专利名称：一种适用于电磁暂态分析的电力系统动态等值方法
技术领域：
本发明涉及电力系统动态等值方法，尤其涉及一种适用于电磁暂态分析的电力系 统动态等值方法。
背景技术：
随着我国交直流大电网的发展，使得交直流输电系统越来越庞大。现有的交直流 电力系统机电暂态仿真程序只能模拟基波对称情况下的系统，对偏离理想假设条件的运行 状态则不能给出精确和严格的分析；交直流混合系统不对称故障情况下，再按照机电暂态 仿真程序的正序分量计算会得出与实际情况不符合的结果，所以目前应用于电力系统中的 机电暂态仿真程序无法满足系统不对称故障期间的仿真要求。为了准确模拟含有多回大容 量直流输电线路的交直流大电网在不对称故障期间的暂态特性，必须采用计算量非常大的 电磁暂态仿真分析方法。对于大规模系统，直接用电磁暂态仿真计算，计算量太大，一般计 算前都要对被仿真网络进行简化等值。电力系统动态等值方法主要有同调等值法、模态等值法、辨识等值法三类，但这三 类等值方法主要适合于机电暂态分析，在等值过程中会在连接内外部系统节点间引入等值 的阻抗支路，有些支路会出现负电阻。但在电磁暂态仿真中无法处理负电阻支路，因此需要 开发一套行之有效的适用于电磁暂态仿真的动态等值方法。
发明内容
本发明提供了一种适用于电磁暂态分析的电力系统动态等值方法，避免传统等值 方法在等值过程中出现负阻抗支路的问题。一种适用于电磁暂态分析的电力系统动态等值方法，保留电力系统中500kV及以 上电压等级的主干网架，将500kV母线分为两类，其中第一类500kV母线之间只通过500kV 或以上电压等级的主干线路相连；第二类500kV母线之间除了通过500kV或以上电压等级 的主干线路相连之外，还通过低于500kV电压等级的线路相连；所述的等值方法包括对第一类500kV母线进行等值和对第二类500kV母线进行等 值，其中对第一类500kV母线进行等值为对与每条第一类500kV母线连接的低于500kV电 压等级的网络逐一进行等值，包括构建等值模型和确定模型参数构建等值模型将与每条第一类500kV母线连接的低于500kV电压等级的网络等 值为一个等值发电机和一个等值负荷，其中等值发电机与该条第一类500kV母线通过一个 等值升压变压器相连，等值负荷与该条第一类500kV母线通过一个等值降压变压器相连；确定模型参数确定等值发电机的容量、该条第一类500kV母线电压、从低于 500kV电压等级的网络注入到该条第一类500kV母线的短路电流以及等值发电机的次暂态 电抗，根据等值前后注入第一类500kV母线短路电流保持不变的原则，确定等值发电机的 参数；根据等值前后电力系统潮流不变的原则，确定与该条第一类500kV母线相连的等值 负荷的参数；
所述的对第二类500kV母线进行等值为将所有第二类500kV母线根据是否通过同 一低于500kV电压等级的网络相连划分为不同集合，将与同一低于500kV电压等级的网络 相连的第二类500kV母线划分在同一集合内，对与每个集合相关的低于500kV电压等级的 网络逐一进行等值，包括构建等值模型和确定模型参数构建等值模型将与每个集合内所有第二类500kV母线连接的低于500kV电压等 级的网络等值为一个等值发电机和数量与该集合内第二类500kV母线相同的等值负荷，其 中等值发电机与该集合内每条第二类500kV母线之间分别通过各自的等值升压变压器相 连，每个等值负荷与和其对应的第二类500kV母线通过各自的等值降压变压器相连；确定模型参数确定等值发电机的容量、有功功率、无功功率；该集合内所有第二 类500kV母线的母线电压；从低于500kV电压等级的网络注入到所有该集合内每条第二类 500kV母线的短路电流以及等值发电机的次暂态电抗，根据注入所有第二类500kV母线的 短路电流保持不变的原则，确定的等值发电机的参数；根据等值前后电力系统潮流不变的 原则，确定每个等值负荷的参数。