一種含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法，所述計(jì)算方法包括：根據(jù)饋線Lij中接入N個(gè)風(fēng)機(jī)后的電路確定等效電路，所述等效電路分為N+1段線路，且每一段線路中連接一個(gè)等效電阻；根據(jù)所述等效電路確定所述饋線Lij中支路電壓的通解；根據(jù)所述支路電壓的通解確定所述饋線Lij對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的對(duì)角元素及非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)；遍歷電力系統(tǒng)中的所有饋線，根據(jù)各所述饋線對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的對(duì)角元素和非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)確定節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y；根據(jù)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y確定節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z；根據(jù)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z確定饋線Lij的短路電流ii?j。本發(fā)明含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法可避免節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的維數(shù)隨著風(fēng)機(jī)接入數(shù)量的增加而增加。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流 的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電的大規(guī)模開(kāi)發(fā)與利用將會(huì)給電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制、保護(hù)、穩(wěn)定分析等各方面帶 來(lái)顯著影響。數(shù)量眾多的風(fēng)機(jī)接入電力系統(tǒng)后，可能顯著改變電力系統(tǒng)的短路電流分布。為 了分析風(fēng)機(jī)接入對(duì)電力系統(tǒng)短路電流帶來(lái)的影響，需要對(duì)含風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)進(jìn)行短路電流 計(jì)算。
[0003] 其中，短路電流的計(jì)算方法包括(假設(shè)故障發(fā)生在第f個(gè)節(jié)點(diǎn)）：
[0004] 故障之后從第f個(gè)節(jié)點(diǎn)流進(jìn)
[0005] 故障之后第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓
[0006] 其中，Zlf表示節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第i行第f列的元素，Zff表示節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第f 行第f列的元素，?表示過(guò)渡電阻。
[0007] 在計(jì)算出故障后各節(jié)點(diǎn)的電壓后，進(jìn)而可確定饋線L1J饋線Llj的首段節(jié)點(diǎn)號(hào)為i， 末端節(jié)點(diǎn)號(hào)為j)的短路電流i i-j:
[0008
_____公式（丨3 );其中，Zi-j表示饋線Lij的阻抗。
[0009] 短路電流的計(jì)算關(guān)鍵在于獲得節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z，通常情況下，往往是先獲得節(jié)點(diǎn)導(dǎo) 納矩陣Y，然后在通過(guò)求逆運(yùn)算得到節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z。而目前節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的實(shí)現(xiàn)方法為：
[0010] 阻抗為ZM的任意饋線L1P對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的對(duì)角元素及非對(duì)應(yīng)元素的貢獻(xiàn)分別
(14 >根據(jù)公式(14)遍歷所有饋線，以確定節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y。
[0011]但是，在一個(gè)含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)，設(shè)外電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目為nac。假設(shè)系統(tǒng)中接入 一座風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)電場(chǎng)中含有M條饋線，每條饋線上含有N個(gè)臺(tái)風(fēng)機(jī)(如圖1所示），風(fēng)電場(chǎng)總計(jì) 有風(fēng)機(jī)F臺(tái)。根據(jù)目前的電路電流技術(shù)方法：
[0012] (I)N臺(tái)風(fēng)機(jī)的接入點(diǎn)將饋線Llj分成了 (N+1)段，每一小段均被視作一條新的饋線。 N臺(tái)風(fēng)機(jī)的接入點(diǎn)均被視作新的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的節(jié)點(diǎn)數(shù)增加 N。
[0013] (2)遍歷這N+1段新的饋線，并根據(jù)公式（14)式，將這每一條饋線對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y 的對(duì)角元素及非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)計(jì)入到系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y當(dāng)中。
[0014] (3)當(dāng)F個(gè)風(fēng)機(jī)接入后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的維數(shù)從Nac增加到了（NAC+F)維。相應(yīng)地，節(jié)點(diǎn)導(dǎo) 納矩陣Y的存儲(chǔ)空間從·2增加到了（NAC+F)2。而節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的求逆運(yùn)算F 1的復(fù)雜度從〇 (Nac3)增加到o((NAG+F)3)，耗時(shí)也隨之增加。
[0015]如果進(jìn)一步考慮，系統(tǒng)中接入了多座風(fēng)電場(chǎng)，那么系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)維數(shù)、導(dǎo)納矩陣存儲(chǔ)空 間數(shù)、矩陣求逆復(fù)雜度將進(jìn)一步擴(kuò)大，從而大大增大計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)與計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的是提供一種含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法，可避免節(jié) 點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的維數(shù)隨著風(fēng)機(jī)接入數(shù)量的增加而增加。
[0017] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：
[0018] -種含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法，所述計(jì)算方法包括：
[0019] 步驟一:根據(jù)饋線Llj中接入N個(gè)風(fēng)機(jī)后的電路確定等效電路，所述等效電路分為N+ 1段線路，且每一段線路中連接一個(gè)等效電阻；其中，首段節(jié)點(diǎn)號(hào)為i，末端節(jié)點(diǎn)號(hào)為j，從首 段節(jié)點(diǎn)i到末端節(jié)點(diǎn)號(hào)j的每一段線路中等效電阻的阻抗依次為 Z1，...，zn，...，ZN+1，對(duì)應(yīng)段 線路中接入風(fēng)機(jī)的阻抗依次為X 1, . . .X，n，XN，，對(duì)應(yīng)段線路的支路電壓分別為
