一种考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算方法及装置与流程

1.本发明属于电力系统故障分析技术领域，尤其涉及一种考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算方法及装置。


背景技术：

2.分布式发电以其环境友好、发电效率高、安装方便等优点，在电力系统中得到了广泛应用。为了应对日益严重的能源危机，尤其以光伏和风电发展最为迅速。当光伏大规模接入配网时，使得配电网由单电源少环网络变成多电源多环网络，传统的配电网短路计算方法将不再适用。传统电网故障分析方法主要基于对称分量法对电网进行故障计算。
3.然而，目前光伏机组类型众多，其结构和接入方式等与传统交流同步电机有较大区别，其短路电流特性发生很大变化。传统短路计算方法已不再适用，当电网出现不对称的故障时，采用传统对称分量法进行计算求解，将会使得计算所得结果与实际结果出现较大偏差。因此，亟须研究一种能够提升含光伏的配网不对称短路计算准确性的计算方法。


技术实现要素：

4.本发明提供一种考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算方法及装置，用于解决提升含光伏的配网不对称短路计算准确性低的技术问题。
5.第一方面，本发明提供一种考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算方法，包括：步骤a：在故障前，利用潮流计算得到含光伏节点在内的各个节点正常运行时的节点电压和注入电流，其中第i个节点正常运行时的电压为正常运行时的电流为注入功率为步骤b：根据诺顿等值将电源等值成电流源，将负荷等值成阻抗，基于建立发生三相不对称短路故障后的等效电路模型计算导纳阵，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程，其中光伏短路计算节点阻抗网络方程的构建具体包括：当发生不对称短路故障的单相接地故障时，假设a相为故障相，此时b、c两相运行方式不变，故障点视为网络中新增加的节点，采用适用于高斯迭代的光伏短路计算的阻抗模拟法将a相节点导纳阵修改为短路电流计算导纳阵ya，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程；当发生不对称短路故障的两相相间短路时，假设b、c两相为故障相，此时a相运行方式不变，将两相相连处视为两个新增故障节点，采用适用于高斯迭代的光伏短路计算的阻抗模拟法将b、c相节点导纳阵修改为短路电流计算导纳阵y
bc
，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程；步骤c：联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取故障短路电流。
6.第二方面，本发明提供一种考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算装置，包括：计算模块，配置为在故障前，利用潮流计算得到含光伏节点在内的各个节点正常运行时的节点电压和注入电流，其中第i个节点正常运行时的电压为正常运行时的电流为注
入功率为构建模块，配置为根据诺顿等值将电源等值成电流源，将负荷等值成阻抗，基于建立发生三相不对称短路故障后的等效电路模型计算导纳阵，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程，其中光伏短路计算节点阻抗网络方程的构建具体包括：当发生不对称短路故障的单相接地故障时，假设a相为故障相，此时b、c两相运行方式不变，故障点视为网络中新增加的节点，采用适用于高斯迭代的光伏短路计算的阻抗模拟法将a相节点导纳阵修改为短路电流计算导纳阵ya，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程；当发生不对称短路故障的两相相间短路时，假设b、c两相为故障相，此时a相运行方式不变，将两相相连处视为两个新增故障节点，采用适用于高斯迭代的光伏短路计算的阻抗模拟法将b、c相节点导纳阵修改为短路电流计算导纳阵y
bc
，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程；迭代模块，配置为联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取故障短路电流。
7.第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算方法的步骤。
8.第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算方法的步骤。
9.本技术的考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算方法及装置，通过构建单相接地短路和两相相间短路各自情况下的导纳矩阵和对应的电压电流表达式，并利用迭代计算推出最终结果，提升了计算的准确性。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本发明一实施例提供的一种考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算方法方法的流程图；
12.图2为本发明一实施例提供的一种考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算装置的结构框图；
