电网故障状态下的功率转移求解方法

摘要

本发明涉及一种电网故障状态下的功率转移求解方法。针对装有广域测量系统WAMS的电网，利用叠加原理，用正常运行时的网络状态与只有故障电源作用下的单电源故障附加网络的状态相叠加，从而得到故障线路切除后的网络功率分布，进而可以求出非故障线路上的功率转移量。大量仿真试验结果表明：本方法可以准确的求取电网故障状态下的功率转移量，同时克服以往的潮流求解中容易发生不收敛，无法求解等关键技术问题。本发明提供的电网故障状态下的功率转移求解方法，能有效的求解输电线路故障后转移到非故障线路的功率量，即便是在故障后网络潮流无法收敛的情况下仍然有效。

权利要求

1.一种电网故障状态下的功率转移求解方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：a.电网正常运行时由WAMS采集并记录各节点电压、支路电流及各线路传输功率量；

b.当电网中的输电线路发生单相接地短路故障时，继电保护装置动作切除故障相，同时利用WAMS记录此时的网络潮流及节点电压和支路电流；

c.故障相被切除的单相断线系统的正序网络，根据叠加原理将其分解成正常运行网络和故障附加网络，将单相故障后的网络节点电压和支路电流减去对应的故障前的电压和电流，即可得到故障附加网络的节点电压和支路电流，进而确定电网的节点导纳矩阵；

d.得到电网的节点导纳矩阵后，再利用叠加定理，求取故障线路三相全部被切除后的电网故障附加网络中的各节点电压及支路电流；

e.将所求各节点电压及支路电流与已记录的故障前对应的电压和电流分别相加，即可得到故障线路三相全部被切除后，该电网中的各节点电压及支路电流，进而可以求出电网故障后的功率分布；

f.将所求故障后各线路输送的功率量减去对应线路故障前输送的功率量，即可得出故障线路切除后在各线路上的转移功率量；

g.若故障线路重合于永久性故障，则故障线路的三相被全部切除，该线路原传输的功率转移到其它非故障线路，因此本方法在发生实际功率转移之前，计算出要转移到其他线路上的功率量。

说明书

电网故障状态下的功率转移求解方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统领域，特别是涉及一种电网故障状态下的功率转移求解方法。

背景技术

[0002] 现代电力系统的结构和运行方式越来越复杂多变，从而增加了系统性事故和导致大面积停电的几率。当输电线路发生故障退出运行后，由于短时间内系统电源出力不会发生变化，因此原本在发生故障的线路上承载的功率必将转移到网络中的其他线路上。如果转移到正常线路上的功率使得该线路上的实际功率超过了其额定输送容量，则有可能导致该线路也退出运行，从而可能引发更严重的连锁故障。

[0003] 在这种情况下如果在故障线路退出运行前就能知道切除该线路后转移到其他线路上的功率，就可以尽快采取相应措施，如切负荷控制，从而避免系统状态的进一步恶化。转移功率其实是不同时刻电网潮流的差异，目前典型方式下求解潮流的基本方法有高斯-塞德尔迭代法、牛顿-拉夫逊法、P-Q分解法等。如国内文献“类型扩展潮流计算的研究及应用”(《电网技术》2003年27卷第11期第25页)给出的潮流计算方法以及其他一些潮流计算程序，无论采用哪种方法，它们都是基于使潮流发散变为收敛，恢复潮流解后才能得知转移功率量的多少，因此具有一定的滞后性，无法应用于电网故障状态下的实时功率转移求解。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种电网故障状态下的功率转移求解方法，该方法能在故障线路被切除前而预先求出该线路被切除后转移到其它线路上的功率量，为预防连锁故障提供控制依据。

[0005] 本发明可以通过以下技术方案来加以实现：对装有广域测量系统WAMS(Wide Area Measurement System)的电网系统，其故障状态下的功率转移求解方法包括以下步骤：

[0006] a.电网正常运行时由WAMS采集并记录各节点电压、支路电流及各线路传输功率量；

[0007] b.当电网中的输电线路发生单相接地短路故障时，继电保护装置动作切除故障相，同时利用WAMS记录此时的网络潮流及节点电压和支路电流；

[0008] c.故障相被切除的单相断线系统的正序网络，根据叠加原理将其分解成正常运行情况和故障附加分量两部分，故障附加网络中各电源的电势均短接，只有故障口存在故障分量电流源。将单相故障后的网络节点电压和支路电流减去对应的故障前的电压和电流，即可得到单相故障附加网络的节点电压和支路电流，进而确定电网的结构参数；

[0009] d.得到电网结构参数后，再利用叠加定理，求取故障线路三相全部被切除后，该电网故障附加网络的各节点电压及支路电流；

[0010] e.将电网故障附加网络的各节点电压及支路电流与已记录的故障前对应的电压和电流分别相加，即可得到故障线路三相全部被切除后，该电网中的各节点电压及支路电流，进而可以求出电网故障后的功率分布；

