一种含逆变器接口电源电力系统的短路电流计算方法技术方案

本发明专利技术涉及一种含逆变器接口电源电力系统的短路电流计算方法，包括以下步骤：1)获取电力系统正常运行的节点导纳矩阵Y；2)根据第i节点的类型修改节点导纳矩阵Y，获取新的节点导纳矩阵Y′；3)根据新的节点导纳矩阵Y′求逆得到节点阻抗矩阵Z′；4)根据节点阻抗矩阵Z′计算带有短路故障节点f的故障节点阻抗矩阵Z；5)计算带有故障节点f的节点阻抗矩阵的节点电压；6)；计算所有与短路故障节点f相连的支路的电流7)计算短路故障节点f的短路电流与现有技术相比，本发明专利技术具有方法先进、计算准确等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种含逆变器接口电源电力系统的短路电流分析方法
本专利技术涉及电力领域，尤其是涉及一种含逆变器接口电源电力系统的短路电流分析方法。
技术介绍
现代社会随着经济发展，用电需求不断增长。而传统的一次能源资源越来越枯竭。面对能源缺乏、气候变化和环境污染等问题，发展环境友好的新能源与可再生能源已成为世界各国的共同选择，如：风力、太阳能、燃料电池、海洋能、地热发电等。利用这些能源发电，其电频率通常有别于现有电网50Hz的工作频率，需要通过逆变器与电网相连。由于逆变器的构造和工作原理与传统同步发电机截然不同，当电网运行中发生短路时，通过逆变器并网的电源提供的短路电流其特性也将不同于传统的发电机。对于容量小的逆变器电源发生短路，逆变器的保护将立即动作切除逆变器以保护其自身不被损坏；而容量比较大的逆变器电源通常被要求具有低电压穿越功能，即短路后仍然并网运行，以给电网提供电压支撑，提高系统运行的稳定性。因此具有低电压穿越功能的逆变器短路过程中的动态特性，不但会影响电力系统短路电流的特性和大小，还影响到短路电流计算的方法，使传统的电力系统短路电流计算方法不能适用于含逆变器电源的系统短路电流计算。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法先进、计算准确的含逆变器接口电源电力系统的短路电流分析方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种含逆变器接口电源电力系统的短路电流分析方法，包括以下步骤：1)将逆变器电源作为PQ节点，进行常规潮流计算，获取电力系统正常运行的节点导纳矩阵Y为：其中，Yii为节点i的自导纳，Yin为节点i对于节点n的互导纳；2)根据第i节点的类型修改节点导纳矩阵Y，获取新的节点导纳矩阵Y′：当第i节点连接传统电源，传统电源的内阻抗为Zi时，则有：当第i节点连接负荷节点，负荷节点的功率为SLDi时，则有：其中，SLDi互为共轭，Vi为第i节点的电压值；当第i节点连接逆变器接口电源时，则有：Y′ii＝Yii；3)根据新的节点导纳矩阵Y′求逆得到节点阻抗矩阵Z′，节点阻抗矩阵Z′的计算式为：Z′＝(Y′)-1其中，Z′ii为节点i的自阻抗，Z′in为节点i对于节点n的互阻抗；4)根据节点阻抗矩阵Z′计算带有短路故障节点f的故障节点阻抗矩阵Z，所述的故障节点阻抗矩阵Z各元素Zij的计算式为：其中，Zf为短路故障节点f的故障阻抗，Zff为短路故障节点f的自阻抗；Z′if为短路故障节点f与节点i之间的互阻抗，Z′fj为短路故障节点f与节点j之间的互阻抗；5)根据带有短路故障节点f的故障节点阻抗矩阵Z，计算对应的节点电压方程，所述的节点电压方程为：即：其中，为带有短路故障节点f的电力系统节点电压矩阵，为带有短路故障节点f的电力系统节点注入电流矩阵；6)计算所有与短路故障节点f相连的支路的短路电流的计算式为：其中，Zkf为相连节点k到短路故障节点f的k-f支路的支路阻抗，为短路故障节点f短路时节点k的电压，为短路故障节点f的短路电压；7)根据与短路故障节点f相连的所有支路短路电流计算短路故障节点f的短路电流的计算式为：其中，m为与短路故障节点f相连的支路数。所述的步骤2)中，当第i节点连接传统电源，传统电源的内阻抗为Zi时，则有：当第i节点连接负荷节点，负荷节点的功率为SLDi时，则有：其中，SLDi互为共轭，Vi为第i节点的电压值；当第i节点连接逆变器接口电源时，则有：Y′ii＝Yii。