本發(fā)明涉及配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱性評估領(lǐng)域，具體涉及基于鐵磁諧振過電壓機理的配電網(wǎng)脆弱性評估方法。
背景技術(shù)：
：在配電網(wǎng)中包括眾多電感和電容元件，電感主要包括變壓器、互感器、分布式發(fā)電機、消弧線圈、電抗器以及線路電感等，電容主要包括線路對地電容、線路的相間電容、補償用的串、并聯(lián)電容器等。當(dāng)發(fā)生故障或進行斷路器操作時，系統(tǒng)中某些回路結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致這些儲能元件之間發(fā)生匹配，引起諧振現(xiàn)象，產(chǎn)生諧振過電壓。由于諧振過電壓持續(xù)時間較長，且可能穩(wěn)定存在，這不僅會導(dǎo)致電力設(shè)備的損壞，還可能導(dǎo)致連鎖故障的發(fā)生，影響整個配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。我國中壓配電網(wǎng)大多數(shù)為中性點不接地方式，為了監(jiān)視變電站母線的線電壓及各項對地電壓，通常需在母線處接裝電壓互感器，其一次繞組為星形連接且中性點直接接地。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或者進行某些斷路器不同期操作時，如果系統(tǒng)中沒有采取抑制措施，由于電壓互感器勵磁電感的非線性飽和特性，容易與系統(tǒng)對地電容形成參數(shù)匹配，引發(fā)鐵磁諧振，造成系統(tǒng)過電壓和電壓互感器過電流，導(dǎo)致瓷絕緣閃絡(luò)、避雷器爆炸、電壓互感器高壓熔絲熔斷等，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全運行。故建立基于鐵磁諧振過電壓機理評判電網(wǎng)脆弱度的模型迫在眉睫?，F(xiàn)有的電力系統(tǒng)脆弱性評估方法大多基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，采用移除策略和潮流計算來找出系統(tǒng)中的薄弱點，在這些脆弱性評估方法中大多不考慮線路的對地電容和線路電感的匹配情況。而目前配電網(wǎng)中發(fā)生的大多數(shù)破壞性故障為對地電容和線路電感諧振引起的鐵磁諧振過電壓故障，因此研究系統(tǒng)配電網(wǎng)鐵磁諧振過電壓方面的脆弱性，從配電網(wǎng)自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)和運行狀態(tài)的角度來評估系統(tǒng)鐵磁諧振過電壓脆弱性，找出系統(tǒng)潛在危險點就顯得尤為迫切和重要。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于鐵磁諧振過電壓機理的配電網(wǎng)脆弱性評估方法，從配電網(wǎng)鐵磁諧振過電壓產(chǎn)生的機理出發(fā)，分別定義了鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度和線路的自身鐵磁諧振過電壓脆弱度的量值，這些脆弱度的大小和變化能有效辨識出在激發(fā)配電網(wǎng)諧振過電壓中存在的薄弱環(huán)節(jié)和潛在的危險點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：基于鐵磁諧振過電壓機理的配電網(wǎng)脆弱性評估方法，包含以下步驟：步驟1、基于等效原理，建立配電網(wǎng)移除線路i后，其余線路的等效參數(shù)模型，依此建立配電網(wǎng)中的第i條線路的鐵磁諧振重要度模型T(i)；建立配電網(wǎng)中第n組電壓互感器的鐵磁諧振重要度模型I(n)；步驟2、根據(jù)線路鐵磁諧振重要度模型T(i)和電壓互感器鐵磁諧振重要度模型I(n)，根據(jù)公式(1)計算線路i的鐵磁諧振過電壓脆弱度Vt(i)，公式(1)為：Vt(i)＝Ul2·T(i)·I(i)，其中Ul為線電壓有效值；步驟3、根據(jù)公式(2)計算配電網(wǎng)整體鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度Vt，公式(2)為：其中N為配電網(wǎng)中的線路數(shù)量。本發(fā)明的進一步方案是，所述步驟1中，其余線路的等效參數(shù)模型包括結(jié)構(gòu)電阻RCONi，結(jié)構(gòu)電感LCONi，結(jié)構(gòu)電容CCONi；線路i的鐵磁諧振重要度模型T(i)為：其中ω為配電網(wǎng)角頻率，ω＝2πf，f為配電網(wǎng)頻率。本發(fā)明的進一步方案是，所述步驟1中，第n組電壓互感器的鐵磁諧振重要度模型I(n)；當(dāng)配電網(wǎng)及電壓互感器未接入抑制措施時，其中XLe為該組電壓互感器在線電壓下的勵磁感抗；當(dāng)三相電壓互感器的中性點上裝有消諧電阻Rpt時，當(dāng)配電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地或電阻接地時，其中Z0為配電網(wǎng)中性點的阻抗，L0為消弧線圈的電感，R0為中性點電阻，ω為配電網(wǎng)角頻率，ω＝2πf，f為配電網(wǎng)頻率；當(dāng)配電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地或電阻接地，同時三相電壓互感器的中性點上裝有消諧電阻Rpt時，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：從配電網(wǎng)鐵磁諧振過電壓產(chǎn)生的機理出發(fā)，分別定義了鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度和線路的自身鐵磁諧振過電壓脆弱度的量值，對這些脆弱度的大小和變化進行量化，能有效辨識出在激發(fā)配電網(wǎng)諧振過電壓中存在的薄弱環(huán)節(jié)和潛在的危險點。