[0020] 步驟二:根據(jù)所述等效電路確定所述饋線Llj中支路電壓g的通解；
[0021] 步驟三:根據(jù)所述支路電壓&的通解確定所述饋線Llj對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的對(duì)角元 素及非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)；
[0022] 步驟四：遍歷電力系統(tǒng)中的所有饋線，根據(jù)各所述饋線對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的對(duì)角元 素和非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)確定所述節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y;
[0023] 步驟五:根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y確定節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z;
[0024] 步驟六:根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z確定所述饋線Llj的短路電流i^。
[0025] 可選的，所述確定支路電壓的通解的方法包括：
[0026] 根據(jù)以下公式確定支路電壓& :
[0027]
____公式q ),其中，Ifj為第η段線路中流過(guò)的電流； [0028]將公式(1)變形得到公式(2):
[0029]
------公式（2 ):
[0030] 根據(jù)以下公式確定待定系數(shù)αη+1和βη+1:
[0031]
[0032]
[0033]
[0034] 通解。
[0035] 可選的，在步驟三中，根據(jù)以下公式計(jì)算所述饋線Llj對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的對(duì)角元素 及非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)：
[0036]
其中，yii表示對(duì)角元素，yij表示非對(duì)角元素。
[0037] 可選的，在步驟四中，所述確定節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的方法包括：
[0038] 將各所述饋線對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的對(duì)角元素和非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)疊加求和。
[0039] 可選的，在步驟五中，根據(jù)以下公式所述確定節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z:
[0040]
------公式(7)。
[0041] 可選的，，在步驟六中，根據(jù)以下公式確定所述饋線Llj的短路電流
[0042：
-----公式（8 )，其中，ZH為所述饋線Llj的阻抗，η為過(guò)渡阻 抗，Zlf為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第i行第f列的元素，Zjf為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第j行第f列的元素， Zff為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第f行第f列的元素。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：
[0044] 本發(fā)明含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法根據(jù)饋線Llj中接入N個(gè)風(fēng)機(jī)后 的電路確定等效電路，進(jìn)而確定所述饋線Llj中支路電壓$的通解，根據(jù)所述支路電壓&的 通解確定所述饋線Llj對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的對(duì)角元素及非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)，進(jìn)而可確定節(jié)點(diǎn)導(dǎo) 納矩陣Y，可避免節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的維數(shù)隨著風(fēng)機(jī)接入數(shù)量的增加而增加。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所 需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施 例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。
[0046]圖1為饋線Lij中接入N臺(tái)風(fēng)機(jī)的電路圖；
[0047]圖2為圖1的等效電路圖；
[0048]圖3為本發(fā)明含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0050] 本發(fā)明的目的是提供一種含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法根據(jù)饋線 Llj中接入N個(gè)風(fēng)機(jī)后的電路確定等效電路，進(jìn)而確定所述饋線Llj中支路電壓ξ的通解，根 據(jù)所述支路電壓&的通解確定所述饋線Llj對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的對(duì)角元素及非對(duì)角元素的貢 獻(xiàn)，進(jìn)而可確定節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Υ，可避免節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的維數(shù)隨著風(fēng)機(jī)接入數(shù)量的增加而增 加。
[0051] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0052]如圖3所示，本發(fā)明含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法包括：
[0053]步驟110:根據(jù)饋線Llj中接入N個(gè)風(fēng)機(jī)后的電路確定等效電路；
[0054] 步驟:120:根據(jù)所述等效電路確定所述饋線Llj中支路電壓I；的通解；
[0055] 步驟130:根據(jù)所述支路電壓g的通解確定所述饋線Llj對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的對(duì)角元 素及非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)；
[0056] 步驟140:遍歷電力系統(tǒng)中的所有饋線，根據(jù)各所述饋線對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的對(duì)角 元素和非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)確定所述節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y;
[0057]步驟150:根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y確定節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z;
[0058]步驟160:根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z確定所述饋線Llj的短路電流i^。
[0059] 如圖2所示，所述等效電路分為N+1段線路，且每一段線路中連接一個(gè)等效電阻;其 中，首段節(jié)點(diǎn)號(hào)為i，末端節(jié)點(diǎn)號(hào)為j，從首段節(jié)點(diǎn)i到末端節(jié)點(diǎn)號(hào)j的每一段線路中等效電阻 的阻抗依次為Z1, ...，zn，...，zN+1，對(duì)應(yīng)段線路中接入風(fēng)機(jī)的阻抗依次為Jf1, . .? ^ , 對(duì)應(yīng)段線路的支路電壓分別為，n = l，. . .，N-1。
[0060] 在步驟120中，所述確定支路電壓的通解的方法包括：
[0061] 步驟121:根據(jù)以下公式確定支路電壓#· η ·
[0079]