所述的对第一类500kV母线进行等值中确定模型参数的方法为(1)获取与单条第一类500kV母线通过低于500kV电压等级的网络相连的所有发 电机的容量和惯性时间常数，计算得到相应的等值发电机的容量和惯性时间常数；(2)获取该条第一类500kV母线的电压幅值和相角，得到该条第一类500kV母线电 压；(3)根据等值前电力系统的短路电流计算得到从低于500kV电压等级的网络注入 该条第一类500kV母线的短路电流；(4)以等值发电机的容量、等值发电机次暂态电抗、该条第一类500kV母线电压、 从低于500kV电压等级的网络注入到该条第一类500kV母线的短路电流为已知量，在等值 发电机功率因数一定的条件下，通过电力系统正常时的功率平衡方程以及电力系统短路情 况下的基尔霍夫定律方程，求解等值升压变压器的阻抗和等值发电机的机端电压相量；通 过欧姆定律方程和功率平衡方程，求解等值负荷的值和等值降压变压器的漏抗。所述的对第二类500kV母线进行等值中确定模型参数的方法为(1)获取与同一集合内所有第二类500kV母线通过低于500kV电压等级的网络相 连的发电机的容量、惯性时间常数、有功功率及无功功率，计算得到等值发电机的容量、惯 性时间常数、有功功率及无功功率；(2)获取该集合内第二类500kV母线的电压幅值和相角，得到该集合内所有第二 类500kV母线的母线电压；(3)根据等值前电力系统的短路电流计算分别得到从低于500kV电压等级的网络 注入该集合内每条第二类500kV母线的短路电流；(4)以等值发电机的容量、有功功率、无功功率、次暂态电抗；所有第二类500kV母 线的母线电压；从低于500kV电压等级的网络注入到所有第二类500kV母线的短路电流； 在等值发电机发出有功功率条件下，通过电力系统正常时的功率平衡方程以及电力系统短 路情况下的基尔霍夫定律方程，求解等值升压变压器的阻抗和等值发电机的机端电压相 量；通过欧姆定律方程和功率平衡方程，求解等值负荷的值和等值降压变压器的漏抗。使用本发明等值方法对南方电网2013年规划数据中的全部500kV母线进行等值。等值前整个电网中含有四81条母线、555台发电机、7条直流线路，等值后只有1017条母 线、240台发电机、7条直流线路，等值前后500kV主干网架上的潮流完全一致。对原型系统 和等值系统进行500kV母线三相短路故障分析，图8-11为等值前后云广直流逆变侧附近主 干网架上三相短路0. 1秒后切除故障各个地区机组的功角曲线，动态仿真分析结果表明等 值前后系统的动态特性基本一致，从而验证了该等值方法的可行性和有效性。
图1为第一类500kV母线等值后的结构；图2为正常潮流情况下第一类500kV母线等值后的结构的简化等效电路图；图3为三相短路情况下第一类500kV母线等值后结构的简化等效电路图；图4为第二类500kV母线等值前的结构；图5为第二类500kV母线等值后的结构；图6为第二类500kV母线等值后短路电流计算时的等效电路图；图7为第二类500kV母线等值后忽略//(1j力+)情况下的等效电路图；图8为云广直流逆变侧附近主干网架三相短路0. 1秒后切除故障广东某机组等值 前后的功角曲线；图9为云广直流逆变侧附近主干网架三相短路0. 1秒后切除故障广西某机组等值 前后的功角曲线；图10为云广直流逆变侧附近主干网架三相短路0. 1秒后切除故障贵州某机组等 值前后的功角曲线；图11为云广直流逆变侧附近主干网架三相短路0. 1秒后切除故障云南某机组等 值前后的功角曲线。
具体实施例方式一种用于电磁暂态分析的电力系统动态等值方法，该方法将系统按照电压等级进 行分层，认为交直流互联大系统的动态特性主要取决大容量直流线路接入层的系统强度， 即所谓的发电机对主干网架的支撑强度。等值前后需要满足以下几个条件(1)等值前后系统的发电机总容量保持不变； (2)等值前后主干网架上各条母线的短路电流保持不变；C3)等值前后系统的潮流保持一 致；(4)等值前后系统的动态特性保持一致，从而达到动态等值的目的。进行动态等值时应该对以下系统进行保留(1)系统500kV及以上电压等级的主 干网架；(2)各回直流输电线路的详细模型；⑶与直流并联运行的交流通道；⑷与500kV 主干网架直接相连的发电容量较大的发电机组。