基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方法，將分布式電源作為節(jié)點，根據配電網中各個電氣元件的連接方式和參數(shù)，構建配電網系統(tǒng)模型；采用迭代式補償電流法求解配電網負荷模型的短路電流，判斷求解的短路電流是否收斂，如果不收斂進入下一步，否則保存結果并停止計算；將所有的恒功率負荷轉換為恒阻抗負荷模型，并應用迭代式補償電流法進行短路電流的計算，并計算配電網系統(tǒng)中各個節(jié)點的短路電壓值；構造同倫方程，利用計算的短路電壓值和電流值構建導納矩陣，利用連續(xù)性方法，求解、更新導納矩陣，得到收斂短路電流解。本發(fā)明使得短路計算的性能在收斂性、求解精度兩方面同時得到了改善。
【專利說明】
基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，風能W及太陽能等綠色可再生能源迅速發(fā)展，W此為載體的分布式發(fā)電 技術也得到了大力的發(fā)展。分布式電源的接入改變了配電網的拓撲結構，使得電能可雙向 流動，對配電網絡的運行W及維護帶來更多挑戰(zhàn)。
[0003] 具體分析，其影響具有兩面性。一方面，分布式電源在負荷中屯、進行電能就地補償 從而降低電能在線路中流動引起的損耗，同時提高供電電壓質量，提高供電可靠性，另一方 面，短路故障發(fā)生時，分布式電源會向故障節(jié)點供給短路電流，使得故障電流增大，短路路 徑發(fā)生變化，影響繼電保護系統(tǒng)的正常運行。
[0004] 實現(xiàn)精確的配電系統(tǒng)短路分析通常需要基于配電元件模型的準確構建。在傳統(tǒng)的 配電網短路計算中，負荷模型通常采用恒阻抗模型或直接忽略負荷，W簡化短路的計算。但 是，負荷模型的簡化可能會較大程度的影響電力系統(tǒng)短路計算結果的準確性。當短路故障 發(fā)生時，系統(tǒng)電壓會下降，負荷所消耗的電能會影響系統(tǒng)供耗平衡，從而影響短路電流結 果。當系統(tǒng)中實際負荷模型為恒電流模型時，如果采用恒阻抗模型，電能消耗與電壓的平方 成正比，從而比實際電能消耗低。與此相似，實際負荷為恒功率模型時，則電能消耗比實際 電能多，從而加重供耗不平衡，影響短路計算結果的準確性。
[0005] 有兩種方法可用于計算短路電流，且計算精度一致，運兩種方法分別為序分量法 和相分量法。
[0006] 序分量法將系統(tǒng)中Ξ相元件用正序、負序和零序來表示，實現(xiàn)Ξ序之間解禪。然 而，運種方法不適用于不對稱配電網絡。相間不相等的互禪導致序網絡之間的互禪效應，利 用對稱分量法沒有優(yōu)勢；另外一個不用對稱分量法的原因是發(fā)生故障的相是有限制的。比 如，利用對稱分量法分析線對地故障時只限于a相接地。如果一個單相分支線路和b相或C相 連接并且需要計算短路電流，對稱分量法則束手無策。
[0007] 相分量法對網絡中元件采用Ξ相建模，基于相分量法，發(fā)展了節(jié)點導納矩陣修正 法，疊加法，補償電流法等進行短路電流分析。
[000引節(jié)點導納矩陣修正法通過在故障節(jié)點接入很小的阻抗來模擬短路，并據此修改系 統(tǒng)節(jié)點導納矩陣，采用潮流計算方法進行短路計算。運種方法需要在迭代過程中不斷進行 節(jié)點導納矩陣的修改，對于大系統(tǒng)而言，計算效率較低。
[0009] 疊加法和補償電流法雖然一定程度上減少了計算量，但對于負荷模型的研究比較 缺乏，一直W來都將負荷作為恒阻抗模型來處理，而當負荷為恒阻抗、恒功率和恒電流的復 合模型時將出現(xiàn)迭代不收斂的情況。

【發(fā)明內容】

[0010] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的 短路電流計算方法，本方法在短路解存在的情況下，采用Ξ階段的設計W保證對含有非線 性負荷的配電短路計算的收斂性，可W處理配電網絡中各種負荷模型，有較強的魯棒性。
