基于相分量法的電力系統(tǒng)故障計(jì)算方法研究.pdf

1、目前，福蒂斯丘（Fortescue）在1918年所提出的“對(duì)稱分量法”在電力系統(tǒng)故障分析領(lǐng)域仍居于主導(dǎo)地位。該方法在“網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對(duì)稱”的前提下，采用對(duì)稱分量坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)故障網(wǎng)絡(luò)的三序解耦，從而將單相表示法擴(kuò)展到運(yùn)行不對(duì)稱系統(tǒng)，為后續(xù)的故障計(jì)算帶來(lái)極大的方便。但是隨著不均勻換位輸電線路、電力電子裝置等不對(duì)稱元件在電力系統(tǒng)中所占比重越來(lái)越大，繼續(xù)采用對(duì)稱分量法進(jìn)行故障分析會(huì)帶來(lái)較大的誤差，嚴(yán)重影響到電氣接線圖的合理選擇、有足夠熱穩(wěn)定和機(jī)械強(qiáng)度的

2、電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體的選用、限制短路電流措施的確定及各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置在電力系統(tǒng)中的合理配置與整定。 近年來(lái)，包含不對(duì)稱參數(shù)元件的電力系統(tǒng)故障分析多采用相分量法直接在相坐標(biāo)空間中進(jìn)行故障計(jì)算，但是復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程和較大的計(jì)算量成為相分量法發(fā)展的瓶頸，且現(xiàn)有的元件相分量模型多是參照對(duì)稱分量模型經(jīng)過(guò)序/相變換得到的，鮮有考慮電力電子裝置等因素。 本文在總結(jié)和借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了部分電力系統(tǒng)常見元件的相分量模

3、型，建立了TCSC的相分量模型，通過(guò)矩陣分塊與相似變換理論對(duì)傳統(tǒng)相分量法進(jìn)行了優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上提出了一種符合電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的能夠準(zhǔn)確地反映故障發(fā)生時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)與支路電氣量變化的通用故障分析方法，通過(guò)仿真驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性與有效性。將該方法應(yīng)用于同桿并架雙回線的故障計(jì)算，得出了一種適用于斷相、短路與跨線故障的同桿并架雙回線通用故障計(jì)算方法。具體的研究工作包括以下幾個(gè)方面： （1）從元件模型、網(wǎng)絡(luò)模型及故障計(jì)算等幾個(gè)方面，詳細(xì)分析

4、了基于相分量法的故障分析基本方法，總結(jié)了該方法存在的問(wèn)題； （2）工程應(yīng)用中為了借助對(duì)稱分量法計(jì)算簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)元件模型進(jìn)行等值簡(jiǎn)化時(shí)通常忽略一些因素，變壓器漏抗模型和忽略由換位不完全產(chǎn)生不對(duì)稱因素的輸電線路等值簡(jiǎn)化模型是其中的典型例子。本文對(duì)上述兩種模型給電力系統(tǒng)故障計(jì)算帶來(lái)的誤差進(jìn)行了仿真計(jì)算，并且充分考慮不對(duì)稱因素對(duì)部分元件的相分量模型進(jìn)行了改進(jìn)； （3）傳統(tǒng)相分量法在構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)，把n個(gè)節(jié)點(diǎn)的三相網(wǎng)絡(luò)等同于3n

5、個(gè)節(jié)點(diǎn)的單相網(wǎng)絡(luò)，在算法組織上顯得比較復(fù)雜、計(jì)算量大。針對(duì)目前電力系統(tǒng)中對(duì)稱元件仍占較大比重的特點(diǎn)，本文將三相節(jié)點(diǎn)作為基本節(jié)點(diǎn)，利用同一個(gè)節(jié)點(diǎn)或支路上三相之間的對(duì)稱關(guān)系，結(jié)合矩陣分塊與矩陣變換理論對(duì)傳統(tǒng)相分量法進(jìn)行了優(yōu)化； （4）針對(duì)目前相分量故障分析方法不能將短路故障、斷相故障及其組合統(tǒng)一求解，不同類型故障沒有統(tǒng)一計(jì)算模型的問(wèn)題，本文將優(yōu)化后的相分量法與多端口網(wǎng)絡(luò)理論相結(jié)合利用端口網(wǎng)絡(luò)描述故障網(wǎng)絡(luò)，給出了短路故障與斷相故障通用的

6、故障邊界條件方程，提出了一種既適用于各種類型簡(jiǎn)單故障又適用于多重復(fù)故障計(jì)算的改進(jìn)相分量法，通過(guò)EMTPE仿真證明該算法準(zhǔn)確、有效； （5）研究了具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同桿并架雙回線元件的相分量模型；將改進(jìn)相分量法用于同桿并架雙回線的故障計(jì)算，針對(duì)同桿并架雙回線的三種不同結(jié)構(gòu)分析了系統(tǒng)模型形成的具體過(guò)程，給出了單回線短路、斷相故障與兩回線跨線故障通用的故障邊界條件方程，得出了一種同桿并架雙回線通用故障計(jì)算方法，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)

7、確性與有效性； （6）本文分析了TCSC的工作原理及其在電力系統(tǒng)故障情況下的動(dòng)作特性，推導(dǎo)了單相TCSC的基波阻抗表達(dá)式，給出了TCSC的相分量模型，探討了故障時(shí)TCSC可能出現(xiàn)的工作模式的變化，將改進(jìn)相分量法用于包含TCSC的電力系統(tǒng)故障計(jì)算，通過(guò)仿真驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 本文提出的改進(jìn)相分量法特別適用于具有不對(duì)稱參數(shù)的電力系統(tǒng)故障計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了各種簡(jiǎn)單故障及多重復(fù)故障的統(tǒng)一計(jì)算，計(jì)算量小于傳統(tǒng)相分量法，編程簡(jiǎn)單，易于