[0011] f.将所求故障后各线路输送的功率量减去对应线路故障前输送的功率量，即可得出故障线路切除后在各线路上的转移功率量；

[0012] g.若故障线路重合于永久性故障，则其三相全部切除，该线路原传输的功率转移到其它非故障线路。因此本方法可在发生实际的功率转移之前，计算出将转移到其他线路上的功率量。

[0013] 本发明所提供的电网故障状态下的功率转移求解方法，其依据是利用叠加原理，用正常运行时的网络状态与只有故障电源作用下的单电源故障附加网络的状态相叠加，从而得到故障线路切除后的节点电压、支路电流及网络功率分布，进而可以求出非故障线路上的功率转移量。

附图说明

[0014] 图1为本发明提供的线路单相故障相被切除后的正序网络示意图。

[0015] 图2为本发明提供的线路单相故障相被切除后的正序网络的分解示意图。

[0016] 图3为本发明提供的网络接线示意图。

[0017] 图4为本发明提供的支路电流源替代示意图。

[0018] 图5为本发明提供的支路断线的电流源等值模型示意图。

[0019] 图6为本发明提供的断线后的故障附加网络示意图。

具体实施方式

[0020] 以下结合附图对本发明作进一步描述。

[0021] 本发明提供的电网故障状态下的功率转移求解方法，其具体实施方式为：

[0022] 第一步，电网正常运行时由WAMS采集并记录网络潮流及各节点电压、支路电流及各线路传输功率量；

[0023] 第二步，参考附图3，如输电线路ij发生单相接地短路故障时，保护动作切除故障相，并利用WAMS记录此时的网络潮流及节点电压和支路电流；

[0024] 第三步，针对该单相故障的正序网络，参考附图2，根据叠加原理可将其分解成正常情况和故障附加分量两部分(叠加原理：在线性电路中，任一支路的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流(或电压)的代数和)。其中故障附加网络中各电源的电势均短接，只有故障口存在故障分量电流源。将单相故障后的网络节点电压和支路电流减去对应的故障前的电压和电流，即可得到故障附加网络的节点电压和支路电流，进而可以确定电网的结构参数，即其节点导纳矩阵。在附图3中，设该网络具有n个节点，则其节点导纳矩阵Yn形式如下所示：

[0025]

[0026] 第四步，得到电网结构参数后，参考附图4和附图5，再利用叠加定理，求取故障线路ij三相全部被切除后，该电网单相故障附加网络中的各节点电压及支路电流。

[0027] 第五步，将所求各节点电压及支路电流与已记录故障前对应的电压和电流分别相加，即可得到故障线路ij三相全部被切除后，该电网中的各节点电压及支路电流，进而可以求出电网故障后的功率分布；

[0028] 第六步，将所求故障后各线路输送的功率量减去对应线路故障前输送的功率量，即可得到故障线路切除后在各线路上的转移功率量；

[0029] 第七步，若故障线路重合于永久性故障，则线路ij三相全部切除，该线路原传输的功率转移到其它非故障线路。因此本方法可在发生实际的功率转移之前，计算出将转移到其他线路上的功率量。

[0030] 由于电力系统是一个动态系统，其结构参数随着系统不同的运行状态而不同，因此本发明利用线路故障重合闸期间实测的正序数据求取网络结构参数。参照附图1中线路单相故障相被切除后的正序网络示意图，其中m和n等为电源节点，断相处的正序电流用两个并联的理想电流源代替，其中一个电流源为正常运行时的正序电流 另一个电流源为 称为断相处正序电流的故障分量。根据叠加原理可将其分解成附图2所示的正常情况和故障附加分量两部分，在故障分量的网络中，各电源的电势均短接，只有短路线路加有电流为 的电源。通过实测得到单相接地故障前后两种状态下的电气量(节点电压和支路电流)参数后，将故障后的电气量减去对应故障前的电气量即可得到故障附加网络的电气量，进而可以方便的求取电网结构参数。此法能够更加真实的还原实际系统的实时状态，从而为利用叠加定理求取功率转移提供准确依据。

[0031] 参考附图3，任何电力网络都可以看成是一个含源二端口网络，当正常运行时任意相关联节点i和j之间都会传输一定的功率。根据替代定理，电路中的任何一个二端元件，在一般情况下，可以根据其电流，用一个电流源代替，此电流源的电流函数表达式和参考方向与原二端元件中的电流相同。这样代替后不致影响电路中各支路的电流和电压的唯一解。在附图4中，节点i和j之间可以用一大小为Is＝Iij的电流源等值。如果支路ij退出运行，其边界条件为 在附图5中，根据叠加定理，可以在支路两端并联一电流源，其电流大小等于支路故障前通过的电流大小，方向相反。在附图6中，网络N0就是当电流源 单独作用时的故障附加分量网络。

[0032] 大量仿真试验结果表明：本方法可以准确的求取电网故障状态下的功率转移量，同时克服以往的潮流求解中容易发生不收敛，无法求解等关键技术问题。

[0033] 本发明提供的电网故障状态下的功率转移求解方法，能有效的求解输电线路故障后转移到非故障线路的功率量，即便是在故障后网络潮流无法收敛的情况下仍然有效。