CN112485604A - 一种配电网故障电流计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网故障电流计算方法，包括：初始化，读入网络参数和计算参数；读入一个电气岛,获取岛内的电源点；计算故障点到电源点的等值阻抗；根据等值阻抗和故障点的稳态电压值计算故障点的故障电流；计算故障后的其他节点电压和各个支路的故障电流；完成整个网络的故障电流计算校验。本发明一种配电网故障电流计算方法，通过简单的节点编码更新和潮流计算并基于最短路径计算故障点到电源点的等值阻抗，利用等值阻抗和稳态电压快速完成整个网络的故障电流计算校验。

Description

一种配电网故障电流计算方法
技术领域
本发明涉及配电网故障处理领域，具体涉及一种配电网故障电流计算方法。
背景技术
配电网的安全运行直接关系着社会生产与人们的生活，随着配电网的自动化程度越来越高，开展配电网故障诊断是提高配电网安全性、经济性的重要保障，也是配电自动化的一个重要组成部分。
对于配电网的故障电流进行计算和估计，目前普遍基于故障信息进行多次矩阵运算，实现方式复杂且处理速度不理想。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明一种配电网故障电流计算方法，包括。
S1.初始化，读入网络参数和计算参数。
S2.读入一个电气岛,获取岛内的电源点。
S3.计算故障点到电源点的等值阻抗，包括。
（1）节点编码更新。
(11)初始化，节点编码N=1，将岛内的所有的节点都设为未处理。
(12)从电源点开始搜索，电源点N=1；将电源点作为起始节点加入到所述队列中。
(13)从队列中弹出一个节点D。
(14)判断是否进行了节点合并，若是，则利用计算母线恢复开关支路，并找到与节点D连接的所有支路，否则直接确定与节点D连接的所有支路。
(15)对节点D所连支路进行循环，将支路所连节点数累加，最后得到每个节点的度。
(16)查找除节点D外一个或多个最小度的节点E，如果节点E已处理，则剔除该最小度的节点后返回(15)，如果节点E未处理则进入（17）。
(17)将节点E作为本层的扩展节点加入到队列，同时将节点E的节点编码更新为M,其中M=N+l；并将节点E设为已处理。
(18)判断队列是否为空，如果不为空，则循环(13)-(17)，将队列中所有的扩展节点全部搜索到，如果为空，则将更新的扩展节点的节点编码写入到电源点、支路、负荷和电容器设备中。
（2）编码更新后进行潮流计算，包括。
（21）初始化，设置最大迭代次数和收敛精度。
（22）读取电源数据，判断首端节点是否有量测。
如果首端没有量测，则根据空间负荷预测结果读取负荷点数据进行估计，所述读取负荷点数据以编码更新后的负荷节点的负荷值为准。负荷节点的负荷为根据运行方式得出的计算值。
如果首端有量测，则计算前后功率差值，对负荷点进行更正，具体地，当馈线首端在变电站内时，计算计算结果与量测值的偏差。即在首端，累加计算一个总的负荷值，计算这个总的负荷值与现有的电源点量测之间的差值，将这个差值平均分配到每一个负荷上面，根据馈线的网损对负荷点进行功率值修正，最后收敛值将是电源点的量测。
（23）计算各节点的注入。根据电压计算各个节点的注入，用变压器绕组的首末端电压计算绕组首末端的有功和无功值，包括在每次迭代中，获取上次迭代中的电容器的电压值，根据获取的电压值计算当次迭代中的电容器的无功注入和无功出力，其中每次迭代中的电容器的电压值都不相同。
（24）从最下层节点开始，一直到顶层电源点，根据当前层节点在上次迭代中的电压和功率，以及上层节点在上次迭代中的电压和功率，计算当前层与上层的连接支路中当前层节点到上层节点的功率损耗，并根据当前层节点的功率与所述功率损耗的总和，确定上层节点的功率注入；其中，若当前层有多个节点，则分别计算当前层每个节点到上层节点的功率损耗，并分别将当前层每个节点的功率加上每个节点对应的功率损耗，得到当前层与上层的支路中当前层每个节点到上层节点的功率注入，将当前层每个节点到上层节点的功率注入进行求和，得到上层节点的功率注入。在每个支路的末端节点处都存储本层节点对上级节点的功率值，即上层节点的功率注入。
