_IMAGE013
为电流暂态短路值；
计算发电机的稳态短路电流的表达式为：
Figure 96100DEST_PATH_IMAGE078
，
式中，
Figure 467038DEST_PATH_IMAGE079
为稳态时定子超前转子角度，
Figure 478856DEST_PATH_IMAGE014
为电流稳态短路值。
根据不同的
Figure 318768DEST_PATH_IMAGE113
取值，可以得到发电机的次暂态电流
Figure 707024DEST_PATH_IMAGE114
、发电机的暂态电流
Figure 932469DEST_PATH_IMAGE115
和 发电机的稳态短路电流
Figure 115188DEST_PATH_IMAGE116
如下表所示：
Figure 442396DEST_PATH_IMAGE117
，
自阻抗和互阻抗按下式计算：
Figure 368763DEST_PATH_IMAGE118
，
依据公式：
Figure 651977DEST_PATH_IMAGE118
，并结合公式：
Figure 271177DEST_PATH_IMAGE080
，短路电流的 直流分量衰减的时间常数经计算为
Figure 69369DEST_PATH_IMAGE119
。
综合发电机参数，故障点短路的全电流表达式为：
Figure 281651DEST_PATH_IMAGE120
。
即故障点短路电流随时间变化如图3所示。
请参阅图4，其示出了本申请的一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算系统的结构框图。
如图4所示，配网短路全电流计算系统200，包括等值模块210、修改模块220、分类模块230、求解模块240以及计算模块250。
其中，等值模块210，配置为利用潮流计算方法计算各个节点故障前的电压和注入电流，并基于诺顿等值方法将某一发电机节点等值成一电流源并联一电抗，将某一负荷节点等值成一导纳；
修改模块220，配置为发生三相对称短路故障后，设短路接地阻抗为
Figure 747267DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节 点在发电机节点、负荷节点或新能源节点中，则视为在该节点上存在短路接地阻抗
Figure 537369DEST_PATH_IMAGE001
，若 故障节点在线路上，则新增加一个含接地导纳
Figure 557278DEST_PATH_IMAGE002
的节点，并视为负荷为0的负荷节点， 计算导纳矩阵，设用于短路计算的子导纳矩阵为
Figure 841759DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 240511DEST_PATH_IMAGE003
为一个
Figure 670355DEST_PATH_IMAGE004
维的矩阵；
分类模块230，配置为对系统节点按发电机节点、负荷节点和新能源节点进行分 类，并依照发电机节点、负荷节点、新能源节点的构建节点电压与注入电流的关系方程
Figure 443139DEST_PATH_IMAGE121
，式中，
Figure 515000DEST_PATH_IMAGE122
为导纳阵，
Figure 174783DEST_PATH_IMAGE007
为节点电压，
Figure 572266DEST_PATH_IMAGE008
为注入电流；
求解模块240，配置为联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流。
计算模块250，配置为依据各个衰减时间常数，通过次暂态故障电流的相角、暂态故障电流的相角和稳态电流的相角近似的原则计算故障点短路的全电流，其中，计算故障点短路的全电流的表达式为：
Figure 566767DEST_PATH_IMAGE123
，
式中，
Figure 442319DEST_PATH_IMAGE010
为励磁磁动势超前发电机转子S轴的角度，
Figure 219258DEST_PATH_IMAGE011
为直流分量衰减时间常数，
Figure 256484DEST_PATH_IMAGE012
为电流次暂态短路值，
Figure 3860DEST_PATH_IMAGE013
为电流暂态短路值，
Figure 417524DEST_PATH_IMAGE014
为电流稳态短路值，
Figure 51899DEST_PATH_IMAGE015
为发电机转子 电角速度，
Figure 463288DEST_PATH_IMAGE016
为故障后时间，
Figure 432381DEST_PATH_IMAGE017
为平均暂态衰减时间常数，
Figure 649736DEST_PATH_IMAGE018
为平均暂态衰减时间常数。
应当理解，图4中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图4中的诸模块，在此不再赘述。
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述任意方法实施例中的考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法；
作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：
利用潮流计算方法计算各个节点故障前的电压和注入电流，并基于诺顿等值方法将某一发电机节点等值成一电流源并联一电抗，将某一负荷节点等值成一导纳；
发生三相对称短路故障后，设短路接地阻抗为
Figure 387885DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节点在发电机节点、负 荷节点或新能源节点中，则视为在该节点上存在短路接地阻抗
Figure 783225DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节点在线路上， 则新增加一个含接地导纳
Figure 239615DEST_PATH_IMAGE019
的节点，并视为负荷为0的负荷节点，计算导纳矩阵，设用 于短路计算的子导纳矩阵为
