[发明专利]一种基于动态相量时域法的短路电流计算方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于动态相量时域法的短路电流计算方法，包括：建立适用于三相交流系统短路电流计算的元件动态相量模型；使用梯形积分方法，将所述动态相量模型转换为代数方程，获得故障节点的电导矩阵；对所述电导矩阵进行三角分解，使用三角分解后获得的公式对发生故障的电路进行电流计算，解决了短路电流标准简化实用计算方法在远距离输电线路、串联补偿电容附近等位置发生短路情况下的计算精度不足的问题。

技术领域

本申请涉及电网规划与运行、电力系统仿真分析领域，具体涉及一种基于动态相量时域法的短路电流计算方法，同时涉及一种基于动态相量时域法的短路电流计算装置。

背景技术

短路电流计算是电力系统分析的常规内容，进行电器设备选择、导体的设继电保护定值等均需要开展短路电流计算。电力系统中的短路过程仿真涉及电磁暂态计算，但由于实际电力系统规模十分庞大，应用现有的电磁暂态计算方法计算短路电流将面临很大困难。短路电流计算标准化的目的，是通过较为简化的实用方法获得系统的最大或最小短路电流，并兼顾设备安全和节省投资。目前国内外各标准均采用简化方法进行短路电流计算，通常能够满足工程计算的要求。

短路电流计算方法的内容包括短路电流交流分量初始值、直流分量衰减时间常数、冲击短路电流等。在实用短路电流计算方法中，交流分量初始值的计算基于相量分析方法，将电磁暂态过程的时域积分问题转换为工频稳态电路代数求解问题，极大的简化了短路电流的计算过程。然而该方法得出的短路电流交流分量计算结果实质上为短路电流工频分量的稳态解。对于一般的电力网络而言，故障发生后短路电流瞬间即可达到工频分量的最大值。然而当系统中含有串补或超长高压交流线路情况下，这些元件附近短路时的故障电流呈现出明显的过渡过程，经过几个甚至十几个周波才能达到交流分量稳态，实用短路电流计算方法将不再适用。所以现有技术中存在短路电流标准简化实用计算方法在远距离输电线路、串联补偿电容附近等位置发生短路情况下的计算精度不足的问题。

发明内容

本申请提供一种基于动态相量时域法的短路电流计算方法，解决了短路电流标准简化实用计算方法在远距离输电线路、串联补偿电容附近等位置发生短路情况下的计算精度不足的问题。

本申请提供一种基于动态相量时域法的短路电流计算方法，包括：

建立适用于三相交流系统短路电流计算的元件动态相量模型；

使用梯形积分方法，将所述动态相量模型转换为代数方程，获得故障节点的电导矩阵；

对所述电导矩阵进行三角分解，使用三角分解后获得的公式对发生故障的电路进行电流计算。

优选的，所述建立适用于三相交流系统短路电流计算的元件动态相量模型，包括：

建立同步电机模型，具体的为，用恒定电压源内阻抗Z_S＝R_a+jX″_d模拟同步电机，其动态相量微分方程为下式。其中，为发电机端电压，

其动态相量模型表达式为：

建立交流线路模型，其动态相量模型表达式为：

可将线路等分为两段或多段，每段采用上述模型，由于三相对称线路的动态相量仍满足正、负、零序解耦原理，对于线路的零序电路，只需将上述参数替换为零序参数；

建立变压器模型，其动态相量模型表达式为：

建立无功补偿及负荷模型，其动态相量模型表达式为：