[0011] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0012] -種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方法，包括W下步 驟：
[0013] (1)將分布式電源作為節(jié)點，根據配電網中各個電氣元件的連接方式和參數(shù)，構建 配電網系統(tǒng)模型，進行潮流計算；
[0014] (2)采用迭代式補償電流法求解配電網負荷模型的短路電流，判斷求解的短路電 流是否收斂，如果不收斂進入步驟(3)，否則保存結果并停止計算；
[0015] (3)將所有的恒功率負荷轉換為恒阻抗負荷模型，并應用迭代式補償電流法進行 短路電流的計算，并計算配電網系統(tǒng)中各個節(jié)點的短路電壓值；
[0016] (4)構造同倫方程，利用計算的短路電壓值和電流值構建導納矩陣，利用連續(xù)性方 法，求解、更新導納矩陣，得到收斂短路電流解。
[0017] 所述步驟(1)中，分布式電源包括同步發(fā)電機、異步發(fā)電機和經逆變器接入電網的 分布式電源，將其看作PV節(jié)點、PQ節(jié)點或PI節(jié)點，當分布式電源作為PV節(jié)點計算短路電流發(fā) 生不收斂時將轉換成PQ節(jié)點。
[0018] 所述步驟（1)中，將負荷構建為恒功率模型、恒電流模型、恒阻抗模型或組合形成 的ZIP模型。
[0019] 所述步驟(1)中，電氣元件還包括變壓器、調壓器和電容器。
[0020] 所述步驟(1)中，構建故障模型，對于Ξ相接地故障、單相接地故障W及相間故障， 在故障節(jié)點接入對應阻值的阻抗來進行短路故障的模型。
[0021] 所述步驟(2)中，采用戴維南等值方法計算故障節(jié)點處短路電流。
[0022] 所述步驟(3)中，求解出故障點處的電流后，更新系統(tǒng)節(jié)點電流注入，即將故障點 處的短路電流作為負的電流注入添加到故障前系統(tǒng)電流注入向量中。
[0023] 所述步驟(3)中，將恒功率負荷轉換為恒阻抗模型，同時將網絡中所有的恒功率負 荷部分轉換為恒阻抗模型，并建立系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣，計算包含變電站、分布式電源、負荷 和短路電流的等效系統(tǒng)電流注入向量，計算網絡各節(jié)點短路電壓值。
[0024] 所述步驟(4)中，設定連續(xù)參數(shù)的初始值和步長，建立參數(shù)化導納矩陣，通過參數(shù) 方程計算系統(tǒng)電流注入，W節(jié)點電壓值作為初始解，逐步增大連續(xù)參數(shù)的值，求解不同的連 續(xù)參數(shù)值下，網絡節(jié)點電壓。
[0025] 所述步驟(4)中，判斷網絡節(jié)點電壓是否收斂，如果收斂，則求解各支路電流，否則 采取步長控制策略，調整連續(xù)參數(shù)的步長，重新建立參數(shù)化導納矩陣，直到連續(xù)參數(shù)為1，求 解配電網中各支路的電流，否則，重新更新連續(xù)參數(shù)并繼續(xù)建立參數(shù)化導納矩陣。
[0026] 本發(fā)明的有益效果為：
[0027] (1)本發(fā)明提出了利用同倫增強的補償電流法來解決該問題，使得短路計算的性 能在收斂性、求解精度兩方面同時得到了改善；
[0028] (2)通過引入輔助函數(shù)和輔助參數(shù)，將不好求解的困難問題通過轉化為簡單問題， W求解出的簡單問題的解為出發(fā)點，再通過輔助參數(shù)由0到1的變化逐漸還原至原困難問 題，同倫方法給出了初始點的一種估計方法，使得初始點更加接近真實解；
[0029] (3)處理含有非線性負荷的配電系統(tǒng)短路計算問題是與傳統(tǒng)方法相比具有良好的 收斂性和較強的魯棒性，當系統(tǒng)中含有恒功率負荷時，傳統(tǒng)的短路計算方法可能會遇到不 收斂的問題；
[0030] (4)適用范圍廣，可W用于處理配電網絡中各種負荷模型；
[0031] (5)強調了不同負荷模型對短路電流計算值的影響，為繼電保護提供了更精準的 整定值。
