一种短路电流计算等效负荷模型建立方法与流程

1.本发明涉及一种短路电流计算方法。


背景技术：

2.在电力系统的规划设计中，进行电力系统设备容量参数选择、系统安全校验以及保护装置定值设置，均需要进行短路电流计算；单纯交流系统的短路电流计算基本理论和方法经过多年的研究已经非常成熟，但是不同计算目的采用的边界条件具有较大的差异，得出的计算结果也不尽相同，若采用不同的计算方法、计算程序或负荷模型，均有可能导致计算结果存在差异，不利于规划与运行衔接，甚至影响到短路电流超标的判断标准，使得电网决策的优化效果较差。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有的短路电流计算采用的边界条件具有较大的差异，使得电网决策优化效果差的问题，提出了一种短路电流计算等效负荷模型建立方法。
4.本发明所述的一种短路电流计算等效负荷模型建立方法包括以下步骤：
5.步骤一、确定电力系统短路电流计算标准；
6.步骤二、确定电力系统短路电流计算方法；
7.步骤三、根据步骤一确定的电力系统短路电流计算标准，并结合步骤二确定的电力系统短路电流计算方法，得出电力系统建模方式；
8.步骤四、根据步骤三得出的电力系统建模方式建立电网不同比例感应电动机的配网电磁暂态仿真模型；
9.步骤五、通过电流曲线匹配将步骤四建立的配网电磁暂态仿真模型等值为等效电磁暂态仿真模型；
10.步骤六、以步骤四建立的配网电磁暂态仿真模型为基础，通过调整感应电动机的转子电阻参数和定子电阻参数，实现调整步骤五中等效电磁暂态仿真模型的短路电流的交流分量和直流分量衰减速度；通过调整感应电动机的比例实现调整步骤五中等效电磁暂态仿真模型的峰值电流大小；达到短路电流的全波形匹配，生成等效负荷模型。
11.本发明的有益效果是：本发明提出了一种等效负荷模型建立方法，确定了各变电站等效感应电动机比例，并结合电力系统的实际运行情况进行电网短路电流计算，通过对比分析该方法的计算结果与调度算法、规划算法计算结果的差异，为短路电流计算标准的确定提供合理的参考意见，使得电网决策的优化效果具有显著提高。
附图说明
12.图1为具体实施方式一所述的一种短路电流计算等效负荷模型建立方法流程图。
具体实施方式
13.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种短路电流计算等效负荷模型建立方法包括以下步骤：
14.步骤一、确定电力系统短路电流计算标准；
15.步骤二、确定电力系统短路电流计算方法；
16.步骤三、根据步骤一确定的电力系统短路电流计算标准，并结合步骤二确定的电力系统短路电流计算方法，得出电力系统建模方式；
17.步骤四、根据步骤三得出的电力系统建模方式建立电网不同比例感应电动机的配网电磁暂态仿真模型；
18.步骤五、通过电流曲线匹配将步骤四建立的配网电磁暂态仿真模型等值为等效电磁暂态仿真模型；
19.步骤六、以步骤四建立的配网电磁暂态仿真模型为基础，通过调整感应电动机的转子电阻参数和定子电阻参数，实现调整步骤五中等效电磁暂态仿真模型的短路电流的交流分量和直流分量衰减速度；通过调整感应电动机的比例实现调整步骤五中等效电磁暂态仿真模型的峰值电流大小；达到短路电流的全波形匹配，生成等效负荷模型。
20.在本实施方式中，短路电流计算标准包括国际标准和国内标准；其中，国际标准包括国际电工委员会制定的iec系列标准及电气和电子工程师协会制定的ieee标准；国内标准包括国家标准、行业标准和企业标准；由于各标准遵循的计算方法及适用范围不同，因此对于负荷的处理方式也各不相同，具体对比国内外相关标准如表1所示；
21.表1国内外短路电流计算标准比较
[0022][0023]
在本实施方式中，所述步骤二中电力系统短路电流计算方法包括psasp算法、psd-bpa算法和国标算法；
[0024]
所述psasp算法取电势e
″
＝1.0，计算得出开路电压；考虑并联无功补偿；考虑线路充电功率；忽略负荷；考虑线路和变压器电阻；变压器按实际变比考虑；开路电压偏高；等值阻抗偏大；忽略感应电动机贡献；
[0025]
所述psd-bpa算法电压系数取1.1；忽略静态负荷；忽略感应电动机负荷；忽略并联无功补偿；忽略线路充电功率；考虑支路电阻；变压器标准变比；忽略感应电动机贡献；
[0026]
所述国标算法电压系数取1.1；忽略并联无功补偿；忽略线路充电功率；考虑线路和变压器电阻；变压器标准变比；考虑感应电动机负荷。
[0027]
因此，在开路电压选择、无功补偿、电动机负荷等边界条件的选择方面存在诸多差
异；边界条件的差异，使得计算结果差异很大。
[0028]
在本实施方式中，步骤四中建立的不同比例感应电动机分为三类；第一类为中压工业感应电动机，其中，中压的取值范围为：6kv至10kv；第二类为380v工业感应电动机；第三类为380v商业居民空调感应电动机。
