一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法
【专利摘要】本发明公开了一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法，当有多台常规发电机与分布式发电机同时接入电网时，计算所有电源节点与故障点、常规电源与分布式发电机接入点之间的转移阻抗；不考虑分布式发电机间的相互影响时，合并常规电源节点，得到3节点简化网络以及三角形网络中不同节点间的转移阻抗；为减少常规电源与分布式发电机的短路电流关联变量，将分布式发电机接入点以外的系统进行戴维南等值，从而制定分布式发电机短路电流周期分量与计算阻抗、开路电压的运算曲面，形成分布式发电机接入电网的短路电流运算曲面法，再按时刻、计算阻抗和开路电压查短路电流运算曲面，得到分布式发电机注入故障点的短路电流周期分量。
【专利说明】一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分布式发电系统【技术领域】，尤其涉及一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法。
【背景技术】
[0002]分布式电源(Distributed Generation,DG)的接入使传统配电网的结构发生了改变，DG对传统配电网带来的影响即有积极的也有消极的，其接入对配电网的带来的积极影响主要集中在对系统的运行方式的改善以及对其接入系统提供支持以保证高效可靠运行等方面:
[0003]1)DG的接入增加了电网的备用容量，具有削峰、平衡负荷的功能，同时DG可提高能源利用率。
[0004]2)DG靠近负荷供电输配电损耗很低，电能在传输过程中的损失很少，从而可以节约投资成本。
[0005]3)由于DG可以实现带负荷孤岛运行，在发生意外灾害时能够持续为部分负荷供电，在实现供电可靠性的提高的同时防止重大电压失稳事故的发生。
[0006]在DG的接入对配电网的运行带来好处的同时也带来了一系列不容忽视的运行问题:
[0007]I)对电网电能质量的影响，由于具有不确定性与间歇性的特点，分布式电源并网发电出力将会对其接入的配电网带来电能质量方面的问题，DG的接入将改变配电网的潮流单向的由变电站母线流向各负荷的方式，配电网正常运行时潮流的大小以及方向都将发生改变，同时配电网的馈线稳态电压将受到影响，这使得系统初始的调压方案不一定能够满足DG接入后的配电网对电压的要求；同时有很大一部分分布式电源采用电力装置并网，这将对系统带来诸如电压电流谐波等电能质量问题。
[0008]2)当配电网中接入DG之后，配网原先的放射状网络结构将变为遍布电源与用户互联的网络，DG将通过在故障时提供短路电流对配网原有的继电保护产生明显的影响。配电网一般采用重合闸前加速保护动作的方式来快速切除瞬时性的故障以实现供电可靠性的提高，当含有DG的配电网发生故障时，如果系统中的DG不退出运行，则会持续向故障点提供电流，导致重合闸失败，甚至会扩大故障范围。
[0009]由此可见，短路电流计算是电网规划和保护的基础，利用分布式发电短路计算模型与网络方程交互迭代，能得到准确的短路计算结果，但两者的耦合变量多且迭代计算量大，不能满足工程计算要求。目前来讲对含分布式电源的配电网短路电流计算进行研究的相关文献并不多，国内外使用的短路电流计算方法主要包括工程实用算法，IEC标准及ANSI标准，国外对短路计算标准的研究较多的是比较IEC标准与ANSI标准的不同点，国内的分析主要集中于对实用算法与IEC标准算法的区别比较。
[0010]国内采用的工程实用算法中，现有的运算曲线针对同步发电机制定，实用算法中对于异步电动机短路电流初值的计算采用次暂态电势串联次暂态电抗的方式，均没有制定专门的运算曲线。
【发明内容】
[0011]针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法，该方法仅需得到DFIG接入点以外的计算电抗和开路电压，方法原理简单且计算量小，适用于短路电流工程计算，对于不对称短路电流还可利用正序等效定则进一步计算得到。
[0012]为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案:
[0013]一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法，包括如下步骤:
[0014]步骤一:有多台常规发电机与分布式发电机同时接入电网时，由故障分量网络的节点阻抗矩阵，可计算所有电源节点与故障点、常规电源与分布式发电机接入点之间的转移阻抗；[0015]步骤二:不考虑分布式发电机间的相互影响时，为便于计算单台分布式发电机短路电流，合并常规电源节点，得到3节点简化网络以及三角形网络中不同节点间的转移阻抗；
[0016]步骤三:分析常规电源对分布式发电机的电压支撑作用，为减少常规电源与分布式发电机的短路电流关联变量，将分布式发电机接入点以外的系统进行戴维南等值；
[0017]步骤四:利用戴维南等值电路，制定分布式发电机短路电流周期分量与计算阻抗、开路电压的运算曲面，形成分布式发电机接入电网的短路电流运算曲面法，再按时刻、计算阻抗和开路电压查短路电流运算曲面，即可得到分布式发电机注入故障点的短路电流周期分量;