【附圖說明】
[0032] 圖1為IE邸-13節(jié)點系統(tǒng)圖；
[0033] 圖2為IE邸-8500節(jié)點單線圖；
[0034] 圖3為Ξ階段通論增強的短路電流算法流程圖
[0035] 圖4為同倫過程流程圖；
[0036] 圖5為Ξ相接地故障示意圖；
[0037] 圖6為IEEE-13節(jié)點算例在Ξ相短路故障迭代過程中的收斂情況示意圖；
[003引圖7為IE邸-8500節(jié)點算例迭代過程收斂情況示意圖。
【具體實施方式】：
[0039] 下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0040] 1系統(tǒng)模型的建立
[0041 ] 1.1分布式電源穩(wěn)態(tài)模型
[0042] 分布式電源包括同步發(fā)電機、異步發(fā)電機和經逆變器接入電網的分布式電源，他 們可W看作PV節(jié)點、PQ節(jié)點或PI節(jié)點。在此專利中，當分布式電源作為PV節(jié)點計算短路電流 發(fā)生不收斂時將轉換成PQ節(jié)點。
[0043] 1.2負荷模型
[0044] -般來說負荷模型包括恒功率模型、恒電流模型、恒阻抗模型W及Ξ者的組合負 荷模型(ZIP)。立相負荷可W使平衡或不平衡的星形接地或角形不接地和單相或兩箱接地。 組合負荷模型可由如下兩式表示
[0045]
[0046] 其中Un為額定電壓，Pn、Qn為額定有功功率和無功功率，曰。心、〇。、曰。心、〇。為系數(shù)且 滿足ap+bp+Cp = 1，aq+bq+Cq= 1。（ 1)式中負荷有Ξ部分構成，第一部分表示直阻抗負荷，第二 部分表示恒電流負荷，第Ξ部分表示恒功率負荷。
[0047] 1.3變壓器模型
[004引詳細的變壓器模型對于短路電流的分析和計算是十分必要的。尤其是模型應該包 括:Ξ相分接頭，鐵忍損耗和銅損，勵磁電流，絕緣換相裝置，中性點接地阻抗。
[0049]用變壓器的短路阻抗和勵磁電流來計算導納矩陣，Ξ相變壓器接地類型包括YN- yn、YN-y、YN-d、Y-yn、Y-y、Y-d、D-yn、D-y、D-d等.對于不同的接線形式，變壓器的阻抗矩陣 也有不同的表達形式，如表1-1所示。其中Un為額定電壓，Pn、Qn為額定有功功率和無功功率， 3ρ、bp、Cp、aq、bq、Cq為系數(shù)且細足ap+bp+Cp = 1 , aq+bq+Cq = 1。（ 1巧中負何有二部分構成，束一 部分表示恒阻抗負荷，第二部分表示恒電流負荷，第Ξ部分表示恒功率負荷。
[0050] 表1-1配電變壓器的導納矩陣
[0化1 ]
[0化2] 1.3變壓器模型
[0053] 詳細的變壓器模型對于短路電流的分析和計算是十分必要的。尤其是模型應該包 括:Ξ相分接頭，鐵忍損耗和銅損，勵磁電流，絕緣換相裝置，中性點接地阻抗。
[0054] 用變壓器的短路阻抗和勵磁電流來計算導納矩陣，Ξ相變壓器接地類型包括YN- yn、YN-y、YN-d、Y-yn、Y-y、Y-d、D-yn、D-y、D-d 等。
[00對 1.4調壓器模型
[0056]調壓器可W是單相或是Ξ相的。單相電壓調整器除了作為單相設備運行外，也可 WWY聯(lián)結、A聯(lián)結或是開-Δ聯(lián)結的方式。電壓調節(jié)器及控制器使得輸出電壓隨負荷的變 化而變化。
[0057] 分級式調壓器由自禪變壓器和有載調壓分接頭構成。通過改變自禪變壓器串聯(lián)繞 組的分接頭來改變電壓。分接頭的位置通過控制電路確定(線路壓降補償器）。線路壓降補 償器的目的是對配電線路從調壓器到負荷中屯、的壓降進行模擬。
[0058] Ξ個單相分級式調壓器能夠連接成一個Ξ相分級式調壓器。當Ξ個單相調壓器組 合在一起時，每個調壓器都有自己的補償電路，因此每個調壓器的分接頭獨自變化。
[0059] Ξ相調壓器的每相繞組內部到調壓器殼體都有連接。Ξ相調壓器是協(xié)同運行的， 運樣所有繞組上分接頭的變化保持一致，因此只需要一個補償電路。對于運種情況，需要工 程師決定補償電路提取哪一組的電流和電壓。Ξ相調壓器只能Ξ相星形聯(lián)結或是閉合Ξ角 形聯(lián)結。