[0080]
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
[0085]
[0086]
[0087]
[0088]
[0089]
[0090] 確定&的通解。
[0091] 其中，可根據(jù)公式(4)和(5)得到。
[0092]在步驟130中，根據(jù)以下公式計(jì)算所述饋線Llj對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的對(duì)角元素及非對(duì) 角元素的貢獻(xiàn)：
[0093:
Μ >其中，yii表示對(duì)角元素，yij表示非對(duì)角元素。
[0094] 在步驟140中，所述確定節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的方法包括:將各所述饋線對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩 陣的對(duì)角元素和非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)疊加求和。
[0095] 在步驟150中，根據(jù)以下公式所述確定節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z:
[0096] Z = Y-1--------公式（7)。
[0097]在步驟160中，根據(jù)以下公式確定所述饋線Llj的短路電流
[0098]
--公式（8 )，其中，ZH為所述饋線Llj的阻抗，rf為過(guò)渡阻 抗，Zlf為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第i行第f列的元素，Zjf為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第j行第f列的元素， Zff為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第f行第f列的元素。
[0099] 本發(fā)明方法在計(jì)算含風(fēng)機(jī)的饋線Llj對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的對(duì)角元素及非對(duì)角元素 時(shí)，沒(méi)有將N臺(tái)風(fēng)機(jī)的接入點(diǎn)視作新的節(jié)點(diǎn)，因此不會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的節(jié)點(diǎn)數(shù)隨風(fēng)機(jī) 數(shù)量的增加而增加，進(jìn)而節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的存儲(chǔ)空間數(shù)和矩陣求逆復(fù)雜度也不會(huì)隨風(fēng)機(jī)數(shù) 量的增加而增加，從而節(jié)約了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)空間及成本。
[0100] 本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他 實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。
[0101] 本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō) 明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù) 本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不 應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算方法包括： 步驟一:根據(jù)饋線以^中接入N個(gè)風(fēng)機(jī)后的電路確定等效電路，所述等效電路分為N+1段 線路，且每一段線路中連接一個(gè)等效電阻;其中，首段節(jié)點(diǎn)號(hào)為i，末端節(jié)點(diǎn)號(hào)為j，從首段節(jié) 點(diǎn)i到末端節(jié)點(diǎn)號(hào)j的每一段線路中等效電阻的阻抗依次為Z1，. . .，Zn，. . .，ZN+1，對(duì)應(yīng)段線路 中接入風(fēng)機(jī)的阻抗依次為義1，..，《V.，對(duì)應(yīng)段線路的支路電壓分別為巧，...義，...，巧、W， η 二 1,. . . , N-1; 步驟二:根據(jù)所述等效電路確定所述饋線中支路電壓?ζ的通解； 步驟Ξ:根據(jù)所述支路電壓的通解確定所述饋線以^對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Υ的對(duì)角元素及 非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)； 步驟四：遍歷電力系統(tǒng)中的所有饋線，根據(jù)各所述饋線對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Υ的對(duì)角元素和 非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)確定所述節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Υ; 步驟五:根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Υ確定節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Ζ; 步驟六:根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Ζ確定所述饋線k北勺短路電流il-J。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法，其特征在于，在步 驟二中，所述確定支路電壓A的通解的方法包括： 根據(jù)W下公式確定支路電壓：根據(jù)所述等效電路中的邊界條件為g =1, 二0---------公或(5 )，確定ξ的通解。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法，其特征在于，在步 驟Ξ中，根據(jù)W下公式計(jì)算所述饋線節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的對(duì)角元素及非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)：其中，yi康示對(duì)角元素 ，yi康示非對(duì)角元素。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法，其特征在于，在 步驟四中，所述確定節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的方法包括： 將各所述饋線對(duì)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的對(duì)角元素和非對(duì)角元素的貢獻(xiàn)疊加求和。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法，其特征在于，在 步驟五中，根據(jù)W下公式所述確定節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z: Ζ=γ-ι--------公式(7)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含大量風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法，其特征在于，在 步驟六中，根據(jù)W下公式確定所述饋線k北勺短路電流ii-j:-…--公乂（8)，其中，ZW為所述饋線Lu的阻抗，rf為過(guò)渡阻抗， zif為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第i行第f列的元素，ZW為節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第j行第f列的元素，zff為 節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z中第f行第f列的元素。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK105842516SQ201610160725
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】孫毅衛(wèi), 汪雨辰, 李珂, 陳西平, 陳來(lái)軍, 黃少偉, 王志文, 王召健, 唐可翾
【申請(qǐng)人】陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司, 清華大學(xué)