短路电流扫描优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统的仿真，更具体地说，涉及一种短路电流扫描优化方法。
【背景技术】
[0002] 短路电流计算是电气设备选择、电气保护整定计算的前提，是电力系统规划、设计 和运行的重要基础。基于电力系统的电磁暂态模型进行短路电流计算可以得到精确的结 果，但是计算速度过慢，而且计算规模受到了限制，不能满足工程需求。多年以来，许多学者 一直致力于在短路电流的计算准确性和易用性之间找到一个平衡点。目前在行业内最主要 的短路电流计算标准或方法主要有ANSI标准、IEC标准和运算曲线法三种。
[0003] 国际电工委员会于1988年制定的IEC9090《三相交流系统短路电流计算》，在世界 范围内被广泛认可，并在1996年被我国国家技术监督局指定为国家标准。2001年国际电工 委员会制定了新的短路电流计算标准IEC60909,而我国于2011年通过审批令其成为新的 国家标准。
[0004] 根据IEC标准的规定，在发电机近端短路和远端短路两种情况下，对发电机-变压 器组等效阻抗的计算方法是不同的，这导致了导纳矩阵元素的改变，使得因子表必须重新 形成。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于：提供一种短路电流扫描优化方法，在保证计算结果精确性的 基础上，大幅度提高了短路电流扫描计算的效率。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种短路电流扫描优化方法，其包括如下步 骤：
[0007] A、读取网络数据，输入电力系统模型，并设置故障信息；
[0008] B、根据IEC60909标准计算各个元件的阻抗修正系数，形成修正后的正负零序导 纳矩阵，发电机-变压器组按照远端短路的情况进行阻抗修正；
[0009] C、分别对正、负、零序导纳矩阵进行因子表分解；
[0010] D、分别计算短路点的正、负、零序短路阻抗；
[0011] E、判断短路点是否为发电机-变压器组的机端，如是则修正短路阻抗；
[0012] F、计算短路电流及相关参量。
[0013] 根据IEC60909标准的规定，在发电机近端短路和远端短路两种情况下，对发电 机-变压器组等效阻抗的计算方法是不同的。这导致了导纳矩阵元素的改变，使得因子表 必须重新形成。而基于发电机-变压器组网络模型特点所设计的优化算法克服了这一困 难，在保证计算结果精确性的基础上，大幅度提高了短路电流扫描计算的效率。
[0014] 作为本发明的一种改进，步骤A具体包括输入电力系统模型，包括网络的拓扑结 构，所有机组的发电机模型以及模型的参数，故障的位置及类型。
[0015] 作为本发明的一种改进，步骤B具体包括：IEC60909标准对同步电机、变压器、异 步电动机、限流电抗器等元件的阻抗计算有明确的规定。其中对发电机-变压器组的阻抗 修正较为复杂，不但要区分近端短路和远端短路，也要区分可有载调节型和不可有载调节 型的发变组。
[0016] 如果变压器高压侧发生短路故障，则此情况对于发电机-变压器组而言属于远端 短路，根据变压器T属于可有载调节型或不可有载调节型，可分别采用（1)或（2)计算发电 机-变压器组的阻抗修正系数。
[0019] 而当短路发生在发电机机端时，则属于近端短路。对于可有载调节型的发变组，其 发电机和变压器的阻抗修正系数须分别按照（3)和（4)计算。
[0022] 对于不可有载调节型的发变组，其发电机和变压器的阻抗修正系数分别按照（5) 和（6)计算。
[0025] 以上所有情况下的阻抗修正系数皆适用于计算发电机-变压器组的正序、负序和 零序短路阻抗。
[0026] 作为本发明的一种改进，步骤C具体包括首先对母线排序进行优化，然后分别对 正、负、零序导纳矩阵的进行因子表分解并存储，以便快速计算每个母线的短路阻抗。
[0027] 作为本发明的一种改进，步骤D具体包括在正、负、零序因子表的基础上，利用前 推回代法快速求取每一条母线的短路阻抗值。
[0028] 作为本发明的一种改进，步骤E具体包括判断短路母线是否为发电机-变压器组 的机端节点，如是，则步骤B计算的发电机-变压器组的机端节点的短路阻抗是有误差的。 因为机端节点对于发电机-变压器组而言属于近端短路点，其阻抗修正系数的计算方法与 远端短路不同，所以经过修正后的阻抗值会发生变化，须要修改导纳矩阵中的相关元素。但 一旦修改原来的节点导纳矩阵，则须重新计算其因子表，当网络中存在较多的发电机-变 压器组时，这一过程便会耗费大量的计算机时和占用更多的内存。实际上，可以充分利用发 电机-变压器组的网络模型特点，简化这一繁琐、重复的计算过程。对利用原导纳矩阵所 计得的机端近似短路阻抗进行修正，便可得到精确的短路阻抗值。假设发电机-变压器组 是可有载调节型的。网络上所有发电机-变压器组均按照远端短路的情况进行阻抗修正， 形成修正后的节点导纳矩阵，并求得发电机-变压器组的机端节点的短路阻抗Z' K，Z' 1(是 在不修改原导纳矩阵下所得到的近似短路阻抗，其值满足（7)。修正后的短路阻抗Zk满足
[0031] 联立（7)和（8)即可求得Zk，这一算法可以有效避免多次重复地求解因子表，在不 修改原有导纳矩阵的前提下，精确地求解网络所有节点的短路阻抗，从而实现快速的短路 电流扫描功能。
[0032] 作为本发明的一种改进，步骤F具体包括利用前述步骤得到的短路阻抗即可计算 短路电流和电压的正、负、零序和A、B、C三相分量，以及短路容量等参量。
[0033] 与现有技术相比，本发明短路电流扫描优化方法在保证计算结果精确性的基础 上，大幅度提高了短路电流扫描计算的效率。
【附图说明】
[0034] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明的结构及其有益技术效果进行详细说 明。
[0035] 图1为本发明短路电流扫描优化方法的流程框图。
[0036] 图2为按IEC60909标准提供的10节点网络系统拓扑图。
[0037] 图3为本发明的发电机-变压器模型图。
[0038] 图4为本发明发电机-变压器模型的正序阻抗示意图。
【具体实施方式】
[0039] 为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图 和【具体实施方式】，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实 施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
[0040] 请参阅图1和图2,本发明以IEC60909标准提供的10节点网络系统为算例演示， 本发明短路电流扫描优化方法包括如下步骤：
[0041] Α、读取网络数据，输入电力系统模型，并设置故障信息；
[0042] 输入电力系统模型，包括网络的拓扑结构，所有机组的发电机模型以及模型的参 数，故障发生的位置及类型；假设该系统发生的故障类型为三相短路故障。
[0043] Β、根据IEC60909标准计算各个元件的阻抗修正系数，形成修正后的正负零序导 纳矩阵，发电机-变压器组按照远端短路的情况进行阻抗修正。IEC60909标准对同步电机、 变压器、异步电动机、限流电抗器等元件的阻抗计算有明确的规定。其中对发电机-变压器 组的阻抗修正较为复杂，不但要区分近端短路和远端短路，也要区分可有载调节型和不可 有载调节型的发变组。对于简单的发电机-变压器组，请参阅图3。
[0044] 如果变压器高压侧发生短路故障，则此情况对于发电机-变压器组而言属于远端 短路，根据变压器T属于可有载调节型或不可有载调