[0060] 1.5電容器模型
[0061] 并聯(lián)電容器普遍用于配電系統(tǒng)進行電壓調節(jié)W及提供無功支持。電容器組可 恒電納表示，連接成Y或是Δ。和負荷模型相似，所有電容器組相電容器組模型表示，將 缺失的電流置為零即得到單相和兩相電容器組模型。
[0062] 1.6故障模型
[0063] 短路故障可分為Ξ相接地故障、單相接地故障W及相間故障。對于不同的故障類 型，我們可W在故障節(jié)點接入對應阻值的阻抗來進行短路故障的模型。如圖5所示，當系統(tǒng) 中k點發(fā)生Ξ相接地故障時，對應的A，B，CS相Zf和Zg四個參數(shù)均取接近于零的值；當發(fā)生AB 相間短路時，則將A相Zf和B相Zf設置為接近于零，而C相Zf和Zg設置為無窮大。通過改變A，B， ΟΞ相Zf和Zg四個參數(shù)的取值可模擬不同類型的短路故障。
[0064] 表1-2故障模型矩陣
[00 化]
[0066]
[0067] 2迭代補償電流法
[0068] 2.1故障點處短路電流
[0069] 對于故障節(jié)點處短路電流知 >我們采用戴維南等值的方法進行計算。其中，戴維南 等效開路電壓即為故障前網絡中正常運行時的節(jié)點電壓值在故障母線處按ABC的順 〇 序，每次向一個節(jié)點注入1+j〇A的單位電流，其他節(jié)點注入電流置零，通過公式V=化I inj 求解節(jié)點電壓(Ybus^l為系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣，求解潮流時已形成），故障母線處所對應的節(jié)點 相電壓值即為Zeq的列向量，此過程重復進行僅復次數(shù)為故障母線處相數(shù))直到Zeq形成。
[0070] 考慮到相間短路時故障阻抗矩陣寫'6'·^沒有意義，我們對戴維南等效電路進行諾頓 等效。并有
[0071] 可求出故障端口電壓
[0072]
[0073] 式中I是單位矩陣。
[0074] 故障節(jié)點短路電流可通過下式求得：
[0075]
[0076] 2.2網絡非故障點短路電壓電流
[0077] 求解出故障點處的電流后，更新系統(tǒng)節(jié)點電流注入，即將故障點處的短路電流作 為負的電流注入添加到故障前系統(tǒng)電流注入向量中。/^>可通過求解潮流[36-3引解得 到。舉例來說，當系統(tǒng)中發(fā)生Ξ相短路故障時，有
[007引
[0079] 其中，是通過求解(3-3)得到的故障節(jié)點短路電流，為3X1的矩陣；/產為添加到 系統(tǒng)電流注入向量的向量。
[0080] 那么整個故障后網絡的節(jié)點電壓可通過下式計算求得：
[0081]
[0082] 其中，化為故障后網絡節(jié)點電壓，Ybus為網絡導納矩陣，故障前后保持一致，心/W 為故障后系統(tǒng)電流注入，包括變電站、分布式電源、短路電流W及負荷的等效電流注入。 在迭代過程中根據節(jié)點電壓值不斷進行修正，將兩次的短路電壓計算結果之差Δ攻e 與收斂精度作比較，判斷收斂性。
[0083] 由故障后網絡電壓，可通過下式來求解網絡各支路短路電流
[0084]
[0085] 其中，Yentry為系統(tǒng)中線路元件的導納矩陣，維數(shù)為3X3。
[0086] 3同倫方法
[0087] 同倫方法一般用來求解非線性問題，它對于初始點不好估計的困難問題有較好的 效果。同倫方法的思想是通過引入輔助函數(shù)和輔助參數(shù)，將不好求解的困難問題通過轉化 為簡單問題，W求解出的簡單問題的解為出發(fā)點，再通過輔助參數(shù)由0到1的變化逐漸還原 至原困難問題。同倫方法給出了初始點的一種估計方法，使得初始點更加接近真實解。許多 的同倫方法不僅被用來解決迭代方法的局部收斂性問題，還可被用來解決尋找多解的問 題。因此，它被視為一種統(tǒng)一的、更具普遍性的一般方法。
[0088] 同倫法也成為嵌入式路徑跟蹤發(fā)，是一種求解非線性代數(shù)方程系統(tǒng)的魯棒的數(shù)值 方法。不同于牛頓法及其變種依賴于定義域特定點的函數(shù)信息，同倫法利用同倫保存的真 實而全局的映射特征，因此是一種全局的方法。
