一種基于綜合友元模型的死區(qū)故障模擬方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及電網(wǎng)故障智能分析【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于綜合友元模型的死區(qū)故障模擬方法。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的電網(wǎng)死區(qū)故障模型中計(jì)算節(jié)點(diǎn)量較大和計(jì)算效率較低等不足，本發(fā)明提供了一種基于綜合友元模型的死區(qū)故障模擬方法。為了減少計(jì)算節(jié)點(diǎn)，提高計(jì)算速度，本發(fā)明采用綜合友元建模方法建立了斷路器和電流互感器的組合模型，結(jié)合死區(qū)故障的特點(diǎn)，詳細(xì)說(shuō)明了在組合模型下發(fā)生死區(qū)故障的處理方法。發(fā)明設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，易于實(shí)施，建設(shè)、維護(hù)和能耗成本較低，適合不同情況下電網(wǎng)死區(qū)故障分析，具有廣闊的應(yīng)用和推廣前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于綜合友元模型的死區(qū)故障模擬方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)故障智能分析【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于綜合友元模型的死區(qū) 故障模擬方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在實(shí)際的電網(wǎng)工作現(xiàn)場(chǎng)，電流互感器與斷路器是兩個(gè)獨(dú)立設(shè)備，但電網(wǎng)的保護(hù)裝 置常常會(huì)誤判電流互感器或斷路器的故障?，F(xiàn)有技術(shù)中典型的電網(wǎng)死區(qū)故障主要包括三 類(lèi)：主變斷路器與主變電流互感器之間的死區(qū)故障、母聯(lián)斷路器與母聯(lián)電流互感器之間的 死區(qū)故障、出線斷路器與出線電流互感器之間的死區(qū)故障。隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，電力 系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行變得愈加重要。發(fā)生電網(wǎng)死區(qū)故障時(shí)，若不能及時(shí)排除故障或者不能 準(zhǔn)確排除故障，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成巨大影響和較大經(jīng)濟(jì)損失。因此，仿真模擬 電網(wǎng)的各種死區(qū)故障，分析各種死區(qū)故障下電網(wǎng)的保護(hù)動(dòng)作行為，進(jìn)而改進(jìn)并提高電網(wǎng)保 護(hù)動(dòng)作的可靠性和速動(dòng)性，顯得尤為重要?，F(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)電網(wǎng)死區(qū)故障的模擬建模中各 種元器件單獨(dú)建模，致使死區(qū)故障模型的計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，計(jì)算效率較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的電網(wǎng)死區(qū)故障模型中計(jì)算節(jié)點(diǎn)量較大和計(jì)算效率較低等不足，本 發(fā)明提供了一種基于綜合友兀模型的死區(qū)故障模擬方法。
