电力系统组合型短路故障口电流的通用计算方法.docx
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电力系统组合型短路故障口电流的通用计算方法
文献12]针对单端口短路故障的统一计算公式是建立在金属性短路基础之上的对于短路时存在过渡阻抗的情况未作考虑因此文中推导出的公式不再适用于这一情况下的短路计算O另外从现有关于短路故障通用性算法研究的文献来看其算法均基于基本故障型对于组合型故障却鲜有提及O事实上完全有可能发生如是的故障ZA相单相接地同时BC相相间短路O这些故障出现的概率虽小但其造成的影响却很大切不可忽视自然实际算法中也应给予充分的考虑O
由上述可知短路故障并非就是以往所理解的仅包含一个典型的基本故障型（如单相接地\两相相间\两相接地等D它实际上也有可能是包含两个及其以上基本故障型的组合故障O显然这类组合型故障发生在同一端口之间故仍属单端口故障范畴和多端口故障又有着本质的区别在概念上不可混淆O
因此提出一种能真正涵盖上述情况下的短路故障类型的通用算法便于计算机的编程实现O本文将推导出对称分量坐标下基于组合故障模型短路故障计算的统一公式推导过程中从基本型故障电路的一般形式出发结合相补偿法使得最终表达公式适用于任意过渡阻抗的短路故障计算问题O
!
基于组合故障模型的短路故障口电流通用计算公式的推导
本节给出了基本故障型一般形式下的边界条件方程当系统发生了组合型短路故障则一定可按基本故障类型对其进行分解O为避免因过渡阻抗为零时相应基本故障电路导纳型描述矩阵中出现无穷大元素引入补偿导纳支路
S
以形成等价虚拟故障口O最后就系统补偿后扩充了的等效故障口推导出序网口电流电压量约束方程并通过与组合型故障的各端口边界条件方程联立求解得出计及组合故障时故障口电流公式的一般通用表达O
!
.!
基本故障型一般形式下的边界条件方程任一组合型故障均可分解为若干个基本故障型那么对于基本故障型数学模型的建立就显得十分重要O基本故障型按照其等值电路相导纳支路是否直接与大地相连可分为两大类型O其中每一类故障等值电路均可用通用模型描述且具有相同的导纳型描述矩阵表达式O
I型故障可用图1电路进行一般性描述它涵盖了日常所讨论的单相故障\两相未经接地阻抗直接接地故障\三相未经接地阻抗直接接地故障O其对应的导纳型描述矩阵为
!
ABC!
A
B
C
T
I
I
L
T
I
I
J
I型故障可用图2电路进行一般性描述它涵盖了日常所讨论的各种相间故障及两相\三相经接地阻抗接地故障O其对应的导纳型描述矩阵可通过星网变换求得
!
ABC
A
C
BCG
D
AB
!
!
!
!
!
!
!
!
AC
ABB
C
ACG
D
BC
AC
!
!
!
!
!
BCC
C
ABG
T
I
I
I
TIIID
ABCG
这样任一基本故障形式两者必居其一也就是说相应导纳型描述矩阵能根据所属故障类型惟一确
电力系统组合型短路故障口电流的通用计算方法
张钊1!
高山1!
姜兰萍2
C1.东南大学电气工程系江苏南京210096G2.甘肃省水利水电勘测设计院甘肃兰州730000D
摘要!
从导纳参数模型下的基本故障型边界条件方程入手!
采用相补偿法引进了等价虚拟故障口!
从而解决了任意过渡阻抗故障计算的边界条件统一性问题"在此基础之上推导出基于组合故障模型的短路口电流通用计算公式"该算法较一般的短路计算模型!
算法具有通用性!
较好地实现了任意不对称过渡阻抗的基本型短路或组合型短路的统一求解"
关键词!
组合故障#过渡阻抗#通用算法
中图分类号!
TM713!
!
!
!
!
!
文献标识码!
A!
!
!
!
文章编号!
1009-0665C2005D01-0041-03
收稿日期$2004!
!
06!
23
图!
!
型典型故障模型
A
B
C
ABC
图""型典型故障模型JiangsuElectricalEngineering
2005!
1"江苏电机工程
第24卷第1期"#
定,这样单个基本故障一般形式下的边界条件方程可记为
IABC!
=YABC!
UABC
（1
!
."