[0089] 在電力系統(tǒng)中，當發(fā)生短路故障時，系統(tǒng)的短路解的收斂域相較于正常運行狀態(tài) 下會變小，當故障節(jié)點含有恒功率負荷時，甚至會沒有短路解。傳統(tǒng)的迭代式短路計算方法 對于線性的恒阻抗負荷計算效果較好，但是當系統(tǒng)中含有恒功率負荷時，運些方法會有較 大的局限性，不能處理更加復雜、更加非線性的負荷模型，會使短路計算遇到無法收斂的問 題。此時，采用同倫方法對負荷模型進行適當?shù)淖儞Q處理W及最終的還原，可有效解決短路 收斂性問題。
[0090] 對于非線性的代數(shù)方程，同倫方法有全局收斂性。要求解困難問題F(x) = 0,我們 選取容易求解或解已知的簡單問題G(x)=0，G:r^Rn，并且將連續(xù)參數(shù)λ嵌入到復雜問題F (χ)=0當中，構造出高維的同倫方程：
[0091] H(x,A)；rXR^r,xer,AeR (s)
[0092] 該同倫方程滿足W下兩個邊界條件：
[0093] l.H(x,0)=G(x)
[0094] 2.H(x,l)=F(x)
[0095] 也就是說，當λ = 〇時，同倫方程H(x，0)=G(x)=0的解即為簡單問題的解，當λ=1， H(x，l)=F(x) = 0的解為待求困難問題F(x)=0的解。Η(χ，λ)代表含有η個方程的方程組，并 且有η+1個未知量。從計算角度來說，同倫方法可被看作是在解空間中從初始點片，〇)(假設 X是簡單問題Η(χ，0)的解)通過追蹤隱式曲線C(s)e!Ti(〇)，直到λ=1時追蹤到困難問題Η (x，l)的解。如果運個過程成功，那么F(x)的解即可得到。
[0096] 為了構造一般問題的同倫方程Η(χ，λ)，我們定義如下有名的線性凸的同倫方程：
[0097] Η(χ,λ)=λρ(χ) + (1-λ)6(χ). (9)
[0098] 上述線性凸的同倫方程也被用來解決配電網中短路計算不收斂的問題。對于短路 計算來說，簡單問題即為恒功率負荷轉化為恒阻抗負荷下的故障方程(6)，可用求解潮流的 方法，如隱式Z-bus高斯法，來求解;困難問題即為ZIP負荷模型下的故障方程(6)，W恒阻抗 負荷時求得的短路解為出發(fā)點，逐漸增大參數(shù)λ，λ=1時求得的解即為待求ZIP負荷下的短 路解。
[0099] 4.基于同倫方法的配電網短路計算方法
[0100] 同倫方法的基本思想是建立一組參數(shù)方程，使得該方程組在λ = 〇時容易求解，而 在λ=1時就是原來難W求解的方程組。同倫方法應用于短路計算中，簡單問題是所有負荷 均為恒阻抗模型時的短路方程式(6)，可用隱式Zbus高斯法來求解，難解的問題是負荷模型 為ZIP時的短路方程式(6)。為此我們定義如下參數(shù)向量：
[010引 /,·,,/·(卻產)為故障后網絡在ZIP負荷下的電流入注入向量，為恒功率負荷轉 換為恒阻抗負荷的網絡電流注入。同樣地，Ybus(zip)為ZIP負荷下的網絡節(jié)點導納矩陣，Ybus (Z)為恒功率部分轉換為恒阻抗負荷的網絡節(jié)點導納矩陣。我們注意到上述參數(shù)向量有如 下特點：λ = 0時，
Ybus(^)二Ybus(zip) 0
[0104] 帶有參數(shù)的短路計算方程為：
[0105]
[0106] 對于上述參數(shù)化短路方程，有如下特點：
[0107] (1)λ = 〇時，上述參數(shù)化短路方程(9)與恒功率負荷轉換為恒阻抗模型下的短路方 程(6)-致；
[0108] (2)λ=1時，上述參數(shù)化短路方程(9)與ZIP負荷下的短路方程一致。
