[发明专利]基于PSASP和EMTP/ATP短路电流直流分量计算方法

说明书

本发明涉及电力建模与仿真技术，具体涉及基于PSASP和EMTP/ATP短路电流直流分量计算方法，将区域电网分为内部电网和外部电网，设被分析线路为内部电网，其他部分为外部电网，对内部电网进行建模，外部电网进行等值简化；外部电网和内部电网之间的节点为边界节点；外部电网等值简化为一个只存在边界节点的多端网络，包含边界节点的注入电流源、节点自导纳和节点之间的互导纳；利用PSASP软件设置短路故障，求解外部电网等值后边界节点的注入电流源和导纳矩阵，在EMTP/ATP中建立内部电网和等值后外部电网模型，设置短路故障，从仿真得到短路电流直流分量。该方法结合复杂电力系统网络的数学模型的特点，计算结果精确且简便易行，便于工程例行计算。

技术领域

本发明属于电力建模与仿真技术领域，尤其涉及基于PSASP和EMTP/ATP短路电流直流分量计算方法。

背景技术

随着电力系统的发展，电源间的联系越来越紧密，系统短路容量超标问题也越来越突出。目前我国在断路器断流能力例行校核时只考虑周期分量，并未计及直流分量对断路器开断能力的影响，但短路电流直流分量对断路器的正常开断会产生一定的影响，尤其在是断路器遮断容量裕度越来越小，而短路电流直流分量衰减越来越慢的情况下，准确有效地分析短路电流直流分量衰减特性，对保证电网的断路器能够正常开断系统短路电流，不至因电弧能量和电动力过大损坏断路器以致开断失败影响供电可靠性具有重要意义。

然而，目前对短路电流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。短路电流计算标准对周期分量计算的描述较多，但对复杂网络衰减时间常数的计算并无明确规定。现有的复杂网络短路电流直流分量计算方法有极限频率法、二支路等效网络法和等效频率法。极限频率法仅在各支路时间常数相差不大时有效；二支路法一次只能处理两条支路且事先必须固定其中一条支路的时间常数，在多电源的网状网络中使用很不方便；且二者的实质也都是对工频阻抗描述的电力网络进行等值变换，这样用工频下的等值阻抗来参与计算并没有频率特性的直流分量衰减是否恰当难以确定。等效频率法，需根据关注的不同时刻查表选取相应的等效频率f_c，计算出等值阻抗Z_c，但此方法需对短路后不同时刻计算等效频率，并求出相应等效频率下的等值阻抗，大大增加了计算工作量。

需要更准确地研究计算考虑衰减的短路电流周期分量和非周期分量，可以借助电磁暂态仿真软件EMTP进行三相全相建模，然后从仿真得到的短路全电流瞬时值波形中分离出对应的直流分量。使用EMTP建模时，难点在于被等值的电网节点数达到数千个时，等值计算的工作量巨大，需要将区域外的电网等值简化。传统的电网等值方法如Ward和REI等值，在所等值的电网较大时，高斯消元要消去的节点过多，等值电网将变得难以求解，在导纳矩阵求解过程中涉及到被等值电网所有的节点电压，工作量巨大。国内在短路电流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。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PSASP短路故障仿真和EMTP/ATP电磁暂态仿真的等值网络计算短路电流直流分量的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于PSASP和EMTP/ATP短路电流直流分量计算方法，将区域电网分为内部电网和外部电网，设被分析线路为内部电网，其他部分为外部电网，对内部电网进行建模，外部电网进行等值简化；外部电网和内部电网之间的节点为边界节点；外部电网等值简化为一个仅存在边界节点的多端网络，包含边界节点的注入电流源、节点自导纳和节点之间的互导纳；利用PSASP软件设置断路、短路故障，求解边界节点的注入电流源和导纳矩阵，再通过EMTP/ATP计算短路电流直流分量；包括以下步骤：

步骤1、将内部网络以三相断线故障的形式从PSASP软件中隔离，仅对外部电网进行短路计算；

步骤2、在PSASP软件中做一次全部边界节点上的同时三相短路，计算获得各边界节点的短路支路电流，求解正序网络的注入电流源；