申请/专利权人：山东大学

申请日：2018-02-05

公开（公告）日：2020-07-03

公开（公告）号：CN108226713B

主分类号：G01R31/08(20060101)

分类号：G01R31/08(20060101)

优先权：

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2023.01.17#未缴年费专利权终止;2018.07.24#实质审查的生效;2018.06.29#公开

摘要：本发明公开了一种电压暂降同心松弛凹陷域分析方法，包括：求取电网的正序、负序、零序节点阻抗矩阵；确定导致电压暂降发生的故障类型、故障点；形成故障发生后的节点阻抗矩阵；求取电网的电压暂降值；确定故障的同心松弛凹陷域。本发明有益效果：以故障点为中心的同心松弛凹陷域分析，可有效减少凹陷域分析的工作量，可以更便捷的进行短路故障引起电压暂降影响范围的判定，为供电企业与电力用户因电压暂降造成经济损失的赔偿责任归属问题提供判断依据，具有很好的实际应用价值。

主权项：1.一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1根据实际电网参数及结构，分别获得电网的正序、负序、零序节点阻抗矩阵；2根据电压幅值信息以及电压零序分量信息，确定导致电压暂降发生的电网故障类型；通过故障定位确定导致电压暂降发生的故障点；所述步骤2中，导致电压暂降发生的电网故障类型具体为：故障类型包括：单相接地故障、两相短路接地故障、两端短路故障和三相短路故障；对于其中一相电压幅值低于均值，其他两相高于均值的确定为单相接地故障；对于两相电压幅值低于均值，另外一相高于均值的确定为两相短路接地故障或者两端短路故障；对于三相电压幅值均发成相近幅度的暂降的确定为三相故障；3根据故障点的互阻抗和自阻抗，形成故障发生后的节点阻抗矩阵；所述步骤3中，形成故障发生后的节点阻抗矩阵具体为：若故障发生在线路上，将故障点作为电网新增加的母线节点，相应的节点阻抗矩阵增加一阶；采用故障位置参数表示传输线上的故障发生位置，得到节点阻抗矩阵中有关故障点的互阻抗和自阻抗与故障参数的函数关系式；根据故障点的互阻抗和自阻抗完成故障后的节点阻抗矩阵；4将电网发生的故障分为对称故障和不对称故障；分别求取两种故障类型下的电网电压暂降值；5根据求取的电网电压暂降值，确定故障的同心松弛凹陷域。