[0109] 影響短路計算效率的關鍵因素是步長A λ的選取。保守性的選擇是在連續(xù)性方法 過程中取恒定的、較小的步長W保證算法的收斂性。然而，如此便會需要多次迭代過程W致 降低計算效率。若選用較大的步長，短路計算便可能會遇到不收斂的問題。本發(fā)明采用步長 控制的策略來解決該問題。步長A λ的大小根據上一次連續(xù)過程中需要的迭代次數(shù)來決定。 如果迭代次數(shù)多，則下一次連續(xù)過程中的步長A λ設置比上一次連續(xù)過程步長Δ λ??；如果 迭代次數(shù)少，則下一步的步長比上一次大。除此之外，在某個λι處短路遇到不收斂時，采取 步長減半的策略（Δλ?+ι= Δλ?/2)保證短路計算的收斂性。對步長Δλ采取實時動態(tài)調整的 策略，在保證算法收斂性的同時提高了短路計算的效率。實際上，如果對步長A λ進行了多 次調整，則參數(shù)λ可能不會恰好增長為1。在運種情況下，W I λ-1 I《10-4作為λ= 1的近似判斷 標準。
[0110] 算例分析
[0111] 為了驗證該方法的正確性與有效性，將該方法應用于標準算例ΙΕ趾-13和ΙΕ趾- 8500節(jié)點系統(tǒng)進行驗證。表1為ΙΕ邸-13節(jié)點的故障處短路電流值，表2、表3和表4為^邸- 8500節(jié)點的故障處短路電流值。
[0112] 表1I邸Ε-13節(jié)點的故障處短路電流值
[0113]
[0114] 從表1可看出，在恒阻抗負荷模型下，由本發(fā)明所提方法計算出的短路電流基本與 OpenDSSn計算結果一致，驗證了所提算法的正確性。另一方面，當負荷模型為ZIP時，短路 電流相較于恒阻抗負荷模型下的值普遍偏小。由此可見，當短路計算中使用恒阻抗負荷模 型時，計算結果偏保守，系統(tǒng)的安全性得到了保障，但會增加繼電保護系統(tǒng)的投資。
[0115] 表21邸E-8500節(jié)點的故障處短路電流值
[0116]
[0117]可W看到，當符合模型為恒阻抗形式時，短路電流值普遍偏高。此外，當系統(tǒng)中恒 功率、恒電流、恒阻抗負荷比例不同時，短路電流值也會有較大的不同，恒功率和恒電流負 荷部分所占比例越高，短路電流值越小，如表3所示。由此可見，短路計算中，負荷的建模有 著非常重大的意義。
[0118] 表31邸E-8500節(jié)點的故障處短路電流值
[0119]
[0120] 為了證明所提同倫增強的短路計算方法的魯棒性，我們在IE邸-8500節(jié)點算例中 接入10臺分布式發(fā)電機，并且在不同的節(jié)點進行短路故障的測試。將不同負荷模型下，Ξ相 接地故障發(fā)生時的短路電流值進行了匯總，如表4所示。
[0121] 表41邸E-8500節(jié)點的故障處短路電流值
[0122]
[0123]
[0124] 圖6表示當λ=1，網絡中負荷為ZIP模型時，迭代過程中相鄰兩次計算的電壓差變 化情況，可明顯看出迭代式補償電流法發(fā)散而同倫魯棒短路計算方法收斂。
[0125] 對于B相接地故障，傳統(tǒng)的迭代式補償電流法發(fā)散，而本發(fā)明所提同倫增強的短路 電流計算方法可靠收斂，能夠求解出短路解，如圖7所示。
[0126] 上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范 圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍w內。
【主權項】
1. 一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方法，其特征是:包括 以下步驟： (1) 將分布式電源作為節(jié)點，根據配電網中各個電氣元件的連接方式和參數(shù)，構建配電 網系統(tǒng)模型，進行潮流計算； (2) 采用迭代式補償電流法求解配電網負荷模型的短路電流，判斷求解的短路電流是 否收斂，如果不收斂進入步驟(3)，否則保存結果并停止計算； (3) 將所有的恒功率負荷轉換為恒阻抗負荷模型，并應用迭代式補償電流法進行短路 電流的計算，并計算配電網系統(tǒng)中各個節(jié)點的短路電壓值； (4) 構造同倫方程，利用計算的短路電壓值和電流值構建導納矩陣，利用連續(xù)性方法， 求解、更新導納矩陣，得到收斂短路電流解。2. 