过渡阻抗为零时基本型故障电路的相补偿措
施及虚拟故障口的形成
1.1节中对于基本型故障电路采用了节点导纳
阵的描述形式,推出一般形式下的边界条件方程0所谓一般形式是未考虑各支路阻抗（或导纳>为零或无穷的情况0对于阻抗为无穷大的情况,由于边界条件是用导纳型参数来列出的,故可精确计及,这也正是故障电路采用导纳型参数进行描述的优点所在0实际故障系统中零阻抗支路也是完全可能出现的,对应于yA,yB或yC相导纳支路中的一支或多支,也即是过渡阻抗为零的情形（ZG不可能为零,否则将划入I型故障>0这种情况下若不引入附加处理过程,编程实现时,必将用充分大的有限值去模拟导纳阵中的无穷大元素,这样会造成一定的误差,甚至使结果偏离精确值很多0鉴于此,又因考虑到与其他一般情况下故障模型描述相衔接,使得算法具有通用性,可在具有无穷大导纳支路的基本故障电路中的各相串接补偿一对正负相消的导纳支路yC,如图3所示0显然可把原故障口处发生的短路等效地视为发生在正负相导纳补偿支路之间的虚拟故障口F且原故障口和虚拟故障口之间F!
由对称补偿导纳元件-yS组成的电路同样可等效地视为故障前原对称网络的一部分0这样即使原故障电路出现过渡阻抗为零的情况,等效后的故障电路各相导纳值也仅为有限值了,从而有效地解决了故障电路不能用导纳型参数进行精确描述而影响计算精度的问题,保证了有无过渡阻抗情形下故障电路数学模型的统一性0两者的差别只需在故障电路相导纳参数上略作调整0
图3所示的基本故障电路中存在过渡阻抗为零的支路,即yP="（P!
{A,B,C}表相别>,则补偿后的故障电路导纳型描述矩阵Y!
ABC表达式与1.1小节中相比,各相支路导纳值需作如下调整
y!
P!
=yS（yP=">
y!
P!
=yS//!
yP!
!
!
（yP">
其中
ABC及各相支路导纳y!
P均省略上标0另外,令YS=diag[yS,yS,yS],代表补偿电路的支路导纳阵0
!
.#基于组合型故障多虚拟故障口的电流!
电压量
约束方程
在组合型故障经分解后得到的一组基本故障型中有一个或多个存在零过渡阻抗的情况下,从相补偿措施的处理方法不难看出,原先惟一的故障端口将被扩充了的若干个虚拟故障口所等效,这样原先网络单端口的电压~电流量约束关系必将被基于多虚拟故障口的电流~电压量约束方程组所替代,下面给出此约束方程的推导过程0
一般地,组合型故障分解维数为K,若根据是否存在零过渡阻抗,可把这K个基本故障型归并为两组0假定其中L个基本故障型中不存在零过渡阻抗,设1~L号基本故障型对应于这一组别0由1.1节~1.2节可知经补偿后全部K个基本故障型共对应故障口K-L+1个,其中1~L号基本故障型均对应于原故障口,加以保留剩余K-L个基本故障型各自引入补偿元件yS后对应K-L个虚拟故障口0
令N=K-L+1代表故障口数,且1号端口对应于原故障口0故障前短路端口的各序诺顿等值参数均已给定,其中诺顿等值导纳参数矩阵
Y（eg
012=!
y0
!
!
!
!
!
!
!
y1
y2
诺顿等值电流源注入向量为
I（eg012=[0,,0]
T
据此,多虚拟端口序分量等值电路如图4所示0
设U（i012（i=1.N>表示故障口电压向量,I（i>
012（i=1.N>表示流经故障口的电流向量,方向如图4所示0由图,显然
I（1>012=Y（1>012U（1>012+I（eg>012+YS（U（1>012-U（2>012>+.+YS（U（1>012-U（N>012>I（1>012=-YS（U（1>012-U（2>012>..I（N>012
=-YS（U（1>012-U（N>012
>图#典型故障相补偿模型
F!
F!
（a>I型故障
（b>I型故障
1
图$虚拟多端口序网络等值模型
Y（eg>
012
I（eg>
012
I（2>
012
I（1>
012
-Y!
-Y!
I（N>
012
U（N>
012
U（1>
012
U（2>
012
江苏电机工程
"#
张钊等电力系统组合型短路故障口电流的通用计算方法
!