全文数据：一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法技术领域[0001]本发明涉及一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法。背景技术[0002]随着现代化工业的迅猛发展，以微处理器为基础的控制系统、含有电力电子器件的负载设备以及计算机、可编程控制器等敏感负荷大量投入电网，在电能质量造成的投诉案例中，由电压暂降造成的用户投诉占80%以上，电压暂降已经成为最重要的电能质量问题。电压暂降将造成工厂停产以及敏感负荷停止工作甚至损坏，带来庞大的经济损失。进行电压暂降及其凹陷域的分析具有重要的理论和实际意义。[0003]目前传统凹陷域分析本质上是通过计算电力系统短路故障时敏感负荷处电压暂降情况，确定使其不能正常工作的故障点所在的区域，主要存在以下问题：[0004]1.电网中敏感负荷增多，对每个敏感负荷都做传统的凹陷域分析，极大的增加了凹陷域分析的工作量。[0005]2.不利于分清电压暂降事故中供用电双方各自的责任以及进行有效赔偿的界定。发明内容[0006]本发明的目的就是为了方便简洁的对电网进行电压暂降的分析以及能够使因电压暂降引起经济损失的责任划分明朗化，提供了一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，该方法确定电压暂降同心松弛凹陷域为以故障点为中心的故障造成的电压暂降幅值低于某一电压阈值的区域；当敏感负荷在同心松弛凹陷域内，则说明此次故障造成的电压暂降将会使敏感负荷不能正常工作，供电企业需依据相关法律及所签订的供电合同对电力用户进行赔偿；当敏感负荷在同心松弛凹陷域外，则说明此次故障造成的电压暂降不会影响敏感负荷的正常工作，供电企业无需履行对敏感负荷的经济赔偿义务。[0007]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案，包括：[0008]—种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，包括以下步骤：[0009]1根据实际电网参数及结构，分别获得电网的正序、负序、零序节点阻抗矩阵；[0010]2根据电压幅值信息以及电压零序分量信息，确定导致电压暂降发生的电网故障类型;通过故障定位确定导致电压暂降发生的故障点；[0011]3根据故障点的互阻抗和自阻抗，形成故障发生后的节点阻抗矩阵；[0012]4将电网发生的故障分为对称故障和不对称故障；分别求取两种故障类型下的电网电压暂降值；[0013]5根据求取的电网电压暂降值，确定故障的同心松弛凹陷域。[0014]进一步地，所述步骤⑵中，导致电压暂降发生的电网故障类型具体为：[0015]故障类型包括：单相接地故障、两相短路接地故障、两端短路故障和三相短路故障；[0016]对于其中一相电压幅值低于均值，其他两相高于均值的确定为单相接地故障；[0017]对于两相电压幅值低于均值，另外一相高于均值的确定为两相短路接地故障或者两端短路故障；[0018]对于三相电压幅值均发成相近幅度的暂降的确定为三相故障。[0019]进一步地，所述步骤2中，导致电压暂降发生的故障点所在的故障位置包括:母线节点或者电网线路。[0020]进一步地，所述步骤⑶中，形成故障发生后的节点阻抗矩阵具体为：[0021]若故障发生在线路上，将故障点作为电网新增加的母线节点，相应的节点阻抗矩阵增加一阶；[0022]采用故障位置参数表示传输线上的故障发生位置，得到节点阻抗矩阵中有关故障点的互阻抗和自阻抗与故障参数的函数关系式；[0023]根据故障点的互阻抗和自阻抗完成故障后的节点阻抗矩阵。[0024]进一步地，故障位置参数λ具体为：[0025][0026]式中，1#表示故障线路首节j点到故障点f的距离山k表示故障线路j_k的总长度。[0027]进一步地，故障点f的互阻抗Zmf和自阻抗Zff与故障参数λ的函数关系式具体为：[0030]其中，η=1,2,0分别表示发生不对称故障时的正序、负序和零序分量为故障点f和节点m之间的互阻抗：为节点m和故障线路首节点j的互阻抗，_为节点m和故障线路末节点k的互阻抗：故障线路首节点j的自阻抗，，为故障线路首节点j和故障线路末节点k的互阻抗：I故障线路末节点k的自阻抗。[0031]进一步地，所述步骤⑷中，对于对称故障：[0032][0033]其中，Um表示故障点f处发生三相短路故障时，任意节点m处电压暂降幅值;Zmf表示节点m与故障点f之间的互阻抗，Zff为故障点f的正序自阻抗，为节点m在故障发生前的电压有效值，：为故障点f在故障发生前的电压有效值。[0034]进一步地，所述步骤⑷中，对于不对称故障：[0035]任意节点m处若发生电压暂降，则其电压暂降幅值UsagS[0036]Usag=min{Um,A,Um,B,Um,c}；[0037]其中，1^、1^、1^分别为任意节点111处的48：三相电压有效值。[0038]进一步地，所述步骤⑸中，确定故障的同心松弛凹陷域，具体为：[0039]遍历电力网络中每一条支路，计算各条支路首末节点的电压暂降标么值，将此电压暂降标幺值和电压阈值比较：[0040]当节点电压标幺值小于阈值时，则该节点落入同心松弛凹陷域内；[0041]当节点电压标幺值大于阈值时，则该节点在同心松弛凹陷域外；[0042]节点或线路电压暂降标幺值与电压阈值相等时，则为临界暂降点，即同心松弛凹陷域的边界；[0043]通过遍历电网的所有支路，得到电网的同心松弛凹陷域。[0044]本发明有益效果：[0045]以故障点为中心的同心松弛凹陷域分析，可有效减少凹陷域分析的工作量，可以更便捷的进行短路故障引起电压暂降影响范围的判定，为供电企业与电力用户因电压暂降造成经济损失的赔偿责任归属问题提供判断依据，具有很好的实际应用价值。