Figure 995081DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 853316DEST_PATH_IMAGE003
为一个
Figure 419557DEST_PATH_IMAGE004
维的矩阵；
对系统节点按发电机节点、负荷节点和新能源节点进行分类，并依照发电机节点、 负荷节点、新能源节点的构建节点电压与注入电流的关系方程
Figure 97663DEST_PATH_IMAGE124
，式中，
Figure 922400DEST_PATH_IMAGE125
为导 纳阵，
Figure 635141DEST_PATH_IMAGE007
为节点电压，
Figure 369354DEST_PATH_IMAGE008
为注入电流；
联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流。
依据各个衰减时间常数，通过次暂态故障电流的相角、暂态故障电流的相角和稳态电流的相角近似的原则计算故障点短路的全电流。
计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据考虑分布式电源的配网短路全电流计算系统的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至考虑分布式电源的配网短路全电流计算系统。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
图5是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与考虑分布式电源的配网短路全电流计算系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
作为一种实施方式，上述电子设备应用于考虑分布式电源的配网短路全电流计算系统中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
利用潮流计算方法计算各个节点故障前的电压和注入电流，并基于诺顿等值方法将某一发电机节点等值成一电流源并联一电抗，将某一负荷节点等值成一导纳；
发生三相对称短路故障后，设短路接地阻抗为
Figure 800335DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节点在发电机节点、负 荷节点或新能源节点中，则视为在该节点上存在短路接地阻抗
Figure 100867DEST_PATH_IMAGE001
，若故障节点在线路上， 则新增加一个含接地导纳
Figure 668114DEST_PATH_IMAGE002
的节点，并视为负荷为0的负荷节点，计算导纳矩阵，设用 于短路计算的子导纳矩阵为
Figure 825426DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 228857DEST_PATH_IMAGE003
为一个
Figure 129817DEST_PATH_IMAGE004
维的矩阵；
对系统节点按发电机节点、负荷节点和新能源节点进行分类，并依照发电机节点、 负荷节点、新能源节点的构建节点电压与注入电流的关系方程
Figure 817150DEST_PATH_IMAGE126
，式中，
Figure 145363DEST_PATH_IMAGE125
为导 纳阵，
Figure 36090DEST_PATH_IMAGE007
为节点电压，
Figure 740741DEST_PATH_IMAGE008
为注入电流；
联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流。
依据各个衰减时间常数，通过次暂态故障电流的相角、暂态故障电流的相角和稳态电流的相角近似的原则计算故障点短路的全电流。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
最后应说明的是：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 (7)

1.一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法，其特征在于，包括：
步骤A：利用潮流计算方法计算各个节点故障前的电压和注入电流，并基于诺顿等值方法将某一发电机节点等值成一电流源并联一电抗，将某一负荷节点等值成一导纳；
步骤B：发生三相对称短路故障后，设短路接地阻抗为
Figure 557642DEST_PATH_IMAGE002
，若故障节点在发电机节点、负 荷节点或新能源节点中，则视为在该节点上存在短路接地阻抗
Figure 441284DEST_PATH_IMAGE002
，若故障节点在线路上， 则新增加一个含接地导纳
Figure 931302DEST_PATH_IMAGE003
的节点，并视为负荷为0的负荷节点，计算导纳矩阵，设用 于短路计算的子导纳矩阵为
Figure 900395DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 852171DEST_PATH_IMAGE004
为一个
Figure 872210DEST_PATH_IMAGE005
维的矩阵；
步骤C：对系统节点按发电机节点、负荷节点和新能源节点进行分类，并依照发电机节 点、负荷节点、新能源节点的构建节点电压与注入电流的关系方程
Figure 782398DEST_PATH_IMAGE006
，式中，
Figure 238787DEST_PATH_IMAGE007
为导纳阵，
Figure 7635DEST_PATH_IMAGE008
为节点电压，
Figure 865870DEST_PATH_IMAGE009
为注入电流；
步骤D：联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流；
步骤E：依据各个衰减时间常数，通过次暂态故障电流的相角、暂态故障电流的相角和稳态电流的相角近似的原则计算故障点短路的全电流，其中，计算故障点短路的全电流的表达式为：
