CN104865843A - 一种电力***混合仿真故障统一处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力***混合仿真故障统一处理的方法，其包括以下步骤：A、混合仿真中，机电暂态侧采用机电暂态超实时仿真程序TH-STBLT建立电力***交流网络；B、在故障端口处，将电力***交流网络划分为正常子网络和多端口故障子网络；C、在正常子网络中，电网部分采用基波三序网络描述，发电机、动态负荷、电力电子装置等一次设备动态元件接入正序网；D、在多端口故障子网络中，根据故障信息建立电力***网络元件的故障模型，推导出多端口复故障的综合导纳统一模块Y_f；E、将Y_f叠加进正常子网络正序网导纳模块Y中，计算正序网故障端口的正序电压和正序电流；F、通过正序故障端口电流计算负序和零序网络的故障端口电压。

Description

一种电力***混合仿真故障统一处理的方法

技术领域

本发明是一种电力***混合仿真故障统一处理的方法，属于交直流大电网数字仿真技术领域。

背景技术

为研究和分析大规模交直流***相互作用的电网特性，保障大电网安全稳定运行，精确而可信的仿真***是必不可少的工具。目前，人们已开发出电磁-机电混合实时仿真平台，实现对电力***中电磁和机电的暂态过程有机结合，紧密耦合在一起同时进行仿真。

对含有大容量电力电子装置的交流电网，由于存在复杂的换流过程，这类电网的分析面临与上述交直流混合***相似的问题和计算分析的需求。随着大量电力电子装置投运、大量电力电子用电负荷投入电网，电网三相不对称情况越发严重。这些电网中出现的实际问题对混合仿真模拟***在非对称故障、扰动激励下特性和行为、***三相不对称工况下运行行为提出了要求。

传统的混合仿真机电暂态程序对三相不对称工况、故障扰动的处理，大多只针对单端口电网横向故障或纵向故障进行计算，缺少统一处理方法，计算效率低下，难以在大规模电网中处理多端口横向、纵向复故障。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种电力***混合仿真故障统一处理的方法，给出大规模电网多端口横向、纵向复故障的综合导纳统一表达式，全面涵盖了电力***所有故障类型，克服了传统混合仿真故障计算的单一性，从而提高混合仿真故障计算的效率，实现编程标准化，是一种实用可行的故障计算方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电力***混合仿真故障统一处理的方法，该方法包括以下步骤：

A、混合仿真中，机电暂态侧采用机电暂态超实时仿真程序TH-STBLT建立电力***交流网络；

B、在故障端口处，将电力***交流网络划分为正常子网络和多端口故障子网络；

C、在正常子网络中，电网部分采用基波三序网络描述，发电机、动态负荷、电力电子装置等一次设备动态元件接入正序网；

D、在多端口故障子网络中，根据故障信息建立电力***网络元件的故障模型，推导出多端口复故障的综合导纳统一模块Y_f；其中，所述故障信息包括横向故障信息和纵向故障信息；所述故障模型包括横向故障模型和纵向故障模型；

横向故障的综合导纳模块为

$Y_f={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& (Z_{\mathrm{ks}}+3Z_{\mathrm{kg}})Y_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}$

纵向故障的综合导纳模块为

$Y_f={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{ks}}{Y}_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}$

E、将Y_f叠加进正常子网络正序网导纳模块Y中，计算正序网故障端口的正序电压和正序电流；

F、通过正序故障端口电流计算负序和零序网络的故障端口电压。

本发明给出了大规模电网多端口横向、纵向复故障的综合导纳统一表达式，全面涵盖了电力***所有故障类型，克服了传统混合仿真故障计算的单一性，从而提高混合仿真故障计算的效率，实现编程标准化，是一种实用可行的故障计算方法。

根据本发明另一具体实施方式，横向故障模型包括接地短路故障、相间短路故障和三相不平衡负荷，横向故障模型采用一Y接三相阻抗接入故障端口，其中Y接三相阻抗中性点通过阻抗接地来描述。多端口故障子网络一共有t个，即故障子网络1，故障子网络2，……，故障子网络t。

根据三相电压和三相电流关系，可得t个横向故障子网络的相量模块关系式：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{\mathrm{ka}}+Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kg}}\\ Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kb}}+Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kg}}\\ Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kc}}+K_{\mathrm{kg}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