附图说明[0046]图1为电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法的流程示意图；[0047]图2为电压暂降的同心松弛凹陷域分析的结果示意图。具体实施方式：[0048]下面结合附图对本发明作进一步说明。[0049]本发明公开了一种电压暂降同心松弛凹陷域分析方法，如图1所示，包括以下步骤：[0050]1求取电网的正序、负序、零序节点阻抗矩阵；[0051]正序、负序具体为：[0052]通过实际电网参数及结构获得。认为正序和负序节点阻抗矩阵完全相同，求取其一即可。[0053]零序节点阻抗具体为：[0054]通过分析零序网络结构形成零序节点阻抗矩阵，当变压器的接线方式为YNy，Yyn，Yy，Dd类型大写为一次侧，小写为二次侧），其中，Y代表星形接线，D表示三角形接线，N表示中性线接不接地。即暂降电压的零序分量无法穿越变压器，暂降电压经变压器的变换后较未变换时减去了零序分量，可设零序阻抗为无限大。其他线路的零序阻抗可由实测获得，或由计算获得近似值，其与正序和负序节点阻抗矩阵相差较大。[0055]2确定导致电压暂降发生的故障类型、故障点；[0056]判断确定故障属于单相接地故障、两相短路接地故障、两端短路故障、三相短路故障：[0057]对于单相接地故障，其中一相电压幅值低于均值，其他两相高于均值；[0058]对于两相短路接地故障和两端短路故障，两相电压幅值低于均值，另外一相高于均值，电压零序分量较大者为两相短路接地故障；[0059]对于三相故障，则三相电压幅值均发成相近幅度的暂降。[0060]智能仪器、智能监测设备以及先进通信技术在电力系统中的广泛应用，使得以上用于判断的电压信息将很容易获得。[0061]导致电压暂降发生的故障所在故障位置，可以是母线节点，也可以是线路上的位置。具体故障位置通过设备终端FTU、DTU等对故障进行精确定位。[0062]3形成故障发生后的节点阻抗矩阵；[0063]若故障发生在线路上，则可将故障点f作为电网新增加的母线节点，相应的节点阻抗矩阵增加一阶。为表示传输线上的故障发生位置，采用故障位置参数λ表示如下：[0064][0065]式中山f表示线路首节点到故障点f的距离，1此表示支路j_k的总长度，采用故障参数λ来表征故障发生位置，由此可得到节点阻抗矩阵中有关故障点f的互阻抗Zmf和自阻抗Zff与故障参数λ的函数，如下式所示：[0068]η=1,2,0表示发生不对称故障时的正序、负序和零序分量^为故障点f和节点m之间的互阻抗，为节点m和故障线路首节点j的互阻抗，为节点m和故障线路末节点k的互阻抗，故障线路首节点j的自阻抗，为故障线路首节点j和故障线路末节点k的互阻抗故障线路末节点k的自阻抗。[0069]根据故障点的互阻抗和自阻抗即可完成故障后的节点阻抗矩阵。[0070]母线处也有可能发生短路故障，若故障发生在母线上，则使用原阻抗矩阵即可，不用增加节点。[0071]⑷求取电网的电压暂降值；[0072]求取短路故障发生时，各母线节点处的电压值，采用电压暂降解析式法对电网进行电压暂降分析，将电网发生的故障分为两大类，对称故障和不对称故障。1对称故障[0073]由叠加原理可知，系统发生故障的电压暂降值可由电压的正常分量与故障分量叠加得到。[0074]由节点阻抗矩阵的定义可知，其非对角元素叾^表示互阻抗，如下式所示：[0075][0076]其值表示i节点注入单位电流，其余节点没有电流注入时j节点处电压Uj与i节点处单位电流Ii的比值。[0077]由以上互阻抗的定义可求得节点m的故障分量ΔUmf如下式：[0078]ΔUmf=IfZmf[0079]式中，If表示故障电流，Zmf表示节点m与故障点f之间的互阻抗。[0080]节点阻抗矩阵的对角线元素Z11表示自阻抗，如下式所示：[0081][0082]其值表示i节点注入单位电流，其余节点没有电流注入时i节点处电压Ui与i节点处电流I1的比值。由以上自阻抗的定义可求得If如下式所示：[0083][0084]Zf为节点f处的故障电阻。金属性短路故障Zf=0则有式：[0085][0086]Um表示故障点f处发生三相短路故障时，任意节点m处电压有效值，即为电压暂降幅值。Zff为故障点f的正序自阻抗，：为节点m在故障发生前的电压有效值：为故障点f在故障发生前的电压有效值。[0087]2不对称故障[0088]在电网发生不对称故障情况下，采用对称分量法可将系统等值网络分为正序网络，负序网络和零序网络，对于每一序网络采用叠加原理计算。以下分析皆以A相为基准相。[0089]单相接地故障时任意节点m处的三相电压有效值为：[0090][0091]其中a=e」120。。[0092]BC相间短路故障时任意节点m处的三相电压有效值为：[0093][0094]BC相接地故障时任意节点m处的三相电压有效值为：[0095][0096]根据电压暂降幅值的定义：电压暂降幅值是指电压暂降期间的电压均方根值的大小，取三相最低相电压为该节点电压暂降幅值。因此任意节点m处若发生电压暂降，则其电压暂降幅值Usag为[0097]Usag=IIlin{Um，A,Um，B，Um，c}O[0098]5确定故障的同心松弛凹陷域。[0099]遍历电力网络中每一条支路，计算各条支路首末节点的电压暂降标么值，将此电压暂降标幺值和电压阈值比较，当节点电压标幺值小于阈值时，则该节点落入同心松弛凹陷域内，当节点电压标幺值大于阈值时，则该节点在同心松弛凹陷域外，节点或线路电压暂降标幺值与电压阈值相等时，则为临界暂降点，即同心松弛凹陷域的边界。通过遍历电网的所有支路，得到电网的同心松弛凹陷域，并作出同心松弛凹陷域范围图，如图2所示。[0100]上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