Figure 681379DEST_PATH_IMAGE010
，
式中，
Figure 375797DEST_PATH_IMAGE011
为励磁磁动势超前发电机转子S轴的角度，
Figure 669375DEST_PATH_IMAGE012
为直流分量衰减时间常数，
Figure 647695DEST_PATH_IMAGE013
为 电流次暂态短路值，
Figure 368526DEST_PATH_IMAGE014
为电流暂态短路值，
Figure 815819DEST_PATH_IMAGE015
为电流稳态短路值，
Figure 913088DEST_PATH_IMAGE016
为发电机转子电角速 度，
Figure 214757DEST_PATH_IMAGE017
为故障后时间，
Figure 637648DEST_PATH_IMAGE018
为平均暂态衰减时间常数，
Figure 306658DEST_PATH_IMAGE019
为平均暂态衰减时间常数。
2.根据权利要求1所述的一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法，其特征在 于，在步骤C中，依照发电机节点、负荷节点、新能源节点的构建节点电压与注入电流的关系 方程
Figure 942038DEST_PATH_IMAGE020
的表达式为：
Figure 894951DEST_PATH_IMAGE021
，
式中，
Figure 970967DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 110961DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 815612DEST_PATH_IMAGE024
均为导纳阵
Figure 357452DEST_PATH_IMAGE025
对应发电机节点的子导纳矩阵，
Figure 607298DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 234589DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 211772DEST_PATH_IMAGE031
均 为导纳阵
Figure 139277DEST_PATH_IMAGE032
对应负荷节点的子导纳矩阵，
Figure 825604DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 674612DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 721065DEST_PATH_IMAGE036
均为导纳阵
Figure 988229DEST_PATH_IMAGE032
对应新能源节点 的子导纳矩阵，
Figure 829147DEST_PATH_IMAGE037
分别为发电机节点电压、负荷节点电压、新能源节点电压，
Figure 431029DEST_PATH_IMAGE038
分别为发电机节点的注入电流、新能源节点的注入电流，负荷节点注入电流为0。
3.根据权利要求2所述的一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法，其特征在于，在步骤D中，所述联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流包括：
步骤D1：新能源节点电压和新能源节点的注入电流的非线性分段表达式为：
Figure 15594DEST_PATH_IMAGE039
，
式中，
Figure 399915DEST_PATH_IMAGE040
为新能源节点
Figure 411733DEST_PATH_IMAGE041
的注入电流幅值，
Figure 235333DEST_PATH_IMAGE042
为新能源额定电流，取值为1，
Figure 639900DEST_PATH_IMAGE043
为新能 源节点
Figure 865345DEST_PATH_IMAGE041
的注入电流相角，
Figure 313644DEST_PATH_IMAGE044
为新能源节点
Figure 890119DEST_PATH_IMAGE041
的电压相角，
Figure 567219DEST_PATH_IMAGE045
为新能源节点
Figure 647170DEST_PATH_IMAGE041
的电压幅 值；
步骤D2：令k=0，设定新能源注入电流初值电压初值
Figure 791DEST_PATH_IMAGE046
；
步骤D3：根据
Figure 798983DEST_PATH_IMAGE047
，可以得新能源节点电压的表达式为：
Figure 279774DEST_PATH_IMAGE048
；
式中，
Figure 479811DEST_PATH_IMAGE049
为新能源节点电压第
Figure 269913DEST_PATH_IMAGE051
次迭代值，
Figure 289821DEST_PATH_IMAGE052
为新能源节点注入电流第
Figure 836953DEST_PATH_IMAGE051
次迭代 值；
将
Figure 157076DEST_PATH_IMAGE048
代入新能源节点电压和新能源节点的注入电流的非线性分段 表达式中求解
Figure 852499DEST_PATH_IMAGE053
；
步骤D4：计算两次电流偏差量
Figure 376016DEST_PATH_IMAGE054
，若
Figure 713456DEST_PATH_IMAGE055
，则
Figure 888086DEST_PATH_IMAGE056
为故 障时刻的新能源节点的注入电流和新能源节点电压；否则令k=k+1，重复步骤D3；
步骤D5：根据故障时刻的新能源节点的注入电流和新能源节点电压计算发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流，其中，计算发电机的次暂态短路电流的表达式为：
Figure 770722DEST_PATH_IMAGE057