!
推出
I1012=!
N-1YS-Y（eg012"U1012-YSU1012--YSUN012+I1012I2012=-YSU1012+YSU2012IN012
=-YSU1012+YSUN012\\%\\L联立以上N个等式方程a并写为矩阵的形式a有
I1012I2012IN012T\\\\\LT\\\\\J=N-1YS-Yeg012-YS-YS!
!
!
!
!
!
-YS-YS0!
!
!
!
!
-YSYST\\\\\LT\\
\\
\JU1
012U2012UN012T\\\\\L
T\\\\\J+Ieg
0120T\\\\LT\\\\J0简记为I0123!
N=YW
0123!
N!
3!
N
U0123!
N+I0
0123!
N
2
其中Y
W
0123!
N!
3!
N
为3N阶序网络端口导纳型描述
矩阵a可根据故障口端数N及已知参数迅速列出O方程2即为基于组合型故障多虚拟故障口的电流~电压量约束方程O
!
#"组合型短路故障口电流的求解
由1#3节中故障口的划分标准a不难列出等效
后的N个故障口所对应对称分量坐标下的边界条件方程a设Y（1ABC
~Y（K
ABC对应于采用相补偿措施等效后的K个基本故障型电路导纳型描述矩阵O由式
（1a得
I（1012=（S-1
L
i=1
ZY（iABCSU（1012
I（1012
=（S-1Y（L+1ABCSU（2012!
!
!
!
!
!
!
!
!
I（N012
=（S-1Y（KABCSU（N012\\\%\
\\L其中S=1111!
!
!
2!
!
!
1!
!
!
T
\\L
T\
\
J2
aS-1Y（i
ABCS表示基本型故障电路的序导纳型描述矩阵a联立以上N个等式方程a
并写为矩阵的形式a有
I（1
012I（2012I（N012T\\\\\LT\\\\\
J=S-1Li=1ZY（i
ABCS!
!
!
!
!
!
S-1Y（L+1ABCS0!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
S-1Y（KABCT\\\
\\\\L
T\
\\\
\
\\J
SU（1
012U（2012U（N012T\\\\\LT\\\\\J简记为I012（3!
!
N=YF
012（3!
N!
3!
N
U012（3!
N
（3
其中YF012（3!
N
为3N阶多口故障电路序导纳型描
述矩阵O
方程（3即为基于组合型故障多虚拟故障口的边界条件方程O
现联立方程（2~（3a解得
U012（3!
N=（YF
012（3!
N!
3!
N-YW
012（3!
N!
3!
N-1I0
012（3N
（4
将式（4代入方程（2a有
I012（3!
N=
!
E+YW012（3!
N!
3!
N（YF012（3!
N!
3!
N-YW012（3!
N!
3!
N-1"I0
012（3N（5
式中E为3N阶单位矩阵O
显然a原组合型短路故障口电流应为等效后N个端口故障电流的向量和a故
I（SC
012=!
（E1aE2aEN-1"!
!
E+YW
012（3!
N!
3!
N（YF
012（3!
N!
3!
N-YW
012（3!
N!
3!
N-1"I0
012（3N（6
其中Ei（i=1a2aN均为3阶单位阵O
公式（6即基于组合故障模型的短路故障口电流计算公式的通用形式O
计算出故障口各序电流后a即得故障口序等效注入电流a这样利用原解耦的序网络节点阻抗矩阵和支路导纳矩阵可较快速地求解出原网络内部各序节点电压及各序支路电流的分布O
#结论
该文给出了基于组合故障模型的电力系统不对称短路故障通用算法公式的推导过程a一方面解决了任意过渡阻抗的故障计算问题a另一方面拓宽了故障的计算范围a计及了组合型故障发生的可能a因此涵盖了短路故障所有特殊情形O该算法针对不对称短路故障而言具有严格意义上的通用性a大大简化了计算机的编程实现a有效地实现了任意基本故障型短路及组合故障型短路的统一计算a具有应用价值O参考文献$
!
1"姜彤a白雪峰a郭志忠a等.基于对称分量模型的电力系统短
路故障计算方法[J].中国电机工程学报a2003a23（250$53.
!
2"温苑红a方富淇.电力系统故障分析的相网络计算法[J].电力系
统自动化a1998a22（235$37.
