CN112989597B - 一种短路电流计算方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短路电流计算方法及***，本发明针对每个故障，先根据电力电子设备的最大电流变化量，计算短路电流，以避免漏判，然后针对短路电流超标的故障，基于时域仿真得到电力电子设备的实际电流变化量，对超标的短路电流进行修正，以避免误判，实现高比例电力电子化电力***短路电流的计算，兼顾准确性、灵活性以及计算效率，为大电网短路电流安全快速评估提供技术支撑，满足工程应用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种短路电流计算方法及***，属于电力***自动化技术领域。
背景技术
伴随能源变革和技术进步，风、光等新能源发电迅猛发展，电力电子接口在电力***源、网、荷各个环节的应用不断扩大，推进了交流同步***的电力电子化变革进程。电网规模不断扩大，受端电网短路电流普遍逼近甚至超过断路器最大遮断容量，而高比例可再生能源和高比例电力电子设备(主要为换流器)接入电力***可能进一步提高***的短路电流水平，导致电力设备选型面临更高的要求。
电力电子设备(主要为换流器)对短路电流的影响主要由控制***决定，同时还受功率开关热极限电流限制，其故障期间的外特性表现为故障前后次暂态电动势和阻抗值不恒定、换流器提供的短路电流与端电压的关系为非线性、故障穿越与保护策略多样化等。因此，基于次暂态电动势-阻抗的常规短路电流计算方法已经无法适用于高比例电力电子化电力***。
发明内容
本发明提供了一种短路电流计算方法及***，解决了常规短路电流计算方法无法适应于高比例电力电子化电力***的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种短路电流计算方法，包括，
基于潮流计算，获得电网各节点的电压幅值和电力电子设备的注入电流；
根据潮流计算用的初始导纳阵和短路参数，获得电网节点的阻抗阵；
根据注入电流，计算电力电子设备的最大电流变化量；
针对每个故障，根据电压幅值、阻抗阵和最大电流变化量，基于叠加原理，计算故障节点的短路电流；
针对判定为短路电流超标的故障，根据注入电流，采用时域仿真计算电力电子设备的实际电流变化量；
根据电压幅值、阻抗阵和实际电流变化量，基于叠加原理，修正超标的短路电流。
根据潮流计算用的初始导纳阵，获得电网节点的阻抗阵，具体过程为，
根据潮流计算用的初始导纳阵和短路参数，生成用于短路电流计算的修正导纳阵；
对修正导纳阵求逆，获得阻抗阵。
计算电力电子设备的最大电流变化量，具体公式为，
若电力电子设备具有无功电流限幅，则最大电流变化量为，
ΔIj,max＝Iq,j,max-Iq,j,0
其中，ΔIj,max为第j个电力电子设备的最大电流变化量；Iq,j,max为第j个电力电子设备的无功电流限幅；Iq,j,0为潮流计算得到的第j个电力电子设备注入的无功电流；
若电力电子设备不具有无功电流限幅，则最大电流变化量为，
ΔIj,max＝Ij,max-Iq,j,0
其中，Ij,max为第j个电力电子设备的总电流限幅。
针对判定为短路电流超标的故障，根据注入电流，采用计及电力电子设备控制模型的时域仿真，计算电力电子设备的实际电流变化量。
计算电力电子设备的实际电流变化量，具体公式为，
其中，ΔIj,sim为第j个电力电子设备的实际电流变化量；Iq,j,0为潮流计算得到的第j个电力电子设备注入的无功电流；
为时域仿真计算得到的故障清除时刻Tc第j个电力电子设备注入的无功电流。
基于叠加原理，计算短路电流/修正超标的短路电流，具体公式为，
其中，I”k为故障节点k短路电流；U0,k为潮流计算得到的故障节点k电压幅值；N为电力电子设备总数；Zk,k为故障节点k的自阻抗；
ΔUk,j＝|Zk,j×(ΔIj*i)|为ΔIj作用下故障节点k电压幅值的变化量；Zk,j为故障节点k、第j个电力电子设备间的互阻抗；*i表示转化为复数的虚部；
若基于叠加原理计算短路电流，则ΔIj为第j个电力电子设备的最大电流变化量；
若基于叠加原理修正超标的短路电流，则ΔIj为无伴电流源的第j个电力电子设备的实际电流变化量。
判断短路电流超标的过程为，
若
则短路电流超标；
其中，I”k为故障节点k短路电流；I”k,max为故障节点k允许的最大短路电流；ε为短路电流安全裕度阈值。
一种短路电流计算***，包括，
潮流计算模块：基于潮流计算，获得电网各节点的电压幅值和电力电子设备的注入电流；
阻抗阵模块：根据潮流计算用的初始导纳阵和短路参数，获得电网节点的阻抗阵；
最大电流变化量计算模块：根据注入电流，计算电力电子设备的最大电流变化量；
短路电流计算模块：针对每个故障，根据电压幅值、阻抗阵和最大电流变化量，基于叠加原理，计算故障节点的短路电流；
实际电流变化量计算模块：针对判定为短路电流超标的故障，根据注入电流，采用时域仿真计算电力电子设备的实际电流变化量；