[0004]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為： 一種基于綜合友元模型的死區(qū)故障模擬方法，包括步驟如下： (a) 建立斷路器、刀閘、地刀和電流互感器的綜合友元模型； (b) 根據(jù)基爾霍夫定律建立步驟（a)所述綜合友元模型的KCL方程組； (c) 消除步驟（b)所述綜合友元模型的KCL方程組中綜合友元模型的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，得到綜 合友元模型的等效電磁暫態(tài)模型/ =Gt/，其中/為綜合友元模型外節(jié)點(diǎn)的注入電流矩陣W 為綜合友元模型的導(dǎo)納陣，V為綜合友元模型外節(jié)點(diǎn)的電壓矩陣； (d) 將故障過(guò)渡導(dǎo)納gf引入到預(yù)設(shè)的故障點(diǎn)以建立斷路器、刀閘、地刀和電流互感器的 死區(qū)故障等效模型，根據(jù)基爾霍夫定律建立所述死區(qū)故障等效模型的KCL方程組； (e) 消除步驟（d)所述死區(qū)故障等效模型的KCL方程組中死區(qū)故障等效模型的內(nèi)部節(jié) 點(diǎn)，得到死區(qū)故障的等效電磁暫態(tài)模型// = --，其中Jf為死區(qū)故障等效模型外節(jié)點(diǎn)的 注入電流矩陣，&為死區(qū)故障等效模型的導(dǎo)納陣，仏為死區(qū)故障等效模型外節(jié)點(diǎn)的電壓矩 陣電流矩陣； (f) 令電網(wǎng)導(dǎo)納陣^bgromd中與綜合友元模型的外節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的行和列元素分別減去導(dǎo) 納陣G中綜合友元模型的外節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納元素，得到第一次修正導(dǎo)納陣&g_dl ;令第 一次修正導(dǎo)納陣^bgraundl中與綜合友元模型的外節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的行和列元素分別加上導(dǎo)納陣 G中死區(qū)故障等效模型的外節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納元素，得到第二次修正導(dǎo)納陣&gMund2 ; (g) 根據(jù)全網(wǎng)注入歷史電流源Znrt和第二次修正導(dǎo)納陣&gMund2計(jì)算電網(wǎng)電壓矩陣Vnrt， 得到發(fā)生死區(qū)故障下的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓，根據(jù)死區(qū)故障等效模型KCL方程組求得各支路電 流。
[0005] 具體的，步驟（a)中綜合友元模型包括雙母接線形式下的綜合友元模型和單母接 線形式下的綜合友元模型。
[0006] 雙母接線形式下的綜合友元模型包括刀閘等效導(dǎo)納gl~g2、刀閘等效導(dǎo)納g4、斷路 器等效導(dǎo)納g3、地刀等效導(dǎo)納g5~g7和電流互感器等效導(dǎo)納gCT。地刀等效導(dǎo)納g5~g7 -端接 地，刀閘等效導(dǎo)納S1和g2的一端分別接地刀等效導(dǎo)納g5的非接地端，刀閘等效導(dǎo)納S1和g2 的另一端為雙母接線的輸入端；斷路器等效導(dǎo)納g3和電流互感器等效導(dǎo)納gCT串聯(lián)后接在 地刀等效導(dǎo)納g5和g6的非接地端之間；刀閘等效導(dǎo)納g4兩端分別連接地刀等效導(dǎo)納g6和 g7的非接地端；地刀等效導(dǎo)納g7的非接地端為雙母接線形式下的電流互感器與開(kāi)關(guān)綜合友 元模型的輸出端。
[0007] 單母接線形式下的綜合友元模型包括刀閘等效導(dǎo)納gl '和g3 '、斷路器等效導(dǎo) 納g，、地刀等效導(dǎo)納g/和g，以及電流互感器等效導(dǎo)納gc/。地刀等效導(dǎo)納g/和 g5 ' -端接地；刀閘等效導(dǎo)納S1 '的一端接地刀等效導(dǎo)納g4 '的非接地端，刀閘等效導(dǎo)納 g/的另一端為單母接線形式下電流互感器與開(kāi)關(guān)的綜合友元模型的輸入端；斷路器等效 導(dǎo)納g，和電流互感器等效導(dǎo)納gc/串聯(lián)后接在地刀等效導(dǎo)納g/和g，的非接地端 之間；刀閘等效導(dǎo)納g3'的一端接地刀等效導(dǎo)納85'的非接地端，刀閘等效導(dǎo)納8 3'的另 一端為單母接線形式下電流互感器與開(kāi)關(guān)的綜合友元模型的輸出端。
[0008]具體的，步驟（f)中電網(wǎng)導(dǎo)納陣通過(guò)全網(wǎng)拓?fù)浼案髟碾姶艜簯B(tài)模型得 到。