作者简介
张钊（1978$a男a安徽芜湖人a硕士研究生a研究方向为电力系统
仿真及配网自动化9
高山（1973$a男a山东济南人a博士a副教授a主要从事电力系统
运行与控制~电力市场~人工智能在电力系统中的应用等方面的研究9
姜兰萍（1960$a女a甘肃兰州人a高级工程师a从事水利水电自动化
设计O
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!
"
TheSelectionofOperatingModeofSynchronousMotorwhenPumpStationis
UsedasPowerGeneration
MOYue-ping1,HUANGHai-tian2,LUYi-zhong2,WENZe-hang3
1.YangzhouUniversity,Yangzhou,225009China;2.JiangsuDepartmentofWaterresources,Nanjing,210029China;
3.JiangsuLuoyunWaterEngineeringManagement,Sugian,223800China>
Abstract:
Whenwatercomingdownfromupriver,thepumpstationcanbeusedtogenerateelectricpower.Inthatway,notonlythewaterpowerresourcesandtheeguipmentofthepumpstationsareutilizedfully,butalsotheelectricpowerissuppliedforthesociety.Thesignificationandapplicationvalueofusingpumpstationsasinvertedpowergenerationshavebeenexpoundedinthispaper.Themodesofoperationforpumpstationtobeusedaspowergenerationareanalyzed,andtheelectionofoperatingmodeisalsodiscussed.TakingapumpstationinJiangsuProvinceasanexample,themethodtoselectthemodeofoperationisillustrated.
KeyWords:
pumpstation;synchronousmotor;generationoperatingstatus;selectionofoperatingmode
AGeneralizedAlgorithmforCombinedPowerSystemShortCircuit
CurrentCalculation
ZHANGZhao1,GAOShan1,JIANGLan-ping2
1.SoutheastUniversity,Nanjing,210096,China;
2.GansuSurveyandDesignInstituteofWaterConservancyandHydropower,Lanzhou,730000,China>
Abstract:
Onthebasisofboundaryconditionforafundamentalfaultwhichisdescribedinadmittanceparameter,theproblemaboutuniversalboundaryeguationconcernedduringfaultcalculationwithdifferenttransitionimpedanceissolvedbyadoptingphasecompensationandintroducingvirtualfaultports.Inthispaper,ageneralformualbasedoncombinedfaulttocalculateport-currentinshortcircuitispresented.Comparingwiththeorthodoxcalculationmodelforshortcircuit,itisgeneralized.Inaword,thealgorithmsatisfactorilyachievesgeneralsolutionforafundamentalfaultoracombinedfaultwithdifferentunsymmetricaltransitionimpedance.
KeyWords:
combinedfault;transitionimpedance;generalizedalgorithm
ResearchSummaryonPowerSystemDigitalSimulation
PANXue-ping
HohaiUniversity,Nanjing,210098,China>
Abstract:
Withthedevelopmentofnetworkinterconnectionandelectricitymarketinpowersystem,thetechniguesinpowersystemdigitalsimulationwillexperiencenewchangesandprogresses.Firstly,theconceptofpowersystemsimulationanditsapplicationisintroduced;thenthecurrentstatusofmathematicalmodelsandalgorithmsinpowersystemsimulationispresented,andtheregurimenttoevaluatetherightnessandveracityofmathematicalmodelsisdiscussed.Finallythepaperpointsoutthetrendsofdevelopmentondigitalsimulationtechniguesinpowersystemsareintroduced,whichcanbeusedasreferencesinthefuture.
Keywords:
powersystem;digitalsimulation;dispatchertrainingsimulator;real-timesimulation;object-orientedtechnigue
[18J王明俊,傅书惕,吴玉生.面向对象设计的开放式能量管理系统[JJ.北京:
中国电力出版社,1998.
[19JJeanMahserejian.CreatinganElectron-magneticTransientsPro-graminMATLAB[JJ.MatEMTP.IEEETrans.OnPowerDeliv-ery,1997,121>.
[20J李群,王维平,朱一凡,等.柔性仿真方法研究[JJ.系统仿真
学报,1999,116>:
405-408.
[21JIEEECommitteeReport:
ParallelProcessinginPowerSystemsComputation,IEEETrans.OnPowerSystems[RJ.1992,72>:
529-637.
[22JZhouBaorong,ChanKW,SniderLA,etal
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