修正模块：根据电压幅值、阻抗阵和实际电流变化量，基于叠加原理，修正超标的短路电流。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行短路电流计算方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行短路电流计算方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明针对每个故障，先根据电力电子设备的最大电流变化量，计算短路电流，以避免漏判，然后针对短路电流超标的故障，基于时域仿真得到电力电子设备的实际电流变化量，对超标的短路电流进行修正，以避免误判，实现高比例电力电子化电力***短路电流的计算，兼顾准确性、灵活性以及计算效率，为大电网短路电流安全快速评估提供技术支撑，满足工程应用要求。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种短路电流计算方法，包括以下步骤：
步骤1，基于潮流计算，获得电网各节点的电压幅值和电力电子设备的注入电流。
根据电网实时运行方式信息，基于潮流计算获得电网各节点的电压幅值和电力电子设备的注入电流；其中，电网实时运行方式信息包括网络拓扑、元件参数、发电机/直流/负荷实时功率等。
步骤2，根据潮流计算用的初始导纳阵和次暂态电抗等短路参数，获得电网节点的阻抗阵。
具体过程为：
21)根据潮流计算用的初始导纳阵和次暂态电抗等短路参数，生成用于短路电流计算的修正导纳阵；
22)对修正导纳阵求逆，获得阻抗阵。
步骤3，根据注入电流，计算电力电子设备的最大电流变化量。
具体公式如下：
若电力电子设备具有无功电流限幅，则最大电流变化量为，
ΔIj,max＝Iq,j,max-Iq,j,0
其中，ΔIj,max为第j个电力电子设备的最大电流变化量；Iq,j,max为第j个电力电子设备的无功电流限幅；Iq,j,0为潮流计算得到的第j个电力电子设备注入的无功电流；
若电力电子设备不具有无功电流限幅，则最大电流变化量为，
ΔIj,max＝Ij,max-Iq,j,0
其中，Ij,max为第j个电力电子设备的总电流限幅。
步骤4，针对每个故障，根据电压幅值、阻抗阵和最大电流变化量，基于叠加原理，计算故障节点的短路电流。
具体公式为：
其中，I”k为故障节点k短路电流，主要为短路电流的周期分量初始值；U0,k为潮流计算得到的故障节点k电压幅值；N为电力电子设备总数；Zk,k为故障节点k的自阻抗；
ΔUk,j＝|Zk,j×(ΔIj*i)|为ΔIj作用下故障节点k电压幅值的变化量；ΔIj为等效为无伴电流源的第j个电力电子设备的最大电流变化量；Zk,j为故障节点k、第j个电力电子设备间的互阻抗；*i表示转化为复数的虚部。
步骤5，针对判定为短路电流超标的故障，根据注入电流，采用计及电力电子设备控制模型(具体为电力电子设备详细控制模型)的时域仿真，计算电力电子设备的实际电流变化量。
判断短路电流超标的过程为：
若
则短路电流超标；
其中，I”k为故障节点k短路电流；I”k,max为故障节点k允许的最大短路电流；ε为短路电流安全裕度阈值，一般取0～5％。
计算等效为无伴电流源的电力电子设备的实际电流变化量，具体公式为：
其中，ΔIj,sim为第j个电力电子设备的实际电流变化量；Iq,j,0为潮流计算得到的第j个电力电子设备注入的无功电流；
为时域仿真计算得到的故障清除时刻Tc第j个电力电子设备注入的无功电流。
步骤6，根据电压幅值、阻抗阵和实际电流变化量，基于叠加原理，修正超标的短路电流。
具体的公式与步骤3中的一致，不过公式中的ΔIj为无伴电流源的第j个电力电子设备的实际电流变化量。
上述方法针对每个故障，先根据电力电子设备的最大电流变化量，计算短路电流，以避免漏判，然后针对短路电流超标的故障，基于时域仿真得到电力电子设备的实际电流变化量，对超标的短路电流进行修正，以避免误判，实现高比例电力电子化电力***短路电流的计算，兼顾准确性、灵活性以及计算效率，为大电网短路电流安全快速评估提供技术支撑，满足工程应用要求。
一种短路电流计算***，包括，
潮流计算模块：基于潮流计算，获得电网各节点的电压幅值和电力电子设备的注入电流；
阻抗阵模块：根据潮流计算用的初始导纳阵和短路参数，获得电网节点的阻抗阵；
最大电流变化量计算模块：根据注入电流，计算电力电子设备的最大电流变化量；
短路电流计算模块：针对每个故障，根据电压幅值、阻抗阵和最大电流变化量，基于叠加原理，计算故障节点的短路电流；
实际电流变化量计算模块：针对判定为短路电流超标的故障，根据注入电流，采用时域仿真计算电力电子设备的实际电流变化量；
修正模块：根据电压幅值、阻抗阵和实际电流变化量，基于叠加原理，修正超标的短路电流。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行短路电流计算方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行短路电流计算方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种短路电流计算方法，其特征在于：包括，