[0009] 本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明采用綜合友元法建立了斷路器與電流互感器的組合 仿真模型，涵蓋斷路器、刀閘、地刀和電流互感器，相較按照各個(gè)元器件分別建立模型的方 法，本發(fā)明大大減少了仿真模型的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，提高了計(jì)算速度；2、本發(fā)明所建模型為電磁暫 態(tài)模型，可用于電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真，并且可以通過(guò)數(shù)字物理接口裝置與真實(shí)的電網(wǎng)保護(hù)設(shè) 備實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)死區(qū)故障的閉環(huán)實(shí)時(shí)仿真，滿足了針對(duì)變電站控制保護(hù)設(shè)備的 檢測(cè)和測(cè)試、運(yùn)維和檢修的仿真培訓(xùn)的需要；3、本發(fā)明能夠詳細(xì)模擬各種故障下的電網(wǎng)死 區(qū)故障，包括主變斷路器死區(qū)故障、母聯(lián)斷路器死區(qū)故障和出線斷路器死區(qū)故障，本發(fā)明可 用于各種故障情況下的電磁暫態(tài)過(guò)程分析和研究，為各種故障下電網(wǎng)保護(hù)裝置的動(dòng)作行為 分析提供了有效的技術(shù)支持。本發(fā)明提出了一種基于綜合友元模型的電流互感器與斷路器 的死區(qū)故障模擬方法，能夠模擬各種典型死區(qū)故障。本發(fā)明采用電磁暫態(tài)建模原理，詳細(xì)模 擬故障的電磁暫態(tài)過(guò)程。此外，本發(fā)明可以應(yīng)用于數(shù)字物理混合實(shí)時(shí)仿真中，仿真數(shù)據(jù)可以 通過(guò)接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)真實(shí)保護(hù)裝置，為各種死區(qū)故障下的電網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作行為分析提供了有效 技術(shù)支持。本發(fā)明設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，易于實(shí)施，建設(shè)、維護(hù)和能耗成本較低，適合不同情況下的電網(wǎng) 死區(qū)故障分析，具有廣闊的應(yīng)用和推廣前景。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明中雙母接線形式下的綜合友元模型的電路原理圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明中雙母接線形式下的死區(qū)故障等效模型的電路原理圖。
[0013] 圖4為本發(fā)明中單母接線形式下的綜合友元模型的電路原理圖。
[0014] 圖5為本發(fā)明中單母接線形式下的死區(qū)故障等效模型的電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016] 為了減少計(jì)算節(jié)點(diǎn)，提高計(jì)算速度，本發(fā)明采用綜合友元建模方法建立了斷路器 和電流互感器的組合模型，結(jié)合死區(qū)故障的特點(diǎn)，詳細(xì)說(shuō)明了在組合模型下發(fā)生死區(qū)故障 的處理方法。按照接線形式及間隔類(lèi)型劃分，死區(qū)故障可統(tǒng)一分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是雙母接線 形式下主變斷路器與電流互感器的死區(qū)故障，另一類(lèi)是單母接線形式下斷路器與電流互感 器的死區(qū)故障。兩種類(lèi)型死區(qū)故障的處理步驟相同，見(jiàn)圖1，但具體的綜合友元模型不同。
[0017] 實(shí)施例1 : 實(shí)施例1以第一類(lèi)死區(qū)故障即雙母接線形式下主變斷路器與電流互感器的死區(qū)故障 為例，詳細(xì)說(shuō)明斷路器與電流互感器組合模型的死區(qū)故障處理方法。
