《电力系统故》PPT课件

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1、第 12章 电 力 系 统 故 障 分 析 的 计 算 机 方法 12.1 电 力 系 统 故 障 分 析 常 规 方 法 的 原 理12.2 规 范 化 的 计 算 机 故 障 分 析 计 算 方 法 12.1 电 力 系 统 故 障 分 析 常 规 方 法 的 原 理 故 障 分 析 的 主 要 目 的 是 通 过 数 值 仿 真 的 方 法 来 研 究 各 种 故 障 对 电 力系 统 的 影 响 ， 主 要 用 于 继 电 保 护 定 值 整 定 计 算 和 在 线 校 核 ， 也 用 于 断路 器 遮 断 容 量 的 计 算 。 故 障 分 析 中 的 关 键 步 骤 是 要 计 算

2、 出 故 障 端 口 处 的 电 量 。 研 究 故 障 端口 处 的 电 流 电 压 ， 可 从 故 障 端 口 处 将 电 力 网 络 进 行 戴 维 南 等 值 ， 然 后 用等 值 系 统 和 故 障 电 路 连 接 。 如 图 12.2， （ a） 图 中 故 障 端 口 左 侧 的 有 源 电 力 网 只 在 故 障 端 口 处 和故 障 电 路 相 连 。 电 力 网 络 模 型 用 节 点 阻 抗 矩 阵 Z描 述 ， 端 口 处 电 压 为 ，故 障 电 流 为 ， 故 障 电 路 用 表 示 。 将 故 障 电 流 用 一 个 等 值 电 流 源代 替 ， 如 图 12.2

3、（ b） ， 并 利 用 叠 加 定 理 变 换 成 图 12.2（ c） 和 （ d） 的 叠 加 。FV FI FY FI 图 12.2 故 障 分 析 计 算 过 程 说 明（ a） 故 障 后 电 力 系 统 ； （ b） 故 障 电 路 用 电 流 源 模 拟 ； （ c） 系 统 内 电 源 单 独 作 用 的 结 果 ； （ d） 故 障电 流 单 独 作 用 的 结 果 ； （ e） 图 （ a） 的 电 力 系 统 用 戴 维 南 等 值 电 路 代 替 ； （ f） 将 图 （ e） 的 戴 维 南 等值 变 成 诺 顿 等 值 图 12.2（ c） 是 故 障 电 路 开

4、 路 时 由 电 力 网 内 部 电 源 作 用 的 结 果 ， 由故 障 前 运 行 状 态 决 定 。 图 12.2（ d） 是 电 力 网 内 部 电 压 源 短 路 ， 电 流源 开 路 ， 由 故 障 电 流 单 独 作 用 的 结 果 。 故 障 后 电 网 内 部 各 节 点 的电 压 由 这 两 部 分 电 压 的 叠 加 求 得 。 只 要 求 出 ， 就 可 计 算 出 故 障 后全 系 统 内 部 的 各 节 点 电 压 。FI FI )0(eqV 在 图 12.2（ e） 中 ， 电 力 网 络 的 戴 维 南 等 值 电 路 的 内 电 动 势 即是 故 障 端 口

5、的 开 路 电 压 ， 等 值 阻 抗 即 故 障 端 口 向 电 力 网 看 进 去 的 端 口阻 抗 矩 阵 ， 其 阶 次 和 端 口 数 相 等 。 端 口 可 以 是 面 向 节 点 的 （ 对 横向 故 障 ） ， 也 可 以 是 面 向 支 路 的 （ 对 总 纵 向 故 障 ） 。 eqZ 将 电 力 系 统 网 络 的 戴 维 南 等 值 变 成 诺 顿 等 值 ， 如 图 12.2（ f） 所 示 。)112()0()0( 1 eqeqeq eqeq VYI ZY )312()( )0(1 eqFeqFFFF VYZIYVYI 式 中 ， I为 单 位 矩 阵 。 故 障

6、端 口 电 流 为 )212()( )()( )0(1 )0(1)0(1 eqFeq eqeqFeqeqFeqF VYZI VYYYIYYV 由 于 故 障 后 的 网 络 解 是 图 12.2（ c） 和 (d)的 叠 加 ， 则 故 障 后 系 统 节点 电 压 为 ： )412()0( VVV 其 中 ， 为 图 12.2（ c） 的 解 ， 由 故 障 前 系 统 的 潮 流 情 况 决 定 ， 是 已知 的 ； 节 点 电 压 代 表 了 故 障 后 的 故 障 电 量 ， 是 故 障 电 流 作 用 在 节 点 阻抗 矩 阵 Z描 述 的 无 源 网 络 上 的 结 果 。)0(V