13.图3是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
14.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.请参阅图1，其示出了本技术的一种考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算方法的流程图。
16.如图1所示，考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算方法的具体步骤包括：
17.步骤a：在故障前，利用潮流计算得到含光伏节点在内的各个节点正常运行时的节点电压和注入电流，其中第i个节点正常运行时的电压为正常运行时的电流为注入功率为
18.步骤b：根据诺顿等值将电源等值成电流源，将负荷等值成阻抗，基于建立发生三相不对称短路故障后的等效电路模型计算导纳阵，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程。
19.在本实施例中，步骤b1：利用正常网络状态下的节点注入功率和节点电压计算获得节点负荷模拟导纳表示为：
[0020][0021]
式中，y
loadi
为节点i负荷模拟导纳，为节点i注入功率的共轭，为第i个节点正常运行时的电压，节点i正常运行时电压的共轭；
[0022]
等效成负荷导纳后，负荷节点注入电流向量
[0023]
步骤b2：发电机采用诺顿等效模型，发电机等效电抗为xg，则有发电机等效导纳为：
[0024][0025]
式中，yg为发电机等效导纳；
[0026]
步骤b3:当处在单相接地故障时，故障点视为网络中新增加的节点，设置故障点单相接地导纳为yf，将原导纳阵中pq节点自导纳与其负荷模拟导纳加和，短路故障节点再与其接地导纳加和，平衡节点自导纳与其发电机等效电抗加和，得到光伏短路电流导纳阵ya表达式：
[0027][0028]
式中，y
11
为负荷节点1在潮流计算中的自导纳，y
nn
为负荷节点n在潮流计算中的自导纳，为光伏节点1在潮流计算中的自导纳，为光伏节点m和负荷节点n在潮流计算中的互导纳，y
loadn
为节点n的负荷模拟导纳；
[0029]
步骤b4：当处在两相相间故障时，故障相连处视为网络中新增加的线路，同时为线路首末两端设置为两个新的节点，设置两相相间相连处导纳为yf，将原导纳阵中pq节点自导纳与其负荷模拟导纳加和，短路故障节点再与其接地导纳加和，平衡节点自导纳与其发电机等效电抗加和，得到光伏短路电流导纳阵y
bc
表达式：
[0030][0031]
其中，
[0032]
[0033][0034]
式中，y
bfcf
为新增节点间互导纳，其值为-yf，y
cc
＝y
bb
；
[0035]
步骤b5：故障前潮流计算得平衡节点1注入电流为节点电压为发电机采用诺顿等效模型，并将一相模型表示为三相模型，使得计算出一相的发电机输出电流表示为：
[0036]
式中，j为虚部符号，xa为发电机等效电抗；
[0037]
假设短路故障前后发电机输出电流不变，发电机等效电抗xg不变，则故障时发电机一相在平衡节点1注入电流可以表示为：
[0038][0039]
即光伏节点处的注入电流与节点电压的关系式为：
[0040][0041]
式中，为第m个光伏节点的注入电流，为第m个光伏节点的节点电压；
[0042]
步骤b6：单相接地短路情况下，短路计算节点阻抗网络方程表达式为：
[0043][0044]
式中，为a相各个节点电压组成的矩阵，为a相各个节点的电流组成的矩阵；
[0045]
其中，
[0046]
式中，为a相第一个节点的节点电压，为a相故障处节点电压，为a相第m个光伏节点的节点电压，为a相第n个节点的节点电压；
[0047]
两相相间短路的情况下，短路计算节点阻抗网络方程表达式为：
[0048]
[0049]
其中，
[0050]
步骤c：联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取故障短路电流。
[0051]
在本实施例中，步骤c1：新能源电流和电压非线性分段表达式为：
[0052][0053]
[0054]
式中，为光伏节点m的电压模长，为第k-1次迭代后光伏节点m电压的相角，为第k-1次迭代后的光伏节点m的电压模长，为光伏节点m的电流模长，为第k次迭代后光伏节点m输出电流的模长，为光伏节点m的注入电流向量，pvm∈a，b，c相；
[0055]
步骤c2：假设光伏电源输出不变，将故障后解得的各节点短路电压值，设定为高斯迭代短路电流节点导纳方程的电压迭代初值电压迭代公式如下：
[0056][0057]
式中，为第k+1次迭代后第i个节点的电压值，y
ij
为导纳矩阵，为第j个节点第k次迭代后的电流值，i为第i个节点，j为第j个节点，n为节点总数；
[0058]
步骤c3:反复进行迭代计算，直到前后两侧迭代各个节点电压差值小于预设阈值，得到经k次迭代后的节点电压值进而即可根据计算得到各个支路短路电流值，其中为k次迭代后的节点j电压向量，z
ij
为节点i与节点j之间的阻抗，为节点i与节点j之间的注入电流向量。
[0059]
综上，本技术的方法，首先利用潮流计算计算出发电机节点故障前的电压和注入电流，然后利用诺顿等值将电源等值成电流源，将负荷等值成阻抗，建立发生三相不对称短路故障后的等效电路模型，计算导纳矩阵，接着将故障类型分为单相接地与两相相间分别讨论，给出不同的处理方案，再接着在单相接地和两相相间时提供适应各自情况的导纳矩阵，同时在对节点分类处理的基础上，对应不同短路情况，分别给出适应单相接地及两相相间短路的电压电流表达式，最后联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过高斯迭代法求解新能源故障时的电压，进而求取故障短路电流。实现了适用于多个逆变型新能源接入电网时的三相不对称短路电流计算，计算精度高，运算时间短，契合当前电力系统的需求。