[0018] (Ι-a)建立雙母接線形式下斷路器、刀閘、地刀和電流互感器的綜合友元模型，見(jiàn) 圖2。如圖2所示，雙母接線形式下的綜合友元模型包括刀閘等效導(dǎo)納gl~g2、刀閘等效導(dǎo)納 g4、斷路器等效導(dǎo)納g3、地刀等效導(dǎo)納g5~g7和電流互感器等效導(dǎo)納gCT。地刀等效導(dǎo)納g5~g7 一端接地，刀閘等效導(dǎo)納S1和g2的一端分別接地刀等效導(dǎo)納g5的非接地端，刀閘等效導(dǎo)納 gi和&的另一端為雙母接線的輸入端；斷路器等效導(dǎo)納A和電流互感器等效導(dǎo)納Sct串聯(lián) 后接在地刀等效導(dǎo)納g5和g6的非接地端之間；刀閘等效導(dǎo)納g4兩端分別連接地刀等效導(dǎo) 納g6和g7的非接地端；地刀等效導(dǎo)納g7的非接地端為雙母接線形式下的電流互感器與開(kāi) 關(guān)綜合友元模型的輸出端。
[0019] (Ι-b)將雙母接線形式下綜合友元模型的節(jié)點(diǎn)按照①?⑤的順序編號(hào)，節(jié)點(diǎn)① 和節(jié)點(diǎn)②分別為連接母線的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)@為出線側(cè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)④和節(jié)點(diǎn)⑤分別為內(nèi)節(jié) 點(diǎn)。根據(jù)基爾霍夫定律建立步驟（Ι-a)中雙母接線形式下的綜合友元模型的KCL方程組， 見(jiàn)公式（1)?（5)。
[0020] EiU1-E1U i =X1 (1) S^?2~=?"a (2) Cs4 -5 = ^3 (3) J1CZ1 +^2? *1" (& Sct')^5 ~ (4) Cg3 +Sct)u4 +SiU3 =Ss2uS (5) 其中，G、％、％、?/4和仏分別為雙母接線形式下綜合友元模型的節(jié)點(diǎn)①?⑤的節(jié)點(diǎn) 電壓，4、/2和/3分別為雙母接線形式下綜合友元模型的節(jié)點(diǎn)①?③的外部注入電流， Szi = Si +& + S + Scr + Ss，= ^ + Se + & + 。
[0021] (I-C)消除步驟（Ι-b)中KCL方程組中綜合友元模型的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)④--，得到雙母 接線形式下綜合友元模型的等效電磁暫態(tài)模型/ = 〇[/，其中/為雙母接線形式下綜合友元 模型外節(jié)點(diǎn)的注入電流矩陣，G為雙母接線形式下綜合友元模型的導(dǎo)納陣，G中的導(dǎo)納元素 為正常情況下綜合友元模型對(duì)電網(wǎng)導(dǎo)納陣&gMund的貢獻(xiàn)，V為雙母接線形式下綜合友元模 型外節(jié)點(diǎn)的電壓矩陣。
[0022] 將公式（4)和公式（5)聯(lián)立，求解后得到公式（6) ~ (7):

【權(quán)利要求】
1. 一種基于綜合友元模型的死區(qū)故障模擬方法，其特征在于包括步驟如下： (a) 建立斷路器、刀閘、地刀和電流互感器的綜合友元模型； (b) 根據(jù)基爾霍夫定律建立步驟（a)所述綜合友元模型的KCL方程組； (c) 消除步驟（b)所述綜合友元模型的KCL方程組中綜合 友元模型的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，得到綜合友元模型的等效電磁暫態(tài)模型 / =GC/，其中J為綜合友元模型外節(jié)點(diǎn)的注入電流矩陣，G為綜合友元模型的導(dǎo)納陣，V為 綜合友元模型外節(jié)點(diǎn)的電壓矩陣； (d) 將故障過(guò)渡導(dǎo)納gf引入到預(yù)設(shè)的故障點(diǎn)以建立斷路器、刀閘、地刀和電流互感器的 死區(qū)故障等效模型，根據(jù)基爾霍夫定律建立所述死區(qū)故障等效模型的KCL方程組； (e) 消除步驟（d)所述死區(qū)故障等效模型的KCL方程組中死區(qū)故障等效模型的內(nèi)部節(jié) 點(diǎn)，得到死區(qū)故障的等效電磁暫態(tài)模型i/ = ，其中Jf為死區(qū)故障等效模型外節(jié)點(diǎn)的 注入電流矩陣，&為死區(qū)故障等效模型的導(dǎo)納陣，仏為死區(qū)故障等效模型外節(jié)點(diǎn)的電壓矩 