权利要求：1.一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1根据实际电网参数及结构，分别获得电网的正序、负序、零序节点阻抗矩阵；2根据电压幅值信息以及电压零序分量信息，确定导致电压暂降发生的电网故障类型;通过故障定位确定导致电压暂降发生的故障点；⑶根据故障点的互阻抗和自阻抗，形成故障发生后的节点阻抗矩阵；4将电网发生的故障分为对称故障和不对称故障；分别求取两种故障类型下的电网电压暂降值；⑸根据求取的电网电压暂降值，确定故障的同心松弛凹陷域。2.如权利要求1所述的一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，其特征在于，所述步骤⑵中，导致电压暂降发生的电网故障类型具体为：故障类型包括:单相接地故障、两相短路接地故障、两端短路故障和三相短路故障；对于其中一相电压幅值低于均值，其他两相高于均值的确定为单相接地故障；对于两相电压幅值低于均值，另外一相高于均值的确定为两相短路接地故障或者两端短路故障；对于三相电压幅值均发成相近幅度的暂降的确定为三相故障。3.如权利要求1所述的一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，其特征在于，所述步骤⑵中，导致电压暂降发生的故障点所在的故障位置包括:母线节点或者电网线路。4.如权利要求1所述的一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，其特征在于，所述步骤⑶中，形成故障发生后的节点阻抗矩阵具体为：若故障发生在线路上，将故障点作为电网新增加的母线节点，相应的节点阻抗矩阵增加一阶；采用故障位置参数表示传输线上的故障发生位置，得到节点阻抗矩阵中有关故障点的互阻抗和自阻抗与故障参数的函数关系式；根据故障点的互阻抗和自阻抗完成故障后的节点阻抗矩阵。5.如权利要求4所述的一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，其特征在于，故障位置参数λ具体为：式中山f表示故障线路首节j点到故障点f的距离，Ijk表示故障线路j-k的总长度。6.如权利要求4所述的一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，其特征在于，故障点f的互阻抗Zmf和自阻抗Zff与故障参数λ的函数关系式具体为：其中，η=1，2，O分别表示发生不对称故障时的正序、负序和零序分量;Z=为故障点f和节点m之间的互阻抗，为节点m和故障线路首节点j的互阻抗，为节点m和故障线路末节点k的互阻抗，Zf故障线路首节点j的自阻抗，Z=为故障线路首节点j和故障线路末节点k的互阻抗，Zf故障线路末节点k的自阻抗。7.如权利要求1所述的一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，其特征在于，所述步骤⑷中，对于对称故障：其中，Um表示故障点f处发生三相短路故障时，任意节点m处电压暂降幅值;Zmf表示节点m与故障点f之间的互阻抗，Zff为故障点f的正序自阻抗，C,Γ为节点m在故障发生前的电压有效值，"Γ为故障点f在故障发生前的电压有效值。8.如权利要求1所述的一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，其特征在于，所述步骤⑷中，对于不对称故障：任意节点m处若发生电压暂降，则其电压暂降幅值Usag为其中，1^、1^、1^分别为任意节点111处的厶8：三相电压有效值。9.如权利要求1所述的一种电压暂降的同心松弛凹陷域分析方法，其特征在于，所述步骤⑸中，确定故障的同心松弛凹陷域，具体为：遍历电力网络中每一条支路，计算各条支路首末节点的电压暂降标么值，将此电压暂降标幺值和电压阈值比较：当节点电压标幺值小于阈值时，则该节点落入同心松弛凹陷域内；当节点电压标幺值大于阈值时，则该节点在同心松弛凹陷域外；节点或线路电压暂降标幺值与电压阈值相等时，则为临界暂降点，即同心松弛凹陷域的边界；通过遍历电网的所有支路，得到电网的同心松弛凹陷域。

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