專利名稱：電網故障狀態下的功率轉移求解方法
技術領域：
本發明屬于電力系統領域，特別是涉及一種電網故障狀態下的功率轉移求解方法。
背景技術：
現代電力系統的結構和運行方式越來越復雜多變，從而增加了系統性事故和導致 大面積停電的幾率。當輸電線路發生故障退出運行后，由于短時間內系統電源出力不會發 生變化，因此原本在發生故障的線路上承載的功率必將轉移到網絡中的其他線路上。如果 轉移到正常線路上的功率使得該線路上的實際功率超過了其額定輸送容量，則有可能導致 該線路也退出運行，從而可能引發更嚴重的連鎖故障。 在這種情況下如果在故障線路退出運行前就能知道切除該線路后轉移到其他線 路上的功率，就可以盡快采取相應措施，如切負荷控制，從而避免系統狀態的進一步惡化。 轉移功率其實是不同時刻電網潮流的差異，目前典型方式下求解潮流的基本方法有高斯一 塞德爾迭代法、牛頓_拉夫遜法、P-Q分解法等。如國內文獻"類型擴展潮流計算的研究及 應用"(《電網技術》2003年27巻第11期第25頁)給出的潮流計算方法以及其他一些潮 流計算程序，無論采用哪種方法，它們都是基于使潮流發散變為收斂，恢復潮流解后才能得 知轉移功率量的多少，因此具有一定的滯后性，無法應用于電網故障狀態下的實時功率轉 移求解。
發明內容
本發明的目的是提供一種電網故障狀態下的功率轉移求解方法，該方法能在故障 線路被切除前而預先求出該線路被切除后轉移到其它線路上的功率量，為預防連鎖故障提 供控制依據。 本發明可以通過以下技術方案來加以實現對裝有廣域測量系統WAMS(Wide Area Measurement System)的電網系統，其故障狀態下的功率轉移求解方法包括以下步驟
a.電網正常運行時由WAMS采集并記錄各節點電壓、支路電流及各線路傳輸功率 b.當電網中的輸電線路發生單相接地短路故障時，繼電保護裝置動作切除故障 相，同時利用WAMS記錄此時的網絡潮流及節點電壓和支路電流； c.故障相被切除的單相斷線系統的正序網絡，根據疊加原理將其分解成正常運行
情況和故障附加分量兩部分，故障附加網絡中各電源的電勢均短接，只有故障口存在故障
分量電流源。將單相故障后的網絡節點電壓和支路電流減去對應的故障前的電壓和電流， 即可得到單相故障附加網絡的節點電壓和支路電流，進而確定電網的結構參數； d.得到電網結構參數后，再利用疊加定理，求取故障線路三相全部被切除后，該電 網故障附加網絡的各節點電壓及支路電流； e.將電網故障附加網絡的各節點電壓及支路電流與已記錄的故障前對應的電壓
3和電流分別相加，即可得到故障線路三相全部被切除后，該電網中的各節點電壓及支路電 流，進而可以求出電網故障后的功率分布； f.將所求故障后各線路輸送的功率量減去對應線路故障前輸送的功率量，即可得 出故障線路切除后在各線路上的轉移功率量； g.若故障線路重合于永久性故障，則其三相全部切除，該線路原傳輸的功率轉移 到其它非故障線路。因此本方法可在發生實際的功率轉移之前，計算出將轉移到其他線路 上的功率量。 本發明所提供的電網故障狀態下的功率轉移求解方法，其依據是利用疊加原理， 用正常運行時的網絡狀態與只有故障電源作用下的單電源故障附加網絡的狀態相疊加，從 而得到故障線路切除后的節點電壓、支路電流及網絡功率分布，進而可以求出非故障線路 上的功率轉移量。
圖1為本發明提供的線路單相故障相被切除后的正序網絡示意圖。 圖2為本發明提供的線路單相故障相被切除后的正序網絡的分解示意圖。 圖3為本發明提供的網絡接線示意圖。 圖4為本發明提供的支路電流源替代示意圖。 圖5為本發明提供的支路斷線的電流源等值模型示意圖。 圖6為本發明提供的斷線后的故障附加網絡示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明作進一步描述。
本發明提供的電網故障狀態下的功率轉移求解方法，其具體實施方式
為 第一步，電網正常運行時由WAMS采集并記錄網絡潮流及各節點電壓、支路電流及
各線路傳輸功率量； 第二步，參考附圖3，如輸電線路ij發生單相接地短路故障時，保護動作切除故障 相，并利用WAMS記錄此時的網絡潮流及節點電壓和支路電流； 第三步，針對該單相故障的正序網絡，參考附圖2，根據疊加原理可將其分解成正 常情況和故障附加分量兩部分(疊加原理在線性電路中，任一支路的電流(或電壓)可以 看成是電路中每一個獨立電源單獨作用于電路時，在該支路產生的電流(或電壓)的代數 和)。其中故障附加網絡中各電源的電勢均短接，只有故障口存在故障分量電流源。將單 相故障后的網絡節點電壓和支路電流減去對應的故障前的電壓和電流，即可得到故障附加 網絡的節點電壓和支路電流，進而可以確定電網的結構參數，即其節點導納矩陣。在附圖3 中，設該網絡具有n個節點，則其節點導納矩陣Yn形式如下所示
4<formula>formula see original document page 5</formula>