式(1)中，Z_ka、Z_kb、Z_kc分别为A相、B相、C相接入故障端口的阻抗模块向量，即 Z_kg为中性点阻抗模块向量，即 分别为A相、B相、C相电压相量的模块向量，即 ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}1}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}2}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kbt}}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}1}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}2}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kct}}\end{array}\right]}^T;$ 分别为A相、B相、C相电流相量的模块向量，即 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kbt}}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kct}}\end{array}\right]}^T.$

采用序分量法，将电压和电流进行三相和三序变换，则式(1)可变形为

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{\mathrm{ks}}& Z_{\mathrm{km}}& Z_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{kn}}& Z_{\mathrm{ks}}& Z_{\mathrm{km}}\\ Z_{\mathrm{km}}& Z_{\mathrm{kn}}& Z_{\mathrm{ks}}+{3K}_{\mathrm{kg}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中分别为A相电压的正序分量、负序分量和零序分量的相量模块，即 ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-1}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-1}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-1}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-2}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-2}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-2}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-0}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-0}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-0}\end{array}\right]}^T;$ 分别为A相电流的正序分量、负序分量和零序分量的相量模块，即 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-1}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-1}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-2}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-2}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-0}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-0}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-0}\end{array}\right]}^T;$ Z_km、Z_kn、Z_ks均为对角元素，维数等于故障重数(即t个故障子网络)，如下式：

$\left\{\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{km}}=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+Z_{\mathrm{kb}}+Z_{\mathrm{kc}})\\ Z_m=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+a^2{Z}_{\mathrm{kb}}+a{Z}_{\mathrm{kc}})\\ Z_{\mathrm{ks}}=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+a{Z}_{\mathrm{kb}}+a^2{Z}_{\mathrm{kc}})\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中a为引用算子e为自然对数的底，j为虚数单位；

在横向故障端口，电网侧负序网和零序网的故障支路电流与故障端口电压关系为

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}=-Y_{p2}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}---\left(4\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}=-Y_{p0}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}---\left(5\right)$

其中Y_p2和Y_p0分别为正常子网络的负序导纳模块和零序导纳模块。

将式(4)和(5)代入(2)，得到

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}=Z_{\mathrm{ks}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]---\left(6\right)$

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]={[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& (Z_{\mathrm{ks}}+3Z_{\mathrm{kg}})Y_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}---\left(7\right)$

将式(7)代入(6)，得到

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& (Z_{\mathrm{ks}}+3Z_{\mathrm{kg}})Y_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}---\left(8\right)$

其中I为单位模块，

因此可得横向故障的综合导纳模块为

$Y_f={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& (Z_{\mathrm{ks}}+3Z_{\mathrm{kg}})Y_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}---\left(9\right)$

根据本发明另一具体实施方式，纵向故障模型包括断线，纵向故障模型增加的故障支路可由三相阻抗接入故障线路来描述：正常情况下，故障支路阻抗值为一个很小的值，而三相阻抗设置不同的值来组合出不同的纵向故障或扰动。多端口故障子网络一共有r个，即故障子网络1，故障子网络2，……，故障子网络r。

根据三相电压和三相电流关系，可得r个纵向故障子网络的相量模块关系式：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{\mathrm{ka}}& 0& 0\\ 0& Z_{\mathrm{kb}}& 0\\ 0& 0& Z_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]---\left(10\right)$

式(10)中，Z_ka、Z_kb、Z_kc分别为A相、B相、C相接入故障端口的阻抗模块向量，即 分别为A相、B相、C相故障端口阻抗两端的电压相量的模块向量，即 $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kar}}\end{array}\right]}^T,$ $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}1}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}2}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kbr}}\end{array}\right]}^T,\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}}={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}1}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}2}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kcr}}\end{array}\right]}^T;,$ 分别为流过A相、B相、C相阻抗的电流相量的模块向量，即 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kar}}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kbr}}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kcr}}\end{array}\right]}^T.$

采用序分量法，将电压和电流进行三相和三序变换，则式(10)可变形为

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{\mathrm{ks}}& Z_{\mathrm{km}}& Z_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{kn}}& Z_{\mathrm{ks}}& Z_{\mathrm{km}}\\ Z_{\mathrm{km}}& Z_{\mathrm{kn}}& Z_{\mathrm{ks}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]---\left(11\right)$

其中分别为A相故障端口阻抗两端电压的正序分量、负序分量和零序分量的相量模块，即 $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-1}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-1}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-1}\end{array}\right]}^T,$ $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-2}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-2}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-2}\end{array}\right]}^T,$ $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-0}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-0}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-0}\end{array}\right]}^T;$ 分别为流过A相阻抗的电流正序分量、负序分量和零序分量的相量模块，即 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-1}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-1}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-2}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-2}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-0}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-0}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-0}\end{array}\right]}^T;$ Z_km、Z_kn、Z_ks均为对角元素，维数等于故障重数(即r个故障子网络)，如下式：