所述的步骤5)中，当第i节点连接传统电源，传统电源的内阻抗为Zi时，则有：其中，为传统电源次暂态电势；当第i节点连接逆变器接口电源时，则有：其中，INi为该逆变器的额定输出电流，为短路前正常运行时输出电流相位，γi为短路后输出电流与短路前输出电流的相位差；当节点i为发生短路故障的节点f或负荷节点时，则有：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、方法先进，本专利技术忽略逆变器电源短路后快速的限流动态，将逆变器电源看作短路前后稳态电流发生突变的恒流源来计算短路电流周期分量，因此改进了传统短路电流计算方法，使其能适应计算含逆变器电源电网的短路电流。二、计算准确，本专利技术提出的改进方法在短路点距逆变器电源较近和较远时，用本专利技术方法计算所得的短路点短路电流误差百分比很小，在可接受的范围内。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为33节点网络结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例如图1所示，一种含逆变器接口电源电力系统的短路电流分析方法，包括以下步骤：1)将逆变器电源作为PQ节点，进行常规潮流计算，获取电力系统正常运行的节点导纳矩阵Y为：其中，Yii为节点i的自导纳，Yin为节点i对于节点n的互导纳；2)根据第i节点的类型修改节点导纳矩阵Y，获取新的节点导纳矩阵Y′，当第i节点连接传统电源，传统电源的内阻抗为Zi时，则有：当第i节点连接负荷节点，负荷节点的功率为SLDi时，则有：其中，SLDi互为共轭，Vi为第i节点的电压值；当第i节点连接逆变器接口电源时，则有：Y′ii＝Yii。3)根据新的节点导纳矩阵Y′求逆得到节点阻抗矩阵Z′，节点阻抗矩阵Z′的计算式为：Z′＝Y-1其中，Z′ii为节点i的自阻抗，Z′in为节点i对于节点n的互阻抗；4)根据节点阻抗矩阵Z′计算带有短路故障节点f的(故障电阻Zf)故障节点阻抗矩阵Z，所述的故障节点阻抗矩阵Z各元素Zij的计算式为：其中，Zf为短路故障点f的故障阻抗，Zff为短路故障节点f的自阻抗；Z′if为短路故障节点f与节点i之间的互阻抗，Z′fj为短路故障节点f与节点j之间的互阻抗；5)根据带有短路故障节点f的故障节点阻抗矩阵Z，计算对应的节点电压方程，所述的节点电压方程为：即：其中，为带有短路故障节点f的电力系统节点电压，为带有短路故障节点f的电力系统节点注入电流；当第i节点连接传统电源，传统电源的内阻抗为Zi时，则有：其中，为该电源次暂态电势；当第i节点连接逆变器接口电源时，则有：其中，INi为该逆变器的额定输出电流，为短路前正常运行时输出电流相位，γi为短路后输出电流与短路前输出电流的相位差；当节点i为发生短路故障的节点f或负荷节点时，则有：6)计算所有与短路故障节点f相连的支路的短路电流的计算式为：其中，Zkf为相连节点k到短路故障节点f的k-f支路的支路阻抗，为短路故障节点f短路时节点k的电压，为短路故障节点f的短路电压；7)根据与短路故障节点f相连的所有支路短路电流计算短路故障节点f的短路电流的计算式为：其中，m为与短路故障节点f相连的支路数。根据上述改进方法，对图2所示的含有分布式电源的33节点配电网进行了短路电流计算，以便改进方法与传统方法进行实效对比。该配电网不计网损时总负荷为3715+j2300kVA。0号节点为电力系统等值节点，在潮流计算中设为平衡节点，在短路电流计算中等效为带有内电抗的电势源。设该点短路时系统侧短路电流为10kA，取基准功率为1MVA、基准电压为12.66kV，则该点系统等值电抗标幺值为；第17号节点设为分布式电源节点，可为传统的旋转电机(同步发电机或异步发电机)电源也可为逆变器电源。