7、 V 令 为 节 点 -端 口 关 联 矩 阵 ， 它 的 每 一 列 和 一 个 故 障 端 口 的 关 联 矢 量相 对 应 。 对 横 向 故 障 ， 相 应 的 关 联 矢 量 只 在 故 障 节 点 处 有 一 个 非 零 元 素 1，其 余 都 是 零 元 素 ； 对 纵 向 故 障 ， 相 应 的 关 联 矢 量 在 断 线 开 口 的 两 个 节 点 上分 别 有 非 零 元 素 1和 -1， 其 余 为 零 元 素 。 如 果 是 单 重 故 障 ， 只 有 一 个 故 障端 口 ， 则 是 列 矢 量 。 FMFM 图 12.2（ d） 中 ， 规 定 注 入 节 点 的

8、电 流 为 正 。 电 流 源 在 原 网 络 中 产生 的 节 点 电 压 就 是 式 （ 12-4） 中 的 故 障 分 量 ， 则VFF IZMV 故 障 后 系 统 节 点 电 压 为 ： )512()0( FF IZMVV 总 结 以 上 计 算 过 程 ， 主 要 由 以 下 三 步 组 成 ： （ 1） 将 故 障 前 网 络 等 值 到 由 故 障 类 型 确 定 的 故 障 端 口 。 可 以 先 进 行 戴维 南 等 值 ， 然 后 再 转 换 成 诺 顿 等 值 。 （ 2） 将 诺 顿 等 值 电 路 和 故 障 电 路 在 故 障 端 口 处 连 接 ， 求 解 式

9、（ 12-3）得 到 故 障 端 口 处 的 故 障 电 流 。 （ 3） 利 用 故 障 电 流 计 算 全 网 其 他 节 点 的 故 障 电 量 ， 并 与 图 12.2（ c）中 的 正 常 分 量 叠 加 ， 最 后 计 算 全 网 各 支 路 电 流 。 常 规 方 法 的 缺 点 是 ， 当 线 路 中 间 发 生 故 障 时 ， 要 对 原 网 络 修 正 ， 增 加节 点 ， 处 理 起 来 显 得 复 杂 和 麻 烦 。 12.2 规 范 化 的 计 算 机 故 障 分 析 计 算 方 法12.2.1 基 本 思 想 任 何 故 障 都 可 看 作 是 一 种 网 络 结

10、构 的 变 更 。 把 故 障 影 响 的 元 件划 分 为 一 组 ， 它 们 对 节 点 导 纳 矩 阵 的 贡 献 用 矩 阵 y表 示 ， 把 这 组 元件 从 电 力 系 统 网 络 中 分 离 出 来 。 为 了 保 持 原 电 力 系 统 网 络 不 变 ， 可以 通 过 并 联 负 阻 抗 支 路 -y的 办 法 模 拟 这 组 元 件 的 移 出 。 如 图 12.5所 示 ， 和 是 故 障 前 电 力 系 统 的 多 端 口 诺 顿 等 值 参 数 。)0( eqI 0eqYfY 受 故 障 影 响 的 这 组 元 件对 节 电 导 纳 矩 阵 的 贡 献是 ， 当 时

11、， 右侧 总 导 纳 为 零 ， 表 示 没 有 故障 发 生 。 yYf aa 轴 线 左 侧 是 故 障 前 电 力 系 统 模 型 ， 它 不 受 故 障 发 生 与 否 的 影 响 ； 轴线 右 侧 是 因 故 障 的 不 同 引 起 的 变 化 部 分 的 电 路 模 型 。 从 受 故 障 影 响 的 元 件 端 口 向 轴 线 左 侧 原 电 力 网 络 看 进 去 ， 并 将 其 用诺 顿 等 值 电 路 表 示 ， 将 轴 线 右 侧 的 电 路 化 简 处 理 ， 保 留 和 轴 线 左 侧接 口 的 端 口 处 节 点 ， 消 去 轴 线 右 侧 电 路 中 的 内 部