$\left\{\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{km}}=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+Z_{\mathrm{kb}}+Z_{\mathrm{kc}})\\ Z_{\mathrm{kn}}=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+a^2{Z}_{\mathrm{kb}}+a{Z}_{\mathrm{kc}})\\ Z_{\mathrm{ks}}=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+a{Z}_{\mathrm{kb}}+a^2{Z}_{\mathrm{kc}})\end{array}\right.---\left(12\right)$

其中a为引用算子e为自然对数的底，_j为虚数单位；

在纵向故障端口，电网侧负序网和零序网的故障支路电流与故障支路电压关系为

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}=-Y_{p2}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}---\left(13\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}=-Y_{p0}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}---\left(14\right)$

其中Y_p2和Y_p0分别为正常子网络的负序导纳模块和零序导纳模块。联立式(11)-(14)，推导得到

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]={[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{ks}}{Y}_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}---\left(15\right)$

则纵向故障的综合导纳模块为

$Y_f={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{ks}}{Y}_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}---\left(16\right)$

其中I为单位模块，

根据本发明另一具体实施方式，采用序分量法，将电压和电流进行三相和三序变换。

根据本发明另一具体实施方式，在电力***混合仿真的横向故障计算中，将横向故障的综合导纳模块Y_f合并进入电网正序网的导纳模块Y中。

根据本发明另一具体实施方式，在电力***混合仿真的纵向故障计算中，将纵向故障的综合导纳模块Y_f合并进入电网正序网导纳模块Y中。

与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：

本发明的方法给出了大电网多端口复故障的综合导纳统一表达式，既包含了对多端口横向故障的计算，也包含对多端口纵向故障的计算，适应分析研究各种复杂故障的模拟，从而提高了混合仿真故障计算效率和实用性，是一种有效、可行的解决方法。同时，该方法适合于实时仿真计算。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1为实施例1的电力***故障统一处理原理图；

图2为实施例1的电力***横向故障示意图；

图3为实施例1的电力***纵向故障示意图；

具体实施方式

实施例1

图1所示是本实施例的电力***混合仿真故障统一处理原理图。本实施例的电力***混合仿真故障统一处理的方法包括以下步骤：

A、混合仿真中，机电暂态侧采用机电暂态超实时仿真程序TH-STBLT建立电力***交流网络；

B、在故障端口处，将电力***交流网络划分为正常子网络和多端口故障子网络；

C、在正常子网络中，电网部分采用基波三序网络描述，发电机、动态负荷、电力电子装置等一次设备动态元件接入正序网；

D、在多端口故障子网络中，根据故障信息建立电力***网络元件的故障模型，推导出多端口复故障的综合导纳统一模块Y_f；其中，所述故障信息包括横向故障信息和纵向故障信息；所述故障模型包括横向故障模型和纵向故障模型；

横向故障的综合导纳模块为

$Y_f={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& (Z_{\mathrm{ks}}+3Z_{\mathrm{kg}})Y_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}$

纵向故障的综合导纳模块为

$Y_f={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{ks}}{Y}_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}$

E、将Y_f叠加进正常子网络正序网导纳模块Y中，计算正序网故障端口的正序电压和正序电流；

F、通过正序故障端口电流计算负序和零序网络的故障端口电压。

上述的横向故障模型，包括接地短路故障、相间短路故障和三相不平衡负荷等，横向故障模型采用一Y接三相阻抗接入故障端口，其中Y接三相阻抗中性点通过阻抗接地来描述，多端口故障子网络一共有t个，即故障子网络1，故障子网络2，……，故障子网络t，如图2所示。

根据三相电压和三相电流关系，可得t个故障子网络的相量模块关系式：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{\mathrm{ka}}+Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kg}}\\ Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kb}}+Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kg}}\\ Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kg}}& Z_{\mathrm{kc}}+K_{\mathrm{kg}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

式(1)中，Z_ka、Z_kb、Z_kc分别为A相、B相、C相接入故障端口的阻抗模块向量，即 Z_kg为中性点阻抗模块向量，即 分别为A相、B相、C相电压相量的模块向量，即 ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}1}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}2}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kbt}}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}1}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}2}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kct}}\end{array}\right]}^T;$ 分别为A相、B相、C相电流相量的模块向量，即 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kbt}}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kct}}\end{array}\right]}^T.$ 下同。