如權利要求1所述的一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方 法，其特征是:所述步驟(1)中，分布式電源包括同步發(fā)電機、異步發(fā)電機和經逆變器接入電 網的分布式電源，將其看作PV節(jié)點、PQ節(jié)點或PI節(jié)點，當分布式電源作為PV節(jié)點計算短路電 流發(fā)生不收斂時將轉換成PQ節(jié)點。3. 如權利要求1所述的一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方 法，其特征是:所述步驟（1)中，將負荷構建為恒功率模型、恒電流模型、恒阻抗模型或組合 形成的ZIP模型。4. 如權利要求1所述的一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方 法，其特征是:所述步驟(1)中，電氣元件還包括變壓器、調壓器和電容器。5. 如權利要求1所述的一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方 法，其特征是:所述步驟（1)中，構建故障模型，對于三相接地故障、單相接地故障以及相間 故障，在故障節(jié)點接入對應阻值的阻抗來進行短路故障的模型。6. 如權利要求1所述的一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方 法，其特征是:所述步驟(2)中，采用戴維南等值方法計算故障節(jié)點處短路電流。7. 如權利要求1所述的一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方 法，其特征是:所述步驟(3)中，求解出故障點處的電流后，更新系統(tǒng)節(jié)點電流注入，即將故 障點處的短路電流作為負的電流注入添加到故障前系統(tǒng)電流注入向量中。8. 如權利要求1所述的一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方 法，其特征是:所述步驟(3)中，將恒功率負荷轉換為恒阻抗模型，同時將網絡中所有的恒功 率負荷部分轉換為恒阻抗模型，并建立系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣，計算包含變電站、分布式電源、 負荷和短路電流的等效系統(tǒng)電流注入向量，計算網絡各節(jié)點短路電壓值。9. 如權利要求1所述的一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算方 法，其特征是:所述步驟(4)中，設定連續(xù)參數(shù)的初始值和步長，建立參數(shù)化導納矩陣，通過 參數(shù)方程計算系統(tǒng)電流注入，以節(jié)點電壓值作為初始解，逐步增大連續(xù)參數(shù)的值，求解不同 的連續(xù)參數(shù)值下，網絡節(jié)點電壓。10. 如權利要求1所述的一種基于同倫的含分布式電源和非線性負荷的短路電流計算 方法，其特征是:所述步驟(4)中，判斷網絡節(jié)點電壓是否收斂，如果收斂，則求解各支路電 流，否則采取步長控制策略，調整連續(xù)參數(shù)的步長，重新建立參數(shù)化導納矩陣，直到連續(xù)參 數(shù)為1，求解配電網中各支路的電流，否則，重新更新連續(xù)參數(shù)并繼續(xù)建立參數(shù)化導納矩陣。
【文檔編號】G06F17/50GK106066918SQ201610403546
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610403546.0, CN 106066918 A, CN 106066918A, CN 201610403546, CN-A-106066918, CN106066918 A, CN106066918A, CN201610403546, CN201610403546.0
【發(fā)明人】吳奎華, 吳健, 梁榮, 馮亮, 楊波, 孫偉, 鄭志杰, 楊慎全, 張曉磊, 劉曉明, 王軼群, 李昭, 李勃, 杜鵬
【申請人】國網山東省電力公司經濟技術研究院, 國家電網公司