陣電流矩陣； (f) 令電網(wǎng)導(dǎo)納陣^bgromd中與綜合友元模型的外節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的行和列元素分別減去導(dǎo) 納陣G中綜合友元模型的外節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納元素，得到第一次修正導(dǎo)納陣&g_dl ;令第 一次修正導(dǎo)納陣^bgraundl中與綜合友元模型的外節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的行和列元素分別加上導(dǎo)納陣 G中死區(qū)故障等效模型的外節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納元素，得到第二次修正導(dǎo)納陣&gMund2 ; (g) 根據(jù)全網(wǎng)注入歷史電流源Znrt和第二次修正導(dǎo)納陣&gMund2計(jì)算電網(wǎng)電壓矩陣Vnrt， 得到發(fā)生死區(qū)故障下的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓，根據(jù)死區(qū)故障等效模型KCL方程組求得各支路電 流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于綜合友元模型的死區(qū)故障模擬方法，其特征在于步 驟（a)中所述綜合友元模型包括雙母接線形式下的綜合友元模型和單母接線形式下的綜合 友元模型； 所述雙母接線形式下的綜合友元模型包括刀閘等效導(dǎo)納gl~g2、刀閘等效導(dǎo)納g4、斷路 器等效導(dǎo)納g3、地刀等效導(dǎo)納g5~g7和電流互感器等效導(dǎo)納gCT ;所述地刀等效導(dǎo)納g5~g7 - 端接地，所述刀閘等效導(dǎo)納gi和g2的一端分別接地刀等效導(dǎo)納g5的非接地端，所述刀閘等 效導(dǎo)納gl和g2的另一端為雙母接線的輸入端；所述斷路器等效導(dǎo)納g3和電流互感器等效 導(dǎo)納gCT串聯(lián)后接在地刀等效導(dǎo)納g5和g6的非接地端之間；所述刀閘等效導(dǎo)納g4兩端分別 連接地刀等效導(dǎo)納g6和g7的非接地端；所述地刀等效導(dǎo)納g7的非接地端為雙母接線形式 下的電流互感器與開(kāi)關(guān)綜合友元模型的輸出端； 所述單母接線形式下的綜合友元模型包括刀閘等效導(dǎo)納g/和g，、斷路器等效導(dǎo)納g，、地刀等效導(dǎo)納g/和g，以及電流互感器等效導(dǎo)納gc/ ;所述地刀等效導(dǎo)納g/ 和gZ-端接地；所述刀閘等效導(dǎo)納g/的一端接地刀等效導(dǎo)納g4 '的非接地端，所述刀 閘等效導(dǎo)納gl '的另一端為單母接線形式下電流互感器與開(kāi)關(guān)的綜合友元模型的輸入端； 所述斷路器等效導(dǎo)納g，和電流互感器等效導(dǎo)納gc/串聯(lián)后接在地刀等效導(dǎo)納g/和 g5 '的非接地端之間；所述刀閘等效導(dǎo)納g3 '的一端接地刀等效導(dǎo)納g5 '的非接地端，所 述刀閘等效導(dǎo)納g，的另一端為單母接線形式下電流互感器與開(kāi)關(guān)的綜合友元模型的輸 出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于綜合友元模型的死區(qū)故障模擬方法，其特征在于步 驟（f)中所述電網(wǎng)導(dǎo)納陣通過(guò)全網(wǎng)拓?fù)浼案髟碾姶艜簯B(tài)模型得到。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104316792SQ201410556873
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】田青, 曹苒, 楊東方, 高艷萍, 夏英, 劉潔云, 穆世霞, 張明, 王全, 于亞偉, 姜 遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河北省電力公司培訓(xùn)中心, 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司