第四步，得到電網結構參數后，參考附圖4和附圖5，再利用疊加定理，求取故障線
路ij三相全部被切除后，該電網單相故障附加網絡中的各節點電壓及支路電流。 第五步，將所求各節點電壓及支路電流與已記錄故障前對應的電壓和電流分別相
加，即可得到故障線路ij三相全部被切除后，該電網中的各節點電壓及支路電流，進而可
以求出電網故障后的功率分布； 第六步，將所求故障后各線路輸送的功率量減去對應線路故障前輸送的功率量， 即可得到故障線路切除后在各線路上的轉移功率量； 第七步，若故障線路重合于永久性故障，則線路ij三相全部切除，該線路原傳輸 的功率轉移到其它非故障線路。因此本方法可在發生實際的功率轉移之前，計算出將轉移 到其他線路上的功率量。 由于電力系統是一個動態系統，其結構參數隨著系統不同的運行狀態而不同，因 此本發明利用線路故障重合閘期間實測的正序數據求取網絡結構參數。參照附圖1中線路 單相故障相被切除后的正序網絡示意圖，其中m和n等為電源節點，斷相處的正序電流^,用
兩個并聯的理想電流源代替，其中一個電流源為正常運行時的正序電流^(。)，另一個電流源 為A/g ，稱為斷相處正序電流的故障分量。根據疊加原理可將其分解成附圖2所
示的正常情況和故障附加分量兩部分，在故障分量的網絡中，各電源的電勢均短接，只有短 路線路加有電流為A/^勺電源。通過實測得到單相接地故障前后兩種狀態下的電氣量(節
點電壓和支路電流)參數后，將故障后的電氣量減去對應故障前的電氣量即可得到故障附 加網絡的電氣量，進而可以方便的求取電網結構參數。此法能夠更加真實的還原實際系統 的實時狀態，從而為利用疊加定理求取功率轉移提供準確依據。 參考附圖3，任何電力網絡都可以看成是一個含源二端口網絡，當正常運行時任意 相關聯節點i和j之間都會傳輸一定的功率。根據替代定理，電路中的任何一個二端元件， 在一般情況下，可以根據其電流，用一個電流源代替，此電流源的電流函數表達式和參考方 向與原二端元件中的電流相同。這樣代替后不致影響電路中各支路的電流和電壓的唯一 解。在附圖4中，節點i和j之間可以用一大小為Is = I".的電流源等值。如果支路ij退 出運行，其邊界條件為^ =0。在附圖5中，根據疊加定理，可以在支路兩端并聯一電流源， 其電流大小等于支路故障前通過的電流大小，方向相反。在附圖6中，網絡N。就是當電流 源/。,單獨作用時的故障附加分量網絡。 大量仿真試驗結果表明本方法可以準確的求取電網故障狀態下的功率轉移量， 同時克服以往的潮流求解中容易發生不收斂，無法求解等關鍵技術問題。
本發明提供的電網故障狀態下的功率轉移求解方法，能有效的求解輸電線路故障 后轉移到非故障線路的功率量，即便是在故障后網絡潮流無法收斂的情況下仍然有效。
權利要求
一種電網故障狀態下的功率轉移求解方法，其特征在于該方法包括以下步驟a.電網正常運行時由WAMS采集并記錄各節點電壓、支路電流及各線路傳輸功率量；b.當電網中的輸電線路發生單相接地短路故障時，繼電保護裝置動作切除故障相，同時利用WAMS記錄此時的網絡潮流及節點電壓和支路電流；c.故障相被切除的單相斷線系統的正序網絡，根據疊加原理將其分解成正常運行情況和故障附加分量兩部分，將單相故障后的網絡節點電壓和支路電流減去對應的故障前的電壓和電流，即可得到該單相故障附加網絡的節點電壓和支路電流，進而確定電網的結構參數；d.得到電網結構參數后，再利用疊加定理，求取故障線路三相全部被切除后，該電網故障附加網絡中的各節點電壓及支路電流；e.將所求各節點電壓及支路電流與已記錄的故障前對應的電壓和電流分別相加，即可得到故障線路三相全部被切除后，該電網中的各節點電壓及支路電流，進而可以求出電網故障后的功率分布；f.將所求故障后各線路輸送的功率量減去對應線路故障前輸送的功率量，即可得出故障線路切除后在各線路上的轉移功率量；g.若故障線路重合于永久性故障，則其三相全部切除，該線路原傳輸的功率轉移到其它非故障線路。因此本方法可在發生實際的功率轉移之前，計算出將轉移到其他線路上的功率量。
全文摘要
本發明涉及一種電網故障狀態下的功率轉移求解方法。針對裝有廣域測量系統WAMS的電網，利用疊加原理，用正常運行時的網絡狀態與只有故障電源作用下的單電源故障附加網絡的狀態相疊加，從而得到故障線路切除后的網絡功率分布，進而可以求出非故障線路上的功率轉移量。大量仿真試驗結果表明本方法可以準確的求取電網故障狀態下的功率轉移量，同時克服以往的潮流求解中容易發生不收斂，無法求解等關鍵技術問題。本發明提供的電網故障狀態下的功率轉移求解方法，能有效的求解輸電線路故障后轉移到非故障線路的功率量，即便是在故障后網絡潮流無法收斂的情況下仍然有效。
文檔編號H02J3/00GK101697415SQ20091019116
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月21日 優先權日2009年10月21日
發明者喬梁, 盧繼平, 孔令云, 張 浩, 汪洋 申請人:重慶大學;