根据上述等值原理，该等值方法如下对原型系统中500kV母线进行分类。系统主 干网架上500kV母线可以按要求分为两类。第一类500kV母线之间只通过500kV或以上 电压等级的主干线路相连；第二类500kV母线之间除了通过500kV或以上电压等级的主干 线路相连之外，还通过低于500kV电压等级的线路相连。对于第一类500kV母线，等值后系统主干网架上500kV母线标准结构如图1所示。 它将与每条第一类500kV母线连接的低于500kV电压等级的网络等值为一个等值发电机和CN 102104252 A
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一个等值负荷，其中等值发电机与该条第一类500kV母线通过一个等值升压变压器相连， 等值负荷与该条第一类500kV母线通过一个等值降压变压器相连；以下重点研究500kV母线到等值机之间升压变压器以及等值机的参数计算和调 整问题，原来直接连接在500kV母线上的发电机组给予保留。为了方便建立计算公式，现在 设发电机母线电压Ut Z 91是未知量，5001^母线电压队2 θ s是已知量可由正常潮流计 算得到，升压变压器阻抗设为Zt = JXt (忽略电阻Rt)是未知量，等值发电机次暂态电抗设为 ^，等值发电机的容量知可以根据潮流数据计算得出为已知量，从低于500kV电压等级的 网络注入到500kV母线的短路电流I"可以根据短路电流计算得出为已知量(I"是指原型 系统中该500kV母线下属的所有低于500kV的线路注入该母线的短路电流，与该500kV母 线的总短路电流是不一样的)。结合工程实际，把等值机的次暂态电抗;用典型值，Xd =0.2pu (以等值机容量 为基准的标幺值)，现在已知等值发电机的容量Se，等值发电机次暂态电抗设为;，500kV 母线电压为Us Z θ s，从低于500kV电压等级的网络注入到500kV母线的短路电流/",在等 值发电机功率因数一定的条件下，可以根据功率平衡方程以及短路情况下的基尔霍夫定律 方程联立求解升压变压器阻抗和等值发电机的机端电压相量，图2和图3给出了计算时的 等效电路图。以下推导过程中的各物理量的参考方向参见图1 图3，并且各物理量均归算 至标么值。三相短路时E" = j(X"d+Xt)T(1)上式中，岔是等值发电机的次暂态电势，C是等值发电机次暂态电抗，Xt是升压变 压器的短路电抗，/"是从低于500kV电压等级的网络注入到被等值500kV母线的短路电流。稳态情况下，根据图2:
权利要求
1.一种适用于电磁暂态分析的电力系统动态等值方法，保留电力系统中500kV及以上 电压等级的主干网架，将500kV母线分为两类，其中第一类500kV母线之间只通过500kV 或以上电压等级的主干线路相连；第二类500kV母线之间除了通过500kV或以上电压等级 的主干线路相连之外，还通过低于500kV电压等级的线路相连；所述的等值方法包括对第一类500kV母线进行等值和对第二类500kV母线进行等值， 其中对第一类500kV母线进行等值为对与每条第一类500kV母线连接的低于500kV电压等 级的网络逐一进行等值，包括构建等值模型和确定模型参数构建等值模型将与每条第一类500kV母线连接的低于500kV电压等级的网络等值为 一个等值发电机和一个等值负荷，其中等值发电机与该条第一类500kV母线通过一个等值 升压变压器相连，等值负荷与该条第一类500kV母线通过一个等值降压变压器相连；确定模型参数确定等值发电机的容量、该条第一类500kV母线电压、从低于500kV电 压等级的网络注入到该条第一类500kV母线的短路电流以及等值发电机的次暂态电抗，根 据等值前后注入第一类500kV母线短路电流保持不变的原则，确定等值发电机的参数；根 据等值前后电力系统潮流不变的原则，确定与该条第一类500kV母线相连的等值负荷的参 