一种电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法及系统技术方案

本申请涉及一种电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法、系统及设备，该方法包括获取电力系统在发生短路故障的短路全电流曲线并从短路全电流曲线中提取极值点数据；根据极值点数据并采用包络线方式的三次样条插值处理得到包络线平均曲线；采用非线性最小二乘法拟合方式对包络线平均曲线进行拟合处理得到拟合曲线并从拟合曲线中提取m个短路电流直流分量峰值和衰减时间常数。该方法通过包络线方式三次样条插值对曲线数据进行处理得到包络线平均曲线，通过非线性最小二乘法对包络线平均曲线拟合处理获得特征参数，具有一定的抗干扰能力，由于所选非线性最小二乘法拟合的非线性函数表达式与短路电流直流分量的形式一致，该方法能够排除谐波影响。该方法能够排除谐波影响。该方法能够排除谐波影响。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法及系统


[0001]本申请涉及电力系统短路电流
，尤其涉及一种电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]短路电流直流分量衰减变慢，将增大短路冲击电流、短路全电流以及断路器需要开断电流的直流分量含量等，对电网中某些断流容量裕度很小的断路器是否能按配置要求及时开断短路电流是严峻的考验，给电力系统安全运行埋下了隐患。
[0003]目前对短路电流计算的关注主要集中在短路电流周期分量的计算方面，实际工程应用中对短路电流中的直流分量及其衰减缺乏应有的重视，对直流分量衰减的计算一直缺乏工程上简单实用的方法和工具。因此，亟需利用电磁暂态仿真精确计算短路电流直流分量，提出短路电流直流分量的实用计算算法。
[0004]对于由无限大功率电源供电电网的三相对称电路，假设在t＝0时刻发生三相对称短路，电力系统中短路电流直流分量的表达式为式中，α为电网的电压初始角，I
m
为电网正常工作时的电流周期分量幅值，为电网正常工作时回路阻抗角，i
p
为短路电流的强制分量，是由电源电动势作用产生的，与电源电动势有相同的变化规律，其幅值在暂态过程中保持不变，由于此分量是按照正弦规律周期变化的，故又称为周期分量；I
pm
为短路电流周期分量的幅值；为短路回路的阻抗角；i
np
为短路电流的自由分量，与外加电源无关，因电感回路中电流不能突变产生，且随时间而衰减至零，所以这是一个依指数规律而衰减的电流，通常称为直流分量、非周期分量；τ为短路回路的时间常数，是短路回路电感L与电阻R的比值(L/R)，它的大小反映自由分量衰减的快慢。由电力系统中短路电流直流分量的表达式可以看出，短路电流直流分量的起始值与电源电压的初始相角、短路前回路中的电流值相关；衰减时间与短路发生时运行方式及网架结构有关。
[0005]现有对短路电流数据的考核主要聚焦在计算周期分量上，反而忽略了直流分量与衰减时间常数的影响，且没有对其影响程度作出一个量化的分析。近年来，随着特高压输电工程的发展，为了降低输电损耗，特高压输电工程中的发电机、变压器容量逐步增大，输电线路电阻进一步减小，导致短路点等效电力系统的电抗电阻比越来越大，直流分量衰减时间常数随之增大，短路电流直流分量对电网的影响日益突出。在短路故障下，使短路电流直流分量衰减速度越来越慢，对断路器实际开断能力的影响也越来越明显。直流分量超标严重影响着高压断路器的短路开断能力，因此直流时间常数的计算与评估对电网的优化设计和安全运行尤为重要，只有准确计算出与短路节点相连的各断路器支路上随时间衰减的短路电流直流分量，才可以为断路器开断能力的校核提供有效依据。
[0006]目前能够通过量测或电磁暂态仿真(如EMTP)方式得到电网的短路电流全电流时域数值解，然后需要通过直流分量的提取方法获取直流分量数值解，常用的计算方法有递
推富氏法、改进全波傅氏法、滤波算子法、小波分析法、积分差分法、包络线法等方法。递推富氏法通过应用不同数据窗的递推富氏算法来消除衰减非周期分量，通过运算前后数据相减可以得出衰减的直流分量。改进全波傅氏法通过对全波傅氏算法中直流分量引起的误差进行分析与补偿，进一步得到衰减直流分量。滤波算子法通过引入一组滤波算子来消除基波和谐波分量从而计算出衰减的直流分量。小波分析法是通过小波变换来分离短路电流中直流分量和周期分量。但上述几种计算方法均需要复杂的运算，且部分算法还有一定的误差。特别地，这几种计算方法不能有效的计算直流分量特征参数随时间变化的短路电流波形。积分差分法通过利用三角函数具有在任意周波内积分都等于零和在间隔周期为T的两个点数值相等的特征提取直流分量，但是该积分差分法对短路电流全电流时域数值解的精度要求较高，在存在谐波扰动时具有一定的局限性。包络线法的基本思路是提取短路电流全电流时域数值解的极大值与极小值，将曲线的峰谷点分别连接可以得到上下两条包络线，上下包络线求平均即可获得波形中的直流分量，但由于直流分量衰减较快，峰谷点较少，导致得到的结果不准确。