（25）从每个支路的末端节点处获取全部所述上层节点的功率注入，根据获取的所述上层节点的功率注入和支路的阻抗值计算每个节点在当前迭代中的电压值。并根据每个节点在当前迭代中的电压值和上次迭代中的电压值，计算每个节点在前后两次迭代中的电压差值的绝对值dU。
(26)判断是否满足收敛条件，如果不满足，则重复(22)-(25)；如果满足收敛条件，则退出。所述收敛条件包括：电压差值的绝对值dU小于设定阈值，或者迭代次数大于给定的最大迭代次数。满足上述收敛条件其中之一则退出，停止迭代。
(3)取一个故障点进行计算。在求取故障点时，预先将选取的节点转化为计算母线点，可以只计算包括开关站和环网柜在内的厂站的母线，也可以计算所有的节点，还可以取馈线段中间点进行计算。
(4)求取故障点到电源点的最短路径，即故障点到电源点的最小路，将其节点顺序保存到结构数组中，该结构数组包括短路点和电源节点。在进行节点编码时，每个节点在扩展时保存扩展节点，最后用扩展节点进行上层节点的回溯，即可得到短路点的最短路径。
(5)从结构数组中取一个节点。
(6)如果节点上有负荷，则根据节点的负荷功率和当前电压求取负荷点的阻抗，将其并联累加到总阻抗。
(7)如果节点上有非最短路径上的支路，则用支路电流求取该支路及其下游的阻抗，将其并联累加到总阻抗。
(8)重复(5)-(7),计算全部节点所连的总阻抗。
(9)根据配电网的短路容量和阻抗比计算母线***的等值阻抗。
S4.根据等值阻抗和故障点的稳态电压值，计算故障点的三相故障电流和两相故障电流。
S5.计算故障后的其他节点电压,根据节点电压计算各个支路的故障电流。
S6.重复S2-S5,完成整个网络的故障电流计算校验。
优选地，三相故障电流的正序和负序电流值相等，两相故障电流对应的两相故障电压中，两相故障电压的正序电压和负序电压相等。
本发明一种配电网故障电流计算方法，通过简单的节点编码更新和潮流计算并基于最短路径计算故障点到电源点的等值阻抗，利用等值阻抗和稳态电压快速完成整个网络的故障电流计算校验。
附图说明
图1为本发明一种配电网故障电流计算方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种配电网故障电流计算方法，包括。
S1.初始化，读入网络参数和计算参数。
S2.读入一个电气岛,获取岛内的电源点。
S3.计算故障点到电源点的等值阻抗，包括。
（1）节点编码更新。
在原来已有的节点编码基础上进行重新编码，需要在新的编码和旧的编码之间维护一个对应关系。也就是用新的编码进行潮流计算，计算完后，还需要将计算结果折算到旧的编码上去。
(11)初始化，节点编码N=1，将岛内的所有的节点（计算母线）都设为未处理。
(12)从电源点开始搜索，电源点N=1；将电源点作为起始节点加入到所述队列中。
(13)从队列中弹出一个节点D。
(14)判断是否进行了节点合并，若是，则利用计算母线恢复开关支路，并找到与节点D连接的所有支路，否则直接确定与节点D连接的所有支路。
(15)对节点D所连支路进行循环，将支路所连节点数累加，最后得到每个节点的度。节点的度为节点的连接数。
(16)查找除节点D外一个或多个最小度的节点E，如果节点E已处理，则剔除该最小度的节点后返回(15)，如果节点E未处理则进入（17）。当多个节点的度相同并且都为最小度时，存在多个最小度的节点E。
(17)将节点E作为本层的扩展节点加入到队列，同时将节点E的节点编码更新为M,其中M=N+l；并将节点E设为已处理。
(18)判断队列是否为空，如果不为空，则循环(13)-(17)，将队列中所有的扩展节点全部搜索到，如果为空，则将更新的扩展节点的节点编码写入到电源点、支路、负荷和电容器设备中。
（2）编码更新后进行潮流计算，包括。
（21）初始化，设置最大迭代次数和收敛精度。
（22）读取电源数据，判断首端节点是否有量测。
如果首端没有量测，则根据空间负荷预测结果读取负荷点数据进行估计，所述读取负荷点数据以编码更新后的负荷节点的负荷值为准。负荷节点的负荷为根据运行方式得出的计算值。
如果首端有量测，则计算前后功率差值，对负荷点进行更正，具体地，当馈线首端在变电站内时，计算计算结果与量测值的偏差。即在首端，累加计算一个总的负荷值，计算这个总的负荷值与现有的电源点量测之间的差值，将这个差值平均分配到每一个负荷上面，根据馈线的网损对负荷点进行功率值修正，最后收敛值将是电源点的量测。