[0060]
请参阅图2，其示出了本技术的一种考虑光伏的配网三相不对称短路电流计算装置的结构框图。
[0061]
如图2所示，配网三相不对称短路电流计算装置200，包括计算模块210、构建模块220以及迭代模块230。
[0062]
其中，计算模块210，配置为在故障前，利用潮流计算得到含光伏节点在内的各个节点正常运行时的节点电压和注入电流，其中第i个节点正常运行时的电压为正常运行时的电流为注入功率为
[0063]
构建模块220，配置为根据诺顿等值将电源等值成电流源，将负荷等值成阻抗，基
于建立发生三相不对称短路故障后的等效电路模型计算导纳阵，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程，其中光伏短路计算节点阻抗网络方程的构建具体包括：当发生不对称短路故障的单相接地故障时，假设a相为故障相，此时b、c两相运行方式不变，故障点视为网络中新增加的节点，采用适用于高斯迭代的光伏短路计算的阻抗模拟法将a相节点导纳阵修改为短路电流计算导纳阵ya，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程；当发生不对称短路故障的两相相间短路时，假设b、c两相为故障相，此时a相运行方式不变，将两相相连处视为两个新增故障节点，采用适用于高斯迭代的光伏短路计算的阻抗模拟法将b、c相节点导纳阵修改为短路电流计算导纳阵y
bc
，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程；迭代模块230，配置为联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取故障短路电流。
[0064]
应当理解，图2中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图2中的诸模块，在此不再赘述。
[0065]
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述任意方法实施例中的配网三相不对称短路电流计算方法；
[0066]
作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：
[0067]
在故障前，利用潮流计算得到含光伏节点在内的各个节点正常运行时的节点电压和注入电流，其中第i个节点正常运行时的电压为正常运行时的电流为注入功率为
[0068]
根据诺顿等值将电源等值成电流源，将负荷等值成阻抗，基于建立发生三相不对称短路故障后的等效电路模型计算导纳阵，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程；
[0069]
联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取故障短路电流。
[0070]
计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据配网三相不对称短路电流计算装置的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至配网三相不对称短路电流计算装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0071]
图3是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图3所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器
320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例配网三相不对称短路电流计算方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与配网三相不对称短路电流计算装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
[0072]
上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
[0073]
作为一种实施方式，上述电子设备应用于配网三相不对称短路电流计算装置中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
[0074]
在故障前，利用潮流计算得到含光伏节点在内的各个节点正常运行时的节点电压和注入电流，其中第i个节点正常运行时的电压为正常运行时的电流为注入功率为
[0075]
根据诺顿等值将电源等值成电流源，将负荷等值成阻抗，基于建立发生三相不对称短路故障后的等效电路模型计算导纳阵，并构建适用于高斯迭代的光伏短路计算节点阻抗网络方程；
[0076]
联立新能源节点电压和电流的非线性分段表达式，通过迭代法求解新能源故障时的电流和电压，进而求取故障短路电流。
[0077]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
[0078]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。