技术实现思路

[0007]本申请实施例提供了一种电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法、系统及设备，用于解决现有采用包络线法计算短路电流直流分量方式由于直流分量衰减较快，故障初期峰谷点较少，导致计算的结果误差大且可能受谐波和扰动影响的技术问题。
[0008]为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：
[0009]一种电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法，包括以下步骤：
[0010]获取电力系统在发生短路故障的短路全电流曲线并从所述短路全电流曲线中提取极值点数据；
[0011]根据所述极值点数据并采用包络线方式的三次样条插值处理，得到包络线平均曲线；
[0012]采用非线性最小二乘法拟合方式对所述包络线平均曲线进行拟合处理，得到拟合曲线并从所述拟合曲线中提取m个短路电流直流分量峰值和与每个所述短路电流直流分量峰值对应的衰减时间常数；
[0013]其中，m为与电力系统故障点连接的电网支路数量，且m为大于0的自然数。
[0014]优选地，该电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法包括：根据m个所述短路电流直流分量峰值和m个所述衰减时间常数确定电力系统在发生短路故障的总衰减时间常数。
[0015]优选地，根据m个所述短路电流直流分量峰值和m个所述衰减时间常数确定电力系统在发生短路故障的总衰减时间常数包括：
[0016]根据m个所述短路电流直流分量峰值计算，得到电力系统故障点对地的总短路电流直流分量峰值；
[0017]根据m个所述短路电流直流分量峰值、m个所述衰减时间常数和总短路电流直流分量峰值计算，获得电力系统在发生短路故障的总衰减时间常数。
[0018]优选地，根据m个所述短路电流直流分量峰值、m个所述衰减时间常数和总短路电流直流分量峰值采用衰减公式计算，获得电力系统在发生短路故障的总衰减时间常数，所
述衰减公式为：
[0019][0020]式中，t为计算T
∑
这个参数的故障时刻，I
x
为第x个短路电流直流分量峰值，T
x
为第x个衰减时间常数，I
K
为总短路电流直流分量峰值，T
∑
为总衰减时间常数。
[0021]优选地，采用非线性最小二乘法拟合方式对所述包络线平均曲线进行拟合处理，得到拟合曲线并从所述拟合曲线中提取m个短路电流直流分量峰值和与每个所述短路电流直流分量峰值对应的衰减时间常数包括：
[0022]获取所述包络线平均曲线上每个时刻数据以及与所述每个时刻数据对应的电流数据；
[0023]根据所述时刻数据、所述电流数据和非线性函数对非线性拟合的目标函数进行迭代优化，得到m个短路电流直流分量峰值和与每个所述短路电流直流分量峰值对应的衰减时间常数；
[0024]并根据m个短路电流直流分量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取电力系统在发生短路故障的短路全电流曲线并从所述短路全电流曲线中提取极值点数据；根据所述极值点数据并采用包络线方式的三次样条插值处理，得到包络线平均曲线；采用非线性最小二乘法拟合方式对所述包络线平均曲线进行拟合处理，得到拟合曲线并从所述拟合曲线中提取m个短路电流直流分量峰值和与每个所述短路电流直流分量峰值对应的衰减时间常数；其中，m为与电力系统故障点连接的电网支路数量，且m为大于0的自然数。2.根据权利要求1所述的电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法，其特征在于，包括：根据m个所述短路电流直流分量峰值和m个所述衰减时间常数确定电力系统在发生短路故障的总衰减时间常数。3.根据权利要求2所述的电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法，其特征在于，根据m个所述短路电流直流分量峰值和m个所述衰减时间常数确定电力系统在发生短路故障的总衰减时间常数包括：根据m个所述短路电流直流分量峰值计算，得到电力系统故障点对地的总短路电流直流分量峰值；根据m个所述短路电流直流分量峰值、m个所述衰减时间常数和总短路电流直流分量峰值计算，获得电力系统在发生短路故障的总衰减时间常数。4.根据权利要求3所述的电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法，其特征在于，根据m个所述短路电流直流分量峰值、m个所述衰减时间常数和总短路电流直流分量峰值采用衰减公式计算，获得电力系统在发生短路故障的总衰减时间常数，所述衰减公式为：式中，t为计算T
∑
这个参数的故障时刻，I
x
为第x个短路电流直流分量峰值，T
x
为第x个衰减时间常数，I
K
为总短路电流直流分量峰值，T
∑
为总衰减时间常数。5.根据权利要求1所述的电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法，其特征在于，采用非线性最小二乘法拟合方式对所述包络线平均曲线进行拟合处理，得到拟合曲线并从所述拟合曲线中提取m个短路电流直流分量峰值和与每个所述短路电流直流分量峰值对应的衰减时间常数包括：获取所述包络线平均曲线上每个时刻数据以及与所述每个时刻数据对应的电流数据；根据所述时刻数据、所述电流数据和非线性函数对非线性拟合的目标函数进行迭代优化，得到m个短路电流直流分量峰值和与每个所述短路电流直流分量峰值对应的衰减时间常数；并根据m个短路电流直流分量峰值和与每个所述短路电流直流分量峰值对应的衰减时间常数绘制成拟合曲线。6.根据权利要求5所述的电力系统短路电流直流分量特征参数计算方法，其特征在于，所述非线性函数I
DC
为：
所述非线性拟合的目标函数为：min S＝Sum[AVG(t,I)
‑
I
DC
]式中，t为时刻数据，I
x
为第x个短路电流直流分量峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏寅生，毛振宇，徐光虎，赵利刚，姚海成，涂思嘉，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：