这是因为现状电网的量测点由变电站进行管理和调度，量测精度要大于配电自动化的量测精度。
（23）计算各节点的注入。根据电压计算各个节点的注入，用变压器绕组的首末端电压计算绕组首末端的有功和无功值，包括在每次迭代中，获取上次迭代中的电容器的电压值，根据获取的电压值计算当次迭代中的电容器的无功注入和无功出力，其中每次迭代中的电容器的电压值都不相同。
（24）从最下层节点开始，一直到顶层电源点，根据当前层节点在上次迭代中的电压和功率，以及上层节点在上次迭代中的电压和功率，计算当前层与上层的连接支路中当前层节点到上层节点的功率损耗，并根据当前层节点的功率与所述功率损耗的总和，确定上层节点的功率注入；其中，若当前层有多个节点，则分别计算当前层每个节点到上层节点的功率损耗，并分别将当前层每个节点的功率加上每个节点对应的功率损耗，得到当前层与上层的支路中当前层每个节点到上层节点的功率注入，将当前层每个节点到上层节点的功率注入进行求和，得到上层节点的功率注入。在每个支路的末端节点处都存储本层节点对上级节点的功率值，即上层节点的功率注入。
（25）从每个支路的末端节点处获取全部所述上层节点的功率注入，根据获取的所述上层节点的功率注入和支路的阻抗值计算每个节点在当前迭代中的电压值。并根据每个节点在当前迭代中的电压值和上次迭代中的电压值，计算每个节点在前后两次迭代中的电压差值的绝对值dU。
(26)判断是否满足收敛条件，如果不满足，则重复(22)-(25)；如果满足收敛条件，则退出。所述收敛条件包括：电压差值的绝对值dU小于设定阈值，或者迭代次数大于给定的最大迭代次数。满足上述收敛条件其中之一则退出，停止迭代。
(3)取一个故障点进行计算。在求取故障点时，预先将选取的节点转化为计算母线点，可以只计算包括开关站和环网柜在内的厂站的母线，也可以计算所有的节点，还可以取馈线段中间点进行计算。
(4)求取故障点到电源点的最短路径，即故障点到电源点的最小路，将其节点顺序保存到结构数组中，该结构数组包括短路点和电源节点。在进行节点编码时，每个节点在扩展时保存扩展节点，最后用扩展节点进行上层节点的回溯，即可得到短路点的最短路径。
(5)从结构数组中取一个节点。
(6)如果节点上有负荷，则根据节点的负荷功率和当前电压求取负荷点的阻抗，将其并联累加到总阻抗。
(7)如果节点上有非最短路径上的支路，则用支路电流求取该支路及其下游的阻抗，将其并联累加到总阻抗。
(8)重复(5)-(7),计算全部节点所连的总阻抗。
(9)根据配电网的短路容量和阻抗比计算母线***的等值阻抗。
S4.根据等值阻抗和故障点的稳态电压值，计算故障点的三相故障电流和两相故障电流。
S5.计算故障后的其他节点电压,根据节点电压计算各个支路的故障电流。
S6.重复S2-S5,完成整个网络的故障电流计算校验。
优选地，三相故障电流的正序和负序电流值相等，两相故障电流对应的两相故障电压中，两相故障电压的正序电压和负序电压相等。
本发明一种配电网故障电流计算方法，通过简单的节点编码更新和潮流计算并基于最短路径计算故障点到电源点的等值阻抗，利用等值阻抗和稳态电压快速完成整个网络的故障电流计算校验。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (2)

1.一种配电网故障电流计算方法，其特征在于，包括：
S1.初始化，读入网络参数和计算参数；
S2.读入一个电气岛,获取岛内的电源点；
S3.计算故障点到电源点的等值阻抗，包括：
（1）节点编码更新；
(11)初始化，节点编码N=1，将岛内的所有的节点都设为未处理；
(12)从电源点开始搜索，电源点N=1；将电源点作为起始节点加入到所述队列中；
(13)从队列中弹出一个节点D；
(14)判断是否进行了节点合并，若是，则利用计算母线恢复开关支路，并找到与节点D连接的所有支路，否则直接确定与节点D连接的所有支路；
(15)对节点D所连支路进行循环，将支路所连节点数累加，最后得到每个节点的度；
(16)查找除节点D外一个或多个最小度的节点E，如果节点E已处理，则剔除该最小度的节点后返回(15)，如果节点E未处理则进入（17）；
(17)将节点E作为本层的扩展节点加入到队列，同时将节点E的节点编码更新为M,其中M=N+l；并将节点E设为已处理；
