辐射型配电网短路电流实用算法研究

北极星电力网技术频道作者:佚名 2007/12/27 19:00:27

关键词: 短路电流电网配电网

辐射型配电网短路电流实用算法研究

山东电力科学研究院(山东济南250002)张红摘要：根据配电网的结构特点，提出了一种基于故障补偿方法与实际相序表示方法的配电网短路电流实用计算方法。算例结果表明此算法在计算辐射状的配电系统短路电流时具有可靠、高效的特点。关键词：配电网；短路电流计算；故障电流补偿　短路是电力系统中危害最严重的故障，在电力系统设计和运行的许多工作中都必须有短路电流计算的结果作为依据。以往人们就比较注重发输电的管理和研究，因而已具备了一套成熟的输电网短路电流计算方法。80年代中期以来，随着国际国内电力企业对配电网管理的重视程度不断加深，人们对配电网短路电流计算也日益重视起来。配电网与输电网在网络结构及系统运行方式上是不同的。配电网通常具有环形结构设计，开环方式运行的特点，正常运行时是辐射型树状结构；支路参数R／X的比值较大，分支线较多；由于单相负荷、主干馈线上的单相和两相“辐射状支线”以及不相等的三相负荷，系统通常是不对称的；中性点非有效接地等，使得传统的对称分量法不再适合于配电网的短路电流计算。因此研究适合配电网特点的短路电流计算方法是非常必要的。针对配电网三相不对称状态运行的特点，本文采用了相域(PhaseCoordinate)分析方法，即采用实际的a—b—c三相模型进行分析，并提出了一种基于故障电流补偿的配电网短路电流计算方法。这种方法物理概念清晰，计算过程简单，极易在计算机上实现。算例结果表明这种算法在计算辐射状的配电系统短路电流时具有可靠、高效的特点。1基于故障电流补偿的配电网短路电流计算方法本文提出的配电网短路电流计算方法基于故障补偿方法与实际相序表示方法。该算法首先利用三相潮流计算的结果作为故障前的状态；然后利用其计算结果和故障边界条件计算出故障点处故障补偿电流；最后将故障补偿电流作为注入量叠加到故障节点，经过一次回推前推计算出各支路故障电流和各节点电压。1.1支路和节点的编号与分层为了计算上的方便，本文对支路和节点进行了编号与分层。由于配电馈线的节点和支路数量大，编号的工作量比较繁重和耗费机时，本文采用了分层这一方法。每条支路对应2个节点，每个节点对应1条或多条支路。从根节点(变电站母线)开始，按广度优先搜索。首先将与根节点直接相连的支路编为第一层，然后由这些支路的末节点开始，按广度优先搜索，将与这些支路的末节点直接相连的支路编为第二层，依此类推，将整个馈线支路进行分层编号，每一层包括1条或几条支路，如图1所示。
1.2三相潮流计算配电网潮流计算的方法很多，本文根据辐射型配电网的特点采用效率最高的回推前推方法进行计算。该方法利用已知的节点三相负荷功率和根节点处三相电压，进行反复迭代直至收敛。这种方法特别适合于辐射型配电网。1.3故障补偿电流的计算典型的故障补偿方法要求建立故障戴维南等效阻抗矩阵。为了模拟故障，本文采用相域补偿方法。故障补偿电流采用下式计算：
式中I_f——故障补偿电流复向量；V_f——故障节点补偿电压；Z_f——复数等效故障矩阵。对于三相短路故障为3×3维矩阵，两相相间故障为2×2维矩阵，其值等于从故障节点到根节点(变电站母线)阻抗矩阵之和。故障补偿电压的求取需借助于故障边界条件，相域中V_f可由下式求取：

由此可计算出补偿电压为：
如上所述，计算出补偿电压和阻抗矩阵后，就可用方程(1)计算故障补偿电流。将故障补偿电流作为新的节点注入电流和故障前的节点注入电流一起叠加在故障节点上，其中故障前的节点注入电流由潮流计算获得。三相故障补偿电流计算如下。对于三相短路故障，有：
式中I_f——2×1的电流向量。1.4短路故障时各支路电流和各节点电压的计算本文利用叠加原理，只进行一次前推回推过程即可计算出各支路电流和各节点电压。其步骤如下。1.4.1计算节点注入电流
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来源：中国电力资料网

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