[发明专利]考虑动态负荷下的电力系统短路电流衰减计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种短路电流计算方法，特别涉及一种考虑动态负荷下的电力系统短路电流衰减计算方法。

背景技术

短路是电力系统的严重故障。电力系统短路电流中包含短路电流周期分量和非周期分量。一般意义上的短路电流计算（短路电流实用计算）主要是指短路电流周期分量计算，本说明的短路电流计算也指短路电流周期分量的计算。

根据目前的短路电流计算标准，对于输电网的短路电流计算，可以不考虑负荷的动态特性，即将负荷等效成恒阻抗、恒功率或恒电流的静态模型，国内电力行业采用的常规短路电流计算在基于潮流计算时即将负荷等效为上述静态模型。

然而，对于负荷的不同处理方式，可能会导致不同的短路电流计算结论和短路电流超标判断。特别地，对于大负荷中心的输电网进行短路电流计算时，当故障切除时间较短时，动态负荷对三相短路电流周期分量的影响较大，值得考虑。有研究表明，如果在仿真计算时忽略负荷的动态特性，一旦发生短路故障，现场的故障录波值比仿真计算值明显偏大，这样就给电力系统的安全运行带来隐患。

同时，国内电力行业的常规短路电流计算只能计算短路瞬间短路电流的周期分量，不能计算短路电流周期分量的衰减情况，事实上，短路电流在断路器跳闸前是存在一定程度衰减的。因此，断路器开断时短路电流是否已衰减到常规短路电流计算所得结果，需要在考虑负荷动态特性的同时计及短路电流衰减进行计算。

发明内容

本发明是针对电力系统常规短路电流计算不考虑动态负荷、不考虑短路电流的衰减，给电力系统带来很大的安全隐患的问题，提出了一种考虑动态负荷下的电力系统短路电流衰减计算方法，该方法基于发电机和电动机磁链（电势）不突变原理，根据动态负荷无功需求对动态和静态负荷进行恰当分配，通过列写电路方程（线性代数方程组），根据电势的衰减求解得到考虑负荷动态特性的短路电流衰减情况，使计算结果更加接近实际情况。

本发明的技术方案为：一种考虑动态负荷下的电力系统短路电流衰减计算方法，具体包括如下步骤：

1）在已知潮流分布的情况下对动态和静态负荷进行分配，假定母线的负荷功率是                                                ，有功部分P_L，按照静态有功负荷与动态有功负荷的比例分为和P，即；无功部分，先根据母线电压V及动态有功负荷P确定动态负荷需要的无功Q，即Q=f(P,V)，然后总的无功负荷减去动态负荷需要的无功Q后剩余部分即为静态负荷的无功，即；

2）动态负荷无功需求计算，设定电力系统中的动态负荷电动机作为动态负荷模型，根据已知负荷节点的端电压V，分配给动态负荷的有功功率P，设定电动机等值电路计算动态负荷无功功率Q，动态负荷为P+jQ；

3）设定电力系统中的动态负荷电动机参数换算，为了计算电动机短路反馈电流的衰减，根据设定电动机等值电路计算电动机的动态参数，包括：稳态电抗、暂态电抗及暂态时间常数；

4）对预设故障点，根据磁链（电势）不突变原理进行发电机和电动机电势的衰减计算，即当t=0时，电动机短路后暂态电势的衰减初始值等于电动机短路前瞬间暂态电势，发电机短路后d、q轴次暂态电势等于发电机短路前瞬间d、q轴次暂态电势；5）编程解网络方程（即节点导纳矩阵），根据发电机和电动机电势的衰减得到短路后各时刻短路电流周期分量的衰减情况。

所述步骤4）中对于单鼠笼感应电动机，短路后暂态电势的衰减计算公式为：

         

式中，为电动机短路前瞬间暂态电势；为暂态分量衰减的时间常数；

发电机短路后d轴次暂态电势的衰减计算公式：

式中，为发电机短路前瞬间q轴次暂态电势；为发电机短路前瞬间定子绕组d轴电流；分别为发电机的稳态电抗、暂态电抗和次暂态电抗；为基于节点导纳矩阵计算的短路后瞬间发电机机端电压与机端电流的商；分别为暂态分量和次暂态分量衰减的时间常数。

所述步骤5）当短路点与发电机或电动机直接相连时，

电动机反馈的短路电流周期分量的衰减公式如下：

                 

其中为电动机短路前瞬间暂态电势，为电动机机端到短路点的电抗，与基于节点导纳矩阵计算的短路后瞬间电动机机端电压与机端电流的商一致，为暂态分量衰减的时间常数；

发电机提供的短路电流周期分量的衰减公式如下：

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