采用序分量法可得，

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}I& I& I\\ a^2& a& I\\ a& a^2& I\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]---\left(2\right)$

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}I& I& I\\ a^2& a& I\\ a& a^2& I\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]---\left(3\right)$

其中I为单位模块，a为引用算子e为自然对数的底，j为虚数单位；分别为A相电压的正序分量、负序分量和零序分量的相量模块，即 ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-1}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-1}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-1}\end{array}\right]}^T{,\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-2}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-2}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-2}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-0}& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-0}& ......& {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-0}\end{array}\right]}^T;$ 分别为A相电流的正序分量、负序分量和零序分量的相量模块，即 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-1}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-1}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-2}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-2}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-0}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-0}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-0}\end{array}\right]}^T.$ 下同。

将式(2)和(3)代入式(1)，整理后得到

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{\mathrm{ks}}& Z_{\mathrm{km}}& Z_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{kn}}& Z_{\mathrm{ks}}& Z_{\mathrm{km}}\\ Z_{\mathrm{km}}& Z_{\mathrm{kn}}& Z_{\mathrm{ks}}+{3K}_{\mathrm{kg}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]---\left(4\right)$

式(4)的模块元素如下式

$\left\{\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{km}}=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+Z_{\mathrm{kb}}+Z_{\mathrm{kc}})\\ Z_m=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+a^2{Z}_{\mathrm{kb}}+a{Z}_{\mathrm{kc}})\\ Z_{\mathrm{ks}}=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+a{Z}_{\mathrm{kb}}+a^2{Z}_{\mathrm{kc}})\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中Z_km、Z_kn、Z_ks均为对角元素，维数等于故障重数(即t个故障子网络)。

在故障端口，电网侧负序网和零序网的故障支路电流与故障端口电压关系为

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}=-Y_{p2}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}---\left(6\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}=-Y_{p0}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}---\left(7\right)$

其中Y_p2和Y_p0分别为正常子网络的负序导纳模块和零序导纳模块。

将式(6)和(7)代入(4)，得到

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}=Z_{\mathrm{ks}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]---\left(8\right)$

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]={[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& (Z_{\mathrm{ks}}+3Z_{\mathrm{kg}})Y_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}---\left(9\right)$

将式(9)代入(8)，得到

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& (Z_{\mathrm{ks}}+3Z_{\mathrm{kg}})Y_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}---\left(10\right)$

因此可得横向故障的综合导纳模块

$Y_f={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& (Z_{\mathrm{ks}}+3Z_{\mathrm{kg}})Y_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}---\left(11\right)$

在电力***混合仿真的横向故障计算中，将Y_f合并进入电网正序网的导纳模块Y中。

上述的纵向故障模型，包括断线等。纵向故障模型增加的故障支路可由三相阻抗接入故障线路来描述：正常情况下，故障支路阻抗值为一个很小的值，而三相阻抗设置不同的值可以组合出不同的纵向故障或扰动。多端口故障子网络一共有r个，即故障子网络1，故障子网络2，……，故障子网络r，如图3所示。

根据三相电压和三相电流关系，可得r个故障子网络的相量模块关系式：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{\mathrm{ka}}& 0& 0\\ 0& Z_{\mathrm{kb}}& 0\\ 0& 0& Z_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]---\left(12\right)$

式(12)中，Z_ka、Z_kb、Z_kc分别为A相、B相、C相接入故障端口的阻抗模块向量，即 分别为A相、B相、C相故障端口阻抗两端的电压相量的模块向量，即 $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kar}}\end{array}\right]}^T,\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}}={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}1}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}2}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kbr}}\end{array}\right]}^T,$ $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}}={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}1}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}2}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kcr}}\end{array}\right]}^T;,$ 分别为流过A相、B相、C相阻抗的电流相量的模块向量，即 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kar}}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kbr}}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kcr}}\end{array}\right]}^T,$ 下同。

同理，采用序分量法可得，

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kb}}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}I& I& I\\ a^2& a& I\\ a& a^2& I\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]---\left(13\right)$

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kb}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}I& I& I\\ a^2& a& I\\ a& a^2& I\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]---\left(14\right)$