当为旋转电机时，其次暂态电抗为，额定功率为3200+j640kVA，次暂态电抗折算到统一基值下的标幺值为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含逆变器接口电源电力系统的短路电流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将逆变器电源作为PQ节点，进行常规潮流计算，获取电力系统正常运行的节点导纳矩阵Y为：Y=Yl1...Yli...Y1n...............Yi1...Yii...Yin...............Ynl...Yni...Ynn]]>其中，Yii为节点i的自导纳，Yin为节点i对于节点n的互导纳；2)根据第i节点的类型修改节点导纳矩阵Y，获取新的节点导纳矩阵Y′；3)根据新的节点导纳矩阵Y′求逆得到节点阻抗矩阵Z′，节点阻抗矩阵Z′的计算式为：Z′＝Y‑1Z′=Zt1′...Zli′...Z1n′...............Zi1′...Zii′...Zin′...............Zn1′...Zni′...Znn′,]]>其中，Z′ii为节点i的自阻抗，Z′in为节点i对于节点n的互阻抗；4)根据节点阻抗矩阵Z′计算带有短路故障节点f的故障节点阻抗矩阵Z，所述的故障节点阻抗矩阵Z各元素Zij的计算式为：Zij=Zij′-Zif′Zfj′Zff+Zf,(i,j=1,2,...,n),]]>其中，Zf为短路故障点f的故障阻抗，Zff为短路故障节点f的自阻抗；Z′if为短路故障节点f与节点i之间的互阻抗，Z′ff为短路故障节点f与节点j之间的互阻抗；5)根据带有短路故障节点f的故障节点阻抗矩阵Z，计算对应的节点电压方程，所述的节点电压方程为：V·t=ZI·t]]>即：V·1...V·f...V·n=Z11...Z1i...Z1n...............Zf1...Zff...Zfn...............Zn1...Znf...ZnnI·1...I·f...I·n]]>其中，为带有短路故障节点f的电力系统节点电压，为带有短路故障节点f的电力系统节点注入电流；6)计算所有与短路故障节点f相连的支路的短路电流的计算式为：I·kf=V·k-V·fZkf,]]>其中，Zkf为相连节点k到短路故障节点f的k‑f支路的支路阻抗，为短路故障节点f短路时节点k的电压，为短路故障节点f的短路电压；7)根据与短路故障节点f相连的所有支路短路电流计算短路故障节点f的短路电流的计算式为：I·f=ΣmI·kf,]]>其中，m为与短路故障节点f相连的支路数。...

【技术特征摘要】
1.一种含逆变器接口电源电力系统的短路电流分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将逆变器电源作为PQ节点，进行常规潮流计算，获取电力系统正常运行的节点导纳矩阵Y为：其中，Yii为节点i的自导纳，Yin为节点i对于节点n的互导纳；2)根据第i节点的类型修改节点导纳矩阵Y，获取新的节点导纳矩阵Y′：当第i节点连接传统电源，传统电源的内阻抗为Zi时，则有：当第i节点连接负荷节点，负荷节点的功率为SLDi时，则有：其中，SLDi互为共轭，Vi为第i节点的电压值；当第i节点连接逆变器接口电源时，则有：Y′ii＝Yii；3)根据新的节点导纳矩阵Y′求逆得到节点阻抗矩阵Z′，节点阻抗矩阵Z′的计算式为：Z′＝(Y′)-1其中，Z′ii为节点i的自阻抗，Z′in为节点i对于节点n的互阻抗；4)根据节点阻抗矩阵Z′计算带有短路故障节点f的故障节点阻抗矩阵Z，所述的故障节点阻抗矩阵Z各元素Zij的计算式为：其中，Zf为短路故障节点f的故障阻抗，Zff为短路故障节点f的自阻抗；Z′if为短路故障节点f与节点i之间的互阻抗，Z′fj为短路故障节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁海生，丁一波，吕征宇，李帆，曹炜，杜公言，王永志，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，国网上海电力设计有限公司，上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31