[0029]
在本实施方式中，步骤四中感应电动机比例系数的计算方法为：
[0030]
f(x,y)＝a+x
×
b+y
×c[0031]
其中，f(x,y)为感应电动机系数；a为中压工业感应电动机比例；b为380v工业感应电动机比例；c为380v商业居民空调感应电动机比例；x为380v工业感应电动机折算系数；y为380v商业居民空调感应电动机折算系数；中压工业感应电动机比例折算系数为1.0；
[0032]
所述a、b、c通过负荷调研统计得到；x、y通过电磁暂态仿真分析获得。
[0033]
在本实施方式中，以某地区的电网典型负荷场景为例进行说明；
[0034]
考虑到某地区200余座电场站逐一建模的繁复性，选取20个典型220kv负荷站进行调研，根据各场站的感应电动机比例进行场景分类；不同地区的感应电动机比例分配不同，同一地区，其感应电动机比例分配也不完全一致；依据电网数据结果，20座变电站的感应电动机平均比例为30％左右；因此，当调研结果中，中、低压工业感应电动机总和小于30％时，认为该场站的中、低压工业感应电动机与低压商业空调感应电动总比例即为30％，则空调感应电动机为30％与工业感应电动机总和之差，其他为恒定阻抗；工业感应电动机总和大于30％，空调感应电动机按0，其他为恒定阻抗负荷。
[0035]
根据调研结果，某地区配电网220kv有三种供电形式：220/110/10kv、220/110/35kv、220/66/10kv；对某地区20座典型220kv变电站负荷类型进行分类，划分为10个场景，感应电动机比例分配如表2所示。
[0036]
表2某地区电网典型负荷场景
[0037][0038]
其中，负荷总量120mw；变压器、线路负载率50％；感应电动机负载率0.4。
[0039]
线路平均供电半径调研结果(取算数平均值)如表3所示；
[0040]
表3某地区电网线路平均供电半径
[0041][0042]
根据电网结构及负荷模型调研结果，建立相关区域典型电磁暂态负荷模型，求取适用于短路电流计算的负荷模型及比例，按照研究结果在pscad程序中进行感应电动机负荷建模，并搭建短路电流计算数据。
[0043]
以场景10为例，依据电网实际情况设置主变参数、供电半径、恒定阻抗、发电机参数等信息，构建包含不同电压等级配电网的仿真计算网络详细模型，按照实际供电负荷分布情况给定各负荷的感应电动机比例，并将详细模型等值为110kv(或66kv)等效电磁暂态仿真模型；通过调整感应电动机比例匹配等效模型的峰值电流，通过调整定子电阻匹配直流分量衰减速度，通过调整转子电阻匹配交流分量衰减速度；通过拟合详细负荷模型与等效负荷模型短路全电流波形，确定各站点等效模型感应电动机参数及比例。
[0044]
据全电流匹配方法进行匹配，得到10个典型场景的等效模型与比例，结果如表4所示。
[0045]
表4典型场景的等效模型参数与比例
[0046]
场景定子电阻定子电抗激磁电抗转子电阻感应电动机比例(％)10.0290.183.500.00819.0％20.0210.183.500.01117.8％30.0240.183.500.01414.2％40.0220.183.500.00558.4％50.0290.183.500.01024.1％60.0280.183.500.01911.4％70.0280.183.500.01026.7％80.0220.183.500.01033.0％90.0500.183.500.02011.3％100.0200.183.500.00931.7％
[0047]
以某地区电网计算数据为基础，采用三种不同算法进行计算，分别为调度方法、规划方法、新方法；某地区电网负荷模型由恒定阻抗和感应电动机负荷组成，其中，调度方法考虑感应电动机负荷，负荷模型为70％恒定阻抗、30％感应电动机负荷；规划算法考虑感应电动机负荷，负荷模型为50％恒定阻抗、50％感应电动机负荷；新方法采用的负荷模型感应电动机比例通过上述方法建立等效感应电动机模型确定。
[0048]
综合对比不同方法的计算结果，规划算法计算值大于新方法计算值大于调度方法计算值，即感应电动机负荷比例越高，短路电流值也随之越大。因此，在进行短路电流计算时，感应电动机负荷模型的确定应做慎重考虑，建议采取新方法，选择考虑实际感应电动机负荷模型的计算结果更为合理。
[0049]
不同的计算边界和计算标准对短路电流计算结果有着不同程度的影响，短路电流计算结果对负荷模型较为敏感，不同感应电动机比例对短路电流计算结果影响较大。随着感应电动机负荷比例的增加，短路电流计算结果也随之增大。因此，在短路电流计算过程中，应根据地区电网实际情况，建立合理的负荷模型，尽可能缩小与实际电网间的差异，有
益于电网的决策与规划。