其中分别为A相故障端口阻抗两端电压的正序分量、负序分量和零序分量的相量模块，即 $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-1}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-1}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-1}\end{array}\right]}^T,$ $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-2}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-2}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-2}\end{array}\right]}^T,$ $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1-0}& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2-0}& ......& \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{kat}-0}\end{array}\right]}^T;$ 分别为流过A相阻抗的电流正序分量、负序分量和零序分量的相量模块，即 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-1}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-1}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-1}\end{array}\right]}^T,{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-2}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-2}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-2}\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}={\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1-0}& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2-0}& ......& {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{kat}-0}\end{array}\right]}^T.$ 下同。

将式(13)和(14)代入式(12)，整理后得到

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{\mathrm{ks}}& Z_{\mathrm{km}}& Z_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{kn}}& Z_{\mathrm{ks}}& Z_{\mathrm{km}}\\ Z_{\mathrm{km}}& Z_{\mathrm{kn}}& Z_{\mathrm{ks}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]---\left(15\right)$

式(15)的模块元素如下式

$\left\{\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{km}}=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+Z_{\mathrm{kb}}+Z_{\mathrm{kc}})\\ Z_{\mathrm{kn}}=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+a^2{Z}_{\mathrm{kb}}+a{Z}_{\mathrm{kc}})\\ Z_{\mathrm{ks}}=\frac{1}{3}(Z_{\mathrm{ka}}+a{Z}_{\mathrm{kb}}+a^2{Z}_{\mathrm{kc}})\end{array}\right.---\left(16\right)$

其中Z_km、Z_kn、Z_ks均为对角元素，维数等于故障重数(即r个故障子网络)。

在故障端口，电网侧负序网和零序网的故障支路电流与故障支路电压关系为

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}2}=-Y_{p2}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}---\left(17\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}0}=-Y_{p0}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}---\left(18\right)$

其中Y_p2和Y_p0分别为正常子网络的负序导纳模块和零序导纳模块。

联立式(15)-(18)，推导得到

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}2}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ka}0}\end{array}\right]={[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{ks}}{Y}_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{ka}1}---\left(19\right)$

$Y_f={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{ks}}{Y}_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}---\left(20\right)$

在电力***混合仿真的纵向故障计算中，将Y_f合并进入电网正序网导纳模块Y中。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (6)

1.一种电力***混合仿真故障统一处理的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

A、混合仿真中，机电暂态侧采用机电暂态超实时仿真程序TH-STBLT建立电力***交流网络；

B、在故障端口处，将电力***交流网络划分为正常子网络和多端口故障子网络；

C、在正常子网络中，电网部分采用基波三序网络描述，发电机、动态负荷、电力电子装置等一次设备动态元件接入正序网；

D、在多端口故障子网络中，根据故障信息建立电力***网络元件的故障模型，推导出多端口复故障的综合导纳统一模块Y_f；其中，所述故障信息包括横向故障信息和纵向故障信息；所述故障模型包括横向故障模型和纵向故障模型；

所述横向故障的综合导纳模块为

$Y_f={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& (Z_{\mathrm{ks}}+{3Z}_{\mathrm{kg}})Y_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}$

所述纵向故障的综合导纳模块为

$Y_f={\{Z_{\mathrm{ks}}-\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{km}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p0}\end{array}\right]\×{[I+\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{ks}}{Y}_{p2}& Z_{\mathrm{km}}{Y}_{p0}\\ Z_{\mathrm{kn}}{Y}_{p2}& {Z_{\mathrm{ks}}Y}_{p0}\end{array}\right]]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{kn}}\\ Z_{\mathrm{km}}\end{array}\right]\}}^{-1}$

E、将Y_f叠加进正常子网络正序网导纳模块Y中，计算正序网故障端口的正序电压和正序电流；

F、通过正序故障端口电流计算负序和零序网络的故障端口电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述横向故障模型包括接地短路故障、相间短路故障和三相不平衡负荷，横向故障模型采用一Y接三相阻抗接入故障端口，其中Y接三相阻抗中性点通过阻抗接地来描述。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纵向故障模型包括断线，纵向故障模型增加的故障支路可由三相阻抗接入故障线路来描述：正常情况下，故障支路阻抗值为一个很小的值，而三相阻抗设置不同的值来组合出不同的纵向故障或扰动。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用序分量法，将电压和电流进行三相和三序变换。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电力***混合仿真的横向故障计算中，将横向故障的综合导纳模块Y_f合并进入电网正序网的导纳模块Y中。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电力***混合仿真的纵向故障计算中，将纵向故障的综合导纳模块Y_f合并进入电网正序网导纳模块Y中。