[0018]步骤五:给出了分布式发电机短路运算曲面法计算步骤。
[0019]作为本发明的一种优选方案，所述步骤一的具体步骤为:
[0020]Sm1台常规发电机和m2台分布式发电机安装在电网中不同节点，电网节点f发生短路故障，节点I至!^为常规发电机接入点，节点mdl至!^+!^为分布式发电机接入点；由故障分量网络的节点阻抗矩阵，可计算所有电源节点与故障点、常规电源与分布式发电机接入点之间的转移阻抗ζ’ ^为:
【权利要求】
1.一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:有多台常规发电机与分布式发电机同时接入电网时，由故障分量网络的节点阻抗矩阵，可计算所有电源节点与故障点、常规电源与分布式发电机接入点之间的转移阻抗； 步骤二:不考虑分布式发电机间的相互影响时，为便于计算单台分布式发电机短路电流，合并常规电源节点，得到3节点简化网络以及三角形网络中不同节点间的转移阻抗； 步骤三:分析常规电源对分布式发电机的电压支撑作用，为减少常规电源与分布式发电机的短路电流关联变量，将分布式发电机接入点以外的系统进行戴维南等值； 步骤四:利用戴维南等值电路，制定分布式发电机短路电流周期分量与计算阻抗、开路电压的运算曲面，形成分布式发电机接入电网的短路电流运算曲面法，再按时刻、计算阻抗和开路电压查短路电流运算曲面，即可得到分布式发电机注入故障点的短路电流周期分量; 步骤五:给出 了分布式发电机短路运算曲面法计算步骤。
2.根据权利要求1所述的一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法，其特征在于，所述步骤一的具体步骤为: Sm1台常规发电机和m2台分布式发电机安装在电网中不同节点，电网节点f发生短路故障，节点I至叫为常规发电机接入点,节点mjl至!^+!^为分布式发电机接入点；由故障分量网络的节点阻抗矩阵，可计算所有电源节点与故障点、常规电源与分布式发电机接入点之间的转移阻抗z’ ^为:
Z
_ JJ _Zij ^(I) 式中:j为故障节点或分布式发电机接入点，Zy和Zu为故障分量网络节点阻抗矩阵的自阻抗和互阻抗，Zi为电源至接入点i的等值阻抗。
3.根据权利要求2所述的一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法，其特征在于，所述步骤二的具体步骤为: 不考虑分布式发电机间的相互影响，可得第k台分布式发电机与故障点、常规电源点的转移阻抗网络；为便于计算第k台分布式发电机短路电流，合并常规电源节点I至!^，得到3节点简化网络；则阻抗Zkf = z’ kf，其余阻抗为:
I z — 1 —--sk m] Σι/4， ZV4 (2) z=li=l 其中Zsk、Zsf和Zkf为三角形网络中不同节点间的转移阻抗。
4.根据权利要求3所述的一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤为: 对于分布式发电机，不仅经由转移阻抗Zkf与故障点相连，还通过Zsk与常规电源连接，故障后常规电源将对分布式发电机起到电压支撑作用，而故障后分布式发电机端电压的变化又将改变其注入的短路电流；将分布式发电机接入节点k以外的系统，进行戴维南等值，Zjs和U。。为计算阻抗和开路电压。
5.根据权利要求4所述的一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤为: 当节点f发生故障后:
6.根据权利要求5所述的一种确定分布式发电接入电网短路电流的运算曲面法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤为: 应用短路电流运算曲面计算分布式发电机短路电流的步骤如下: 1)形成原始网络节点阻抗矩阵，追加Hl1台常规发电机至接入点的阻抗Zi，得到故障分量网络的nXn阶节点阻抗矩阵Ζ，其中节点I至HI1为常规电源点，节点i^+l至1?+!?为分布式发电机接入点； 2)根据式(1)计算Hi1个常规电源点至短路节点f的转移阻抗z’if，令k=1，进入3)； 3)由Z、Zi和式(I)计算Hi1个常规电源点至第k台分布式发电机接入点的转移阻抗z’ ik，以及第k台分布式发电机至故障点的转移阻抗z’ kf ; 4)将叫个常规电源点合并，由式(2)得到第k台分布式发电机的三端网络转移阻抗Zsk、Zsf和Zkf，再代入式(3)可得第k台分布式发电机接入点的计算阻抗和开路电压U。。； 5)按故障时刻t、Z>和Uoc查第k台分布式发电机短路电流运算曲面，得到第k台分布式发电机注入故障点的短路电流周期分量标么值，并由基准参数计算短路电流有名值； 6)若k〈m2,则k= k+Ι后转到步骤3);否则短路计算结束,输出m2台分布式发电机的短路计算结果。
【文档编号】H02J3/38GK103928919SQ201410186256
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】周念成, 王强钢, 谢光莉, 周川 申请人:重庆大学