基于潮流计算，获得电网各节点的电压幅值和电力电子设备的注入电流；
根据潮流计算用的初始导纳阵和短路参数，获得电网节点的阻抗阵；
根据注入电流，计算电力电子设备的最大电流变化量；
针对每个故障，根据电压幅值、阻抗阵和最大电流变化量，基于叠加原理，计算故障节点的短路电流；
针对判定为短路电流超标的故障，根据注入电流，采用时域仿真计算电力电子设备的实际电流变化量；其中，判断短路电流超标的过程为：若
则短路电流超标；I″k为故障节点k短路电流，I″k,max为故障节点k允许的最大短路电流，ε为短路电流安全裕度阈值；
根据电压幅值、阻抗阵和实际电流变化量，基于叠加原理，修正超标的短路电流；
上述基于叠加原理，计算短路电流/修正超标的短路电流，具体公式为，
其中，U0,k为潮流计算得到的故障节点k电压幅值，N为电力电子设备总数，Zk,k为故障节点k的自阻抗，ΔUk,j＝|Zk,j×(ΔIj*i)|为ΔIj作用下故障节点k电压幅值的变化量，Zk,j为故障节点k、第j个电力电子设备间的互阻抗，*i表示转化为复数的虚部；
若基于叠加原理计算短路电流，则ΔIj为第j个电力电子设备的最大电流变化量；若基于叠加原理修正超标的短路电流，则ΔIj为无伴电流源的第j个电力电子设备的实际电流变化量。
2.根据权利要求1所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：根据潮流计算用的初始导纳阵，获得电网节点的阻抗阵，具体过程为，
根据潮流计算用的初始导纳阵和短路参数，生成用于短路电流计算的修正导纳阵；
对修正导纳阵求逆，获得阻抗阵。
3.根据权利要求1所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：计算电力电子设备的最大电流变化量，具体公式为，
若电力电子设备具有无功电流限幅，则最大电流变化量为，
ΔIj,max＝Iq,j,max-Iq,j,0
其中，ΔIj,max为第j个电力电子设备的最大电流变化量；Iq,j,max为第j个电力电子设备的无功电流限幅；Iq,j,0为潮流计算得到的第j个电力电子设备注入的无功电流；
若电力电子设备不具有无功电流限幅，则最大电流变化量为，
ΔIj,max＝Ij,max-Iq,j,0
其中，Ij,max为第j个电力电子设备的总电流限幅。
4.根据权利要求1所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：针对判定为短路电流超标的故障，根据注入电流，采用计及电力电子设备控制模型的时域仿真，计算电力电子设备的实际电流变化量。
5.根据权利要求1或4所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：计算电力电子设备的实际电流变化量，具体公式为，
其中，ΔIj,sim为第j个电力电子设备的实际电流变化量；Iq,j,0为潮流计算得到的第j个电力电子设备注入的无功电流；
为时域仿真计算得到的故障清除时刻Tc第j个电力电子设备注入的无功电流。
6.一种短路电流计算***，其特征在于：包括，
潮流计算模块：基于潮流计算，获得电网各节点的电压幅值和电力电子设备的注入电流；
阻抗阵模块：根据潮流计算用的初始导纳阵和短路参数，获得电网节点的阻抗阵；
最大电流变化量计算模块：根据注入电流，计算电力电子设备的最大电流变化量；
短路电流计算模块：针对每个故障，根据电压幅值、阻抗阵和最大电流变化量，基于叠加原理，计算故障节点的短路电流；
实际电流变化量计算模块：针对判定为短路电流超标的故障，根据注入电流，采用时域仿真计算电力电子设备的实际电流变化量；其中，判断短路电流超标的过程为：若
则短路电流超标；I″k为故障节点k短路电流，I″k,max为故障节点k允许的最大短路电流，ε为短路电流安全裕度阈值；
修正模块：根据电压幅值、阻抗阵和实际电流变化量，基于叠加原理，修正超标的短路电流；
上述基于叠加原理，计算短路电流/修正超标的短路电流，具体公式为，
其中，U0,k为潮流计算得到的故障节点k电压幅值，N为电力电子设备总数，Zk,k为故障节点k的自阻抗，ΔUk,j＝|Zk,j×(ΔIj*i)|为ΔIj作用下故障节点k电压幅值的变化量，Zk,j为故障节点k、第j个电力电子设备间的互阻抗，*i表示转化为复数的虚部；
若基于叠加原理计算短路电流，则ΔIj为第j个电力电子设备的最大电流变化量；若基于叠加原理修正超标的短路电流，则ΔIj为无伴电流源的第j个电力电子设备的实际电流变化量。
7.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法。
8.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法的指令。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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