数；所述的对第二类500kV母线进行等值为将所有第二类500kV母线根据是否通过同一低 于500kV电压等级的网络相连划分为不同集合，将与同一低于500kV电压等级的网络相连 的第二类500kV母线划分在同一集合内，对与每个集合相关的低于500kV电压等级的网络 逐一进行等值，包括构建等值模型和确定模型参数构建等值模型将与每个集合内所有第二类500kV母线连接的低于500kV电压等级的 网络等值为一个等值发电机和数量与该集合内第二类500kV母线相同的等值负荷，其中等 值发电机与该集合内每条第二类500kV母线之间分别通过各自的等值升压变压器相连，每 个等值负荷与和其对应的第二类500kV母线通过各自的等值降压变压器相连；确定模型参数确定等值发电机的容量、有功功率、无功功率；该集合内所有第二类 500kV母线的母线电压；从低于500kV电压等级的网络注入到所有该集合内每条第二类 500kV母线的短路电流以及等值发电机的次暂态电抗，根据注入所有第二类500kV母线的 短路电流保持不变的原则，确定的等值发电机的参数；根据等值前后电力系统潮流不变的 原则，确定每个等值负荷的参数。
2.根据权利要求1所述的电力系统动态等值方法，其特征在于，所述的对第一类500kV 母线进行等值中确定模型参数的方法为(1)获取与单条第一类500kV母线通过低于500kV电压等级的网络相连的所有发电机 的容量和惯性时间常数，计算得到相应的等值发电机的容量和惯性时间常数；(2)获取该条第一类500kV母线的电压幅值和相角，得到该条第一类500kV母线电压；(3)根据等值前电力系统的短路电流计算得到从低于500kV电压等级的网络注入该条 第一类500kV母线的短路电流；(4)以等值发电机的容量、等值发电机次暂态电抗、该条第一类500kV母线电压、从低 于500kV电压等级的网络注入到该条第一类500kV母线的短路电流为已知量，在等值发电 机功率因数一定的条件下，通过电力系统正常时的功率平衡方程以及电力系统短路情况下 的基尔霍夫定律方程，求解等值升压变压器的阻抗和等值发电机的机端电压相量；通过欧姆定律方程和功率平衡方程，求解等值负荷的值和等值降压变压器的漏抗。
3.根据权利要求1所述的电力系统动态等值方法，其特征在于，所述的对第二类500kV 母线进行等值中确定模型参数的方法为(1)获取与同一集合内所有第二类500kV母线通过低于500kV电压等级的网络相连的 发电机的容量、惯性时间常数、有功功率及无功功率，计算得到等值发电机的容量、惯性时 间常数、有功功率及无功功率；(2)获取该集合内第二类500kV母线的电压幅值和相角，得到该集合内所有第二类 500kV母线的母线电压；(3)根据等值前电力系统的短路电流计算分别得到从低于500kV电压等级的网络注入 该集合内每条第二类500kV母线的短路电流；(4)以等值发电机的容量、有功功率、无功功率、次暂态电抗；所有第二类500kV母线的 母线电压；从低于500kV电压等级的网络注入到所有第二类500kV母线的短路电流；在等 值发电机发出有功功率条件下，通过电力系统正常时的功率平衡方程以及电力系统短路情 况下的基尔霍夫定律方程，求解等值升压变压器的阻抗和等值发电机的机端电压相量；通 过欧姆定律方程和功率平衡方程，求解等值负荷的值和等值降压变压器的漏抗。
全文摘要
本发明公开了一种适用于电磁暂态分析的电力系统动态等值方法，它保留电力系统中500kV及以上电压等级的主干网架，并将500kV母线分为两类，分别对第一类500kV母线和第二类500kV母线分解进行等值，且两者采用不同的等值模型。动态仿真分析结果表明利用本发明等值方法进行等值电力系统等值前后的动态特性基本一致，说明了该等值方法的可行性和有效性。
文档编号H02H7/26GK102104252SQ20111004695
公开日2011年6月22日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者徐政, 翁华, 陈新琪 申请人:浙江大学, 浙江省电力试验研究院