(18)判断队列是否为空，如果不为空，则循环(13)-(17)，将队列中所有的扩展节点全部搜索到，如果为空，则将更新的扩展节点的节点编码写入到电源点、支路、负荷和电容器设备中；
（2）编码更新后进行潮流计算，包括：
（21）初始化，设置最大迭代次数和收敛精度；
（22）读取电源数据，判断首端节点是否有量测；
如果首端没有量测，则根据空间负荷预测结果读取负荷点数据进行估计，所述读取负荷点数据以编码更新后的负荷节点的负荷值为准；负荷节点的负荷为根据运行方式得出的计算值；
如果首端有量测，则计算前后功率差值，对负荷点进行更正，具体地，当馈线首端在变电站内时，计算计算结果与量测值的偏差；即在首端，累加计算一个总的负荷值，计算这个总的负荷值与现有的电源点量测之间的差值，将这个差值平均分配到每一个负荷上面，根据馈线的网损对负荷点进行功率值修正，最后收敛值将是电源点的量测；
（23）计算各节点的注入；根据电压计算各个节点的注入，用变压器绕组的首末端电压计算绕组首末端的有功和无功值，包括在每次迭代中，获取上次迭代中的电容器的电压值，根据获取的电压值计算当次迭代中的电容器的无功注入和无功出力，其中每次迭代中的电容器的电压值都不相同；
（24）从最下层节点开始，一直到顶层电源点，根据当前层节点在上次迭代中的电压和功率，以及上层节点在上次迭代中的电压和功率，计算当前层与上层的连接支路中当前层节点到上层节点的功率损耗，并根据当前层节点的功率与所述功率损耗的总和，确定上层节点的功率注入；其中，若当前层有多个节点，则分别计算当前层每个节点到上层节点的功率损耗，并分别将当前层每个节点的功率加上每个节点对应的功率损耗，得到当前层与上层的支路中当前层每个节点到上层节点的功率注入，将当前层每个节点到上层节点的功率注入进行求和，得到上层节点的功率注入；在每个支路的末端节点处都存储本层节点对上级节点的功率值，即上层节点的功率注入；
（25）从每个支路的末端节点处获取全部所述上层节点的功率注入，根据获取的所述上层节点的功率注入和支路的阻抗值计算每个节点在当前迭代中的电压值；并根据每个节点在当前迭代中的电压值和上次迭代中的电压值，计算每个节点在前后两次迭代中的电压差值的绝对值dU；
(26)判断是否满足收敛条件，如果不满足，则重复(22)-(25)；如果满足收敛条件，则退出；所述收敛条件包括：电压差值的绝对值dU小于设定阈值，或者迭代次数大于给定的最大迭代次数；满足上述收敛条件其中之一则退出，停止迭代；
(3)取一个故障点进行计算；在求取故障点时，预先将选取的节点转化为计算母线点，可以只计算包括开关站和环网柜在内的厂站的母线，也可以计算所有的节点，还可以取馈线段中间点进行计算；
(4)求取故障点到电源点的最短路径，即故障点到电源点的最小路，将其节点顺序保存到结构数组中，该结构数组包括短路点和电源节点；在进行节点编码时，每个节点在扩展时保存扩展节点，最后用扩展节点进行上层节点的回溯，即可得到短路点的最短路径；
(5)从结构数组中取一个节点；
(6)如果节点上有负荷，则根据节点的负荷功率和当前电压求取负荷点的阻抗，将其并联累加到总阻抗；
(7)如果节点上有非最短路径上的支路，则用支路电流求取该支路及其下游的阻抗，将其并联累加到总阻抗；
(8)重复(5)-(7),计算全部节点所连的总阻抗；
(9)根据配电网的短路容量和阻抗比计算母线***的等值阻抗；
S4.根据等值阻抗和故障点的稳态电压值，计算故障点的三相故障电流和两相故障电流；
S5.计算故障后的其他节点电压,根据节点电压计算各个支路的故障电流；
S6.重复S2-S5,完成整个网络的故障电流计算校验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
三相故障电流的正序和负序电流值相等，两相故障电流对应的两相故障电压中，两相故障电压的正序电压和负序电压相等。
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CN116773971A (zh) * 2023-08-28 2023-09-19 国能日新科技股份有限公司 有源配电网故障电流的确定方法、装置、设备及介质

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