附圖說明圖1為本發(fā)明脆弱性評估方法流程圖。圖2為采用本發(fā)明進行脆弱性評估的試驗線路圖。圖3為基于ATP-EMTP的IEEE34節(jié)點仿真模型。圖4為線路鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度分布圖。圖5為基于ATP-EMTP仿真模型的配網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致鐵磁諧振時電壓互感器一次側(cè)三相電流波形圖。圖6為對基于ATP-EMTP仿真模型增加消諧電阻后的配網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致鐵磁諧振時電壓互感器一次側(cè)三相電流波形圖。圖7為對基于ATP-EMTP仿真模型增加消弧線圈后的配網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致鐵磁諧振時電壓互感器一次側(cè)三相電流波形圖。圖8為對基于ATP-EMTP仿真模型增加消諧電阻和消諧電阻后的配網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致鐵磁諧振時電壓互感器一次側(cè)三相電流波形圖。圖9為線路20未加抑制措施時發(fā)生故障導(dǎo)致鐵磁諧振時母線三相電壓波形仿真結(jié)果圖；圖10為線路12未加抑制措施時發(fā)生故障導(dǎo)致鐵磁諧振時母線三相電壓波形仿真結(jié)果圖；圖11為線路3未加抑制措施時發(fā)生故障導(dǎo)致鐵磁諧振時母線三相電壓波形仿真結(jié)果圖。具體實施方式如圖1所示的基于鐵磁諧振過電壓機理的配電網(wǎng)脆弱性評估方法，包含以下步驟：步驟1、基于等效原理，建立配電網(wǎng)移除線路i后，其余線路的等效參數(shù)模型。包括根據(jù)公式(3)計算線路i的結(jié)構(gòu)電容CCONi，即為不受線路i斷線影響的所有支路的對地電容總和：公式(3)為：CCONi＝C1+C2+…+Ci-1，其中C1、C2、…、Ci-1為線路i前后兩節(jié)點合并后剩余所有線路等效對地電容。結(jié)構(gòu)電容CCONi越大，則發(fā)生不對稱故障時，零序電容電流越大，越容易發(fā)生鐵磁諧振，且諧振的頻率越低。以及根據(jù)公式(4)計算線路i的結(jié)構(gòu)電阻RCONi，即為不受線路i斷線影響的所有支路的總線路等效電阻：公式(4)為：RCONi＝R1+R2+…+Ri-1，其中R1、R2、…、Ri-1為線路i前后兩節(jié)點合并后剩余所有線路等效電阻。線路i的結(jié)構(gòu)電阻越大，則零序電容電流越小。還包括根據(jù)公式(5)計算線路i的結(jié)構(gòu)電感LCONi，即為不受線路i斷線影響的所有支路的總的線路等效電感：公式(5)計：LCONi＝L1+L2+…+Li-1，其中L1、L2、…、Li-1為線路i前后兩節(jié)點合并后剩余所有線路等效電感。線路i的結(jié)構(gòu)電感越大，則零序電容電流越小。綜合考慮結(jié)構(gòu)電阻RCONi，結(jié)構(gòu)電感LCONi，結(jié)構(gòu)電容CCONi，依此建立配電網(wǎng)中的線路i的鐵磁諧振重要度模型T(i)；其中ω為配電網(wǎng)角頻率，ω＝2πf，f為配電網(wǎng)頻率。建立配電網(wǎng)中第n組電壓互感器的鐵磁諧振重要度模型I(n)；當(dāng)配電網(wǎng)及電壓互感器未接入抑制措施時，其中XLe為該組電壓互感器在線電壓下的勵磁感抗；當(dāng)三相電壓互感器的中性點上裝有消諧電阻Rpt時，當(dāng)配電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地或電阻接地時，由于消弧線圈和中性點電阻與電壓互感器并聯(lián)，零序沖擊電流將會被消弧線圈和中性點電阻分流，則其中Z0為配電網(wǎng)中性點的阻抗，L0為消弧線圈的電感，R0為中性點電阻，ω為配電網(wǎng)角頻率，ω＝2πf，f為配電網(wǎng)頻率；當(dāng)配電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地或電阻接地，同時三相電壓互感器的中性點上裝有消諧電阻Rpt時，綜合考慮線路的鐵磁諧振重要度T(i)、電壓互感器的鐵磁諧振重要度I(n)，以及各配網(wǎng)電壓等級的差異，根據(jù)公式(1)計算得到線路i的鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度Vt(i)為：Vt(i)＝Ul2·T(i)·I(i)，其中Ul為線電壓有效值。