，
式中，
Figure 765223DEST_PATH_IMAGE058
为次暂态时定子超前转子角度，
Figure 640775DEST_PATH_IMAGE013
为电流次暂态短路值；
计算发电机的暂态短路电流的表达式为：
Figure 686222DEST_PATH_IMAGE059
，
式中，
Figure 989028DEST_PATH_IMAGE060
为暂态时定子超前转子角度，
Figure 736404DEST_PATH_IMAGE014
为电流暂态短路值；
计算发电机的稳态短路电流的表达式为：
Figure 150068DEST_PATH_IMAGE061
，
式中，
Figure 47092DEST_PATH_IMAGE062
为稳态时定子超前转子角度，
Figure 255220DEST_PATH_IMAGE015
为电流稳态短路值。
4.根据权利要求1所述的一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算方法，其特征在于，在步骤E中，计算直流分量衰减时间常数的表达式为：
Figure 489892DEST_PATH_IMAGE063
，
式中，
Figure 457979DEST_PATH_IMAGE064
为直流分量衰减时间常数，
Figure 196128DEST_PATH_IMAGE065
为配电网的总等效电抗，
Figure 840736DEST_PATH_IMAGE066
为发电机转子电角 速度，
Figure 297125DEST_PATH_IMAGE067
为配电网的总等效电阻；
计算平均次暂态衰减时间常数的表达式为：
Figure 803324DEST_PATH_IMAGE068
，
式中，
Figure 661558DEST_PATH_IMAGE069
为发电机节点数量，
Figure 742647DEST_PATH_IMAGE070
为第i个发电机的阻尼绕组的电阻，
Figure 171485DEST_PATH_IMAGE071
为阻尼绕组电 流非周期分量衰减的时间常数，
Figure 730643DEST_PATH_IMAGE072
为考虑阻尼绕组与电枢绕组、励磁绕组之间的磁耦合 作用的等效电抗；
计算平均暂态衰减时间常数的表达式为：
Figure 443384DEST_PATH_IMAGE073
，
式中，
Figure 429794DEST_PATH_IMAGE074
为励磁绕组电流非周期分量衰减的时间常数，
Figure 632016DEST_PATH_IMAGE075
为第i个发电机的励磁绕 组的电阻，
Figure 729285DEST_PATH_IMAGE076
为考虑电枢绕组与励磁绕组之间的磁耦合作用的等效电抗。
5.一种考虑分布式电源的配网短路全电流计算系统，其特征在于，包括：
等值模块，配置为利用潮流计算方法计算各个节点故障前的电压和注入电流，并基于诺顿等值方法将某一发电机节点等值成一电流源并联一电抗，将某一负荷节点等值成一导纳；
修改模块，配置为发生三相对称短路故障后，设短路接地阻抗为
Figure 296532DEST_PATH_IMAGE002
，若故障节点在发电 机节点、负荷节点或新能源节点中，则视为在该节点上存在短路接地阻抗
Figure 453844DEST_PATH_IMAGE002
，若故障节点 在线路上，则新增加一个含接地导纳
Figure 857275DEST_PATH_IMAGE077
的节点，并视为负荷为0的负荷节点，计算导纳 矩阵，设用于短路计算的子导纳矩阵为
Figure 758235DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 445568DEST_PATH_IMAGE004
为一个
Figure 773781DEST_PATH_IMAGE005
维的矩阵；
分类模块，配置为对系统节点按发电机节点、负荷节点和新能源节点进行分类，并依照 发电机节点、负荷节点、新能源节点的构建节点电压与注入电流的关系方程
Figure 664508DEST_PATH_IMAGE078
，式 中，
Figure 103580DEST_PATH_IMAGE079
为导纳阵，
Figure 379840DEST_PATH_IMAGE008
为节点电压，
Figure 878955DEST_PATH_IMAGE009
为注入电流；
求解模块，配置为联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取发电机的次暂态短路电流、发电机的暂态短路电流和发电机的稳态短路电流；
计算模块，配置为依据各个衰减时间常数，通过次暂态故障电流的相角、暂态故障电流的相角和稳态电流的相角近似的原则计算故障点短路的全电流，其中，计算故障点短路的全电流的表达式为：
Figure 506245DEST_PATH_IMAGE080
，
式中，
Figure 499740DEST_PATH_IMAGE011
为励磁磁动势超前发电机转子S轴的角度，
Figure 161665DEST_PATH_IMAGE012
为直流分量衰减时间常数，
Figure 831681DEST_PATH_IMAGE013
为 电流次暂态短路值，
Figure 680688DEST_PATH_IMAGE014
为电流暂态短路值，
Figure 474945DEST_PATH_IMAGE015
为电流稳态短路值，
Figure 991377DEST_PATH_IMAGE016
为发电机转子电角速 度，
Figure 832294DEST_PATH_IMAGE017
为故障后时间，
Figure 168597DEST_PATH_IMAGE018
为平均暂态衰减时间常数，
Figure 503895DEST_PATH_IMAGE019
为平均暂态衰减时间常数。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至4任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的方法。
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