12、节 点 ， 然 后 合 并 这 两部 分 电 路 ， 并 计 算 两 部 分 电 路 接 口 处 的 电 流 ， 最 后 再 利 用 接 口 处 的 电 流 计算 原 网 络 的 电 量 ， 这 样 就 完 成 了 故 障 电 流 的 计 算 。 aa aaaaaa aa aa 12.2.2 一 条 输 电 线 元 件 发 生 短 路 故 障 的 情 况 如 图 12.6， 线 路 (i,j)的 中 间 点 k处 发 生 单 相 接 地 故 障 ， 接 地 导 纳 为 。该 支 路 的 阻 抗 为 ， 分 成 两 段 分 别 是 和 ， 支 路 导 纳 为 和 。 FYijz )1312( j

13、iyy yy jiMyMy ijij ijijT jiMzyy Tijij 11,1 ikzjkz jkyiky 1、 模 型 和 方 法其 中 在 图 12.5中 ， 要 移 出 的 这 条 支 路 对 节 电 导 纳 矩 阵 的 贡 献 是 ： 图 12.6中 电 路 的 节 电 导 纳 矩 阵 为 ： kjiyyy yy yy kjiY ikik jkjk ikiks 式 中 ， )1412( Fjkik Yyyy因 为 节 点 k不 是 原 电 力 系 统 网 络 中 的 节 点 ， 用 星 网 变 换 将 其 消 去 得 ：)1512( jiYY YY jiY jjji ijiif

14、jkikjkikjkikjjji ijii yyyyyyyYY YY 1式 中 ， )1712(22 22 jjji ijiif ijij ijijYY YYY yy yyy所 以 因 为 支 路 （ i， j） 两 个 端 点 相 对 地 形 成 了 两 个 端 口 ， 所 以 当 支 路中 间 发 生 接 地 故 障 时 ， 节 点 i， j对 地 导 纳 不 是 零 。令 )1612(111 1 jkjkjkjj ikjkji jkikij ikikikii yyyyY yyyY yyyY yyyyY 并 有 ： )1812( ff YyY 是 节 点 导 纳 矩 阵 受 故 障 影 响

15、 的 部 分 。fY 对 于 图 12.6所 示 的 故 障 ， 图 12.5可 用 图 12.7表 示 。图 中 原 网 络 诺 顿 等 值 参 数 是 )0( )0()0()0( )0()0()0( 1 , jieqjieqeqeq jjji ijiieqeqeq VVVIIVYI ZZ ZZZZY 式 中 ， 和 分 别 为 戴 维 南 等 值 阻 抗 和 电 动 势 。)0(eqVeqZ 戴 维 南 等 值 阻 抗 中 ， ， ， 是 原 网 络 节 点 阻 抗 矩 阵 在 故 障 支路 端 节 点 i和 j处 的 自 阻 抗 和 互 阻 抗 。iiZ jjZ ijZ )1912()(

16、 )0(1 eqfeqff IYYYI )2012()0( ff IZVV 图 12.7中 补 偿 电 流 是 注 意 ： 这 个 电 流 不 是 故 障 点 的 电 流 ， 而 是 为 模 拟 故 障 而 接 入 的 补 偿 电路 的 等 值 支 路 导 纳 上 的 电 流 。 利 用 这 个 电 流 可 求 出 故 障 后 电 网 各 节 点的 电 压 )0(V 式 中 ， 为 故 障 前 电 网 节 点 电 压 列 矢 量 ； 为 原 始 网 络 节 电 阻 抗 矩 阵中 和 节 点 i， j相 对 应 的 列 组 成 的 Nx2阶 矩 阵 ； 为 节 点 i和 j的 补 偿 注 入电

17、流 列 矢 量 ， 它 只 在 节 点 i和 j两 处 有 非 零 元 素 。fZ fI 2、 算 法 流 程 （ 1） 根 据 故 障 影 响 元 件 确 定 原 网 络 诺 顿 等 值 端 口 ， 计 算 原 网 络 诺 顿等 值 参 数 ； （ 2） 根 据 故 障 影 响 元 件 和 故 障 类 型 用 式 （ 12-18） 计 算 ， 用 式（ 12-19） 计 算 ； （ 3） 利 用 ， 用 式 （ 12-20） 计 算 故 障 后 电 网 各 节 点 电 压 。 fYfIfI步 骤 （ 1） 和 步 骤 （ 3） 应 使 用 序 分 量 计 算 ； 步 骤 （ 2） 既 可 用 序 分 量也 可 用 相 分 量 计 算 ， 一 般 建 议 采 用 序 分 量 形 式 计 算 。 步 骤 （ 3） 计 算出 故 障 后 电 网 的 序 分 量 电 量 后 还 应 转 换 到 相 分 量 形 式 。