步驟3、根據(jù)公式(2)計算配電網(wǎng)整體鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度Vt，公式(2)為：其中N為配電網(wǎng)中的線路數(shù)量。Vt越大，代表此系統(tǒng)整體的脆弱性越高，發(fā)生諧振的概率越高。此時，可通過改善系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電壓互感器上加裝消諧裝置、系統(tǒng)中性點由不接地方式改為經(jīng)消弧線圈或大電阻接地等方式來降低系統(tǒng)鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度。以如圖2所示的IEEE34節(jié)點為例，基于ATP-EMTP仿真平臺建立如圖3所示的仿真模型，驗證基于鐵磁諧振過電壓機理的配電網(wǎng)脆弱性評估方法的可行性。首先對線路參數(shù)進行統(tǒng)計分析，如表1、表2所示：表1表2接著按照步驟1中的計算公式，分別得到線路i的結(jié)構(gòu)電容CCONi、結(jié)構(gòu)電感LCONi和結(jié)構(gòu)電阻RCONi，在此基礎(chǔ)上得到線路i的鐵磁諧振重要度T(i)，計算結(jié)果如表3所示：表3線路1234567T(i)2.07954E-062.07954E-062.07954E-062.07954E-062.07954E-062.07954E-062.07954E-06線路891011121314T(i)2.07954E-062.07954E-062.01964E-042.01964E-042.01964E-042.01964E-042.01964E-04線路15161718192021T(i)2.01964E-042.01964E-042.01964E-042.01964E-042.14451E-042.14451E-042.14451E-04線路22232425262728T(i)2.14451E-042.14451E-042.14451E-042.14451E-042.14451E-042.14451E-042.49743E-04線路2930313233整體T(i)2.49743E-042.49743E-042.49743E-042.49743E-042.49743E-042.49743E-04然后分別針對未接入抑制措施、三相電壓互感器的中性點上裝有消諧電阻、配電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地或電阻接地、配電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地或電阻接地，同時三相電壓互感器的中性點上裝有消諧電阻四種情況，計算電壓互感器的鐵磁諧振重要度I(n)。接著按照公式(1)得到線路i的鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度Vt(i)，計算結(jié)果如圖4的前33個線路編號所示。最后按照公式(2)得到整體配電網(wǎng)的鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度Vt，計算結(jié)果如圖4的第34個線路編號所示。圖4為通過計算得到的包含前i個節(jié)點的配網(wǎng)鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度大小，可以看出當(dāng)加入一些常見抑制措施后，配網(wǎng)相應(yīng)的脆弱度都降低了，通過圖5～圖8也可以看出加入抑制措施后相應(yīng)的諧振能量都衰減到正常狀態(tài)。還可從圖4中看出三相電壓互感器的中性點上裝有消諧電阻后的鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度比未接抑制措施時的鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度要明顯小很多，但兩者的變化趨勢相同，都是斷線的線路越遠(yuǎn)離母線(即線路編號越大)，鐵磁諧振過電壓的結(jié)構(gòu)脆弱度越大。進一步分析，兩者的變化趨勢均與線路的鐵磁諧振重要度T(i)相同，說明在未接抑制措施和接入消諧電阻時，線路的鐵磁諧振重要度對整體的結(jié)構(gòu)脆弱度影響較大，對系統(tǒng)的脆弱性影響較大。而在系統(tǒng)接入消弧線圈后，此時系統(tǒng)的鐵磁諧振結(jié)構(gòu)脆弱度主要由電壓互感器的鐵磁諧振重要度決定。相比之下，線路的鐵磁諧振重要度對系統(tǒng)鐵磁諧振結(jié)構(gòu)脆弱度的影響就微不足道。因此，在系統(tǒng)接入消弧線圈后，每條線路的鐵磁諧振過電壓結(jié)構(gòu)脆弱度基本相同、接近于零。從圖4中可以看出對于未加抑制措施時，不同線路發(fā)生故障導(dǎo)致鐵磁諧振過電壓的脆弱度大小不同，為驗證其合理性選取典型三條線路進行仿真驗證說明，分別為線路20、線路12和線路3，從圖4中可以看出其脆弱度依次變小，圖9、圖10和圖11分別為線路20、線路12和線路3未加抑制措施時發(fā)生故障導(dǎo)致鐵磁諧振時母線三相電壓波形，從波形圖可以看出，線路3和線路12在發(fā)生故障導(dǎo)致鐵磁諧振過電壓時的母線三相電壓幅值比線路20的電壓幅值低，線路3故障時電壓幅值比線路12發(fā)生故障時的幅值低。三條線路故障時導(dǎo)致的鐵磁諧振過電壓幅值變化與其脆弱度大小變化一致，脆弱性評估方法合理性得到驗證。當(dāng)前第1頁1 2 3