有源配电网短路电流分析与计算方法

摘要

配电网故障分析是研究配电网安全运行、继电保护与故障处理问题的基础。利用配电网的放射式结构特点，采用基于相分量的端口补偿法计算配电网短路电流，可减少计算工作量。利用端口补偿法计算配电网短路电流时可以采用不需迭代的计算方式，但由于在计算故障端口节点阻抗矩阵时均未考虑线路中并联支路的影响，计算误差大；经多次迭代计算可以解决误差大的问题，但需要进行多次端口补偿电流的计算，计算工作量增大。此外，在计算有源配电网故障时，现有文献中仍将旋转机简单处理成稳态潮流计算时通常采用的PV节点模型，故障计算时该模型不够精确。
　　针对现有端口补偿法存在不足，本文进行改进计算。在计算故障端口节点阻抗矩阵时计及并联支路的影响；在计算有源配电网故障时，用旋转机更为精确恒电动势模型取代潮流计算时通常采用的PV模型。本文的主要研究内容有：（1）在利用端口补偿法计算无源配电网故障时，提出考虑并联支路影响的端口补偿改进算法。通过Y/Δ变换和并联支路节点导纳矩阵修正，把不同接线方式的无功补偿电容器和负荷类并联支路化为统一的简单并联形式，在计算故障端口节点阻抗矩阵时相对简单的计及它们的影响。这样，采用不需迭代的简便方式即可计算出无源配电网较为精确的故障电流。（2）在计算有源配电网故障时，构建旋转机更加接近实际的恒电动势模型。通过稳态潮流计算获取旋转机次暂态电动势，故障时充分利用旋转机次暂态电动势瞬时维持不变的特性，采用恒电动势模型。这样，在计算故障端口节点阻抗矩阵时，旋转机可视作并联支路，支路导纳矩阵根据其次暂态阻抗求出。对于仅含旋转型分布式电源的配电网，仍可继续采用不需迭代的简便方式计算出更加接近实际且较为精确的故障电流。（3）在计算含逆变型分布式电源配电网故障时，为适应逆变器的非线性特征，提出计及并联支路的端口补偿迭代算法。逆变器具有电流源性质，在计算节点阻抗矩阵时，将逆变器处理为开路的并联支路，不计及其影响。而在故障迭代计算过程中，根据逆变型分布式电源的控制策略以及并网点电压调整逆变器的输出电流。对于含逆变器类分布式电源配电网，这样即可计算出非常精确的故障电流。（4）先后利用DIGSILENT仿真软件构建算例模型，并设置相应故障。同时用MATLAB编写故障计算程序，对算法进行测试。计算结果与算例分析证明了本文所提改进方法的可行性和有效性。
　　本文在计算故障端口节点阻抗矩阵时计及并联支路的影响，并且计算有源配电网故障时构建旋转机类分布式电源更为精确的恒电动势模型。这样，对于无源以及仅含旋转型分布式电源配电网，采用本文计及负荷影响的不迭代端口补偿改进算法即可求出较为精确的短路电流，计算简便。而对于含有逆变器类分布式电源配电网，考虑到逆变器的非线性特征，采用本文计及并联支路的端口补偿迭代算法计算，结果精确。因此，本文研究成果对于配电网短路电流的简便、精确计算具有较大工程实用价值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容与创新点

第二章 有源配电网故障计算的理论基础

2.1 端口补偿法的基本原理

2.2 利用端口补偿法计算配电网故障的基本思路

2.3 并网分布式电源的短路电流

2.4 本章小结

第三章 端口补偿法的改进计算

3.1 无源配电网短路电流的改进计算

3.2 有源配电网短路电流的改进计算

3.3 本章小结

第四章 配电网短路电流计算

4.1 无源配电网短路电流计算

4.2 有源配电网短路电流计算

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

在读期间的科研成果

在读期间参与的科研项目

致谢