电力系统三相短路故障临界切除时间快速求取方法研究

电力系统三相短路故障临界切除时间快速求取方法研究
发表时间：2016-12-21T14:58:45.943Z 来源：《电力设备》2016年第21期作者：吴淘李永东简哲徐浩[导读] 直接法计算结果为初值，用时域仿真方法进行精确搜索，可同时满足精度和速度的要求。

（国网冀北电力有限公司检修分公司北京 102488）
摘要：对于电力系统下的三相短路故障临界切除时间的求取方法,直接法计算速度快但其模型简单计算精度低，时域仿真法精度高但耗时长。

通过分析PEBS法，讨论了它的误差范围。

考虑直接法与时域仿真分析优势互补，提出一种混合方法，在计算临界切除时间时，以直接法计算结果为初值，用时域仿真方法进行精确搜索，可同时满足精度和速度的要求。

关键词：PEBS，时域仿真，混合法，二分法搜索，临界切除时间
0 引言：
随着电网的建设,系统复杂性提高，对暂态稳定极限的求取越来越重要。

当前暂态稳定分析的主要工具是直接法和时域仿真法。

时域仿真法基于严格的数学模型和求解方法，能够精确反映大干扰下系统的运行情况。

直接法避开了时域仿真法的逐步积分过程，并且能够给出量化结果，在电力系统暂态稳定分析中有广泛应用。

现在直接法的研究基本转向能量函数法，主要集中在三个方面：①算法自身修正[1-4]；②与其他算法、理论结合[5]；③工程应用。

三相短路故障临界切除时间（CCT）是反映电力系统稳定极限的重要参数，近年来对它有许多研究。

本文首先讨论了PEBS法的误差范围，然后提出以PEBS法计算结果为初值，在误差范围内用时域仿真法精确搜索的混合算法。

1.时域仿真法
时域仿真法采用详细模型和逐步积分（SBS）方法，可得到故障后系统的精确运行轨迹。

该方法首先建立系统状态变量的微分方程及网络的代数方程（1）。

然后以某一稳态的潮流计算结果作为初始状态，求解该联立方程组。

三相短路故障是最严重的故障类型，其临界切除时间具有表征系统暂态稳定性的能力。

一般地，临界切除时间越大，表征系统抵御故障的能力越强。

临界切除时间一般可采用能量函数法或时域仿真法计算求得。

采用时域仿真试算的方法，逐次逼近临界切除时间。

4.2直接法为初值的时域仿真分析
由于PEBS法误差分析采用概率统计方法，直接法为初值的时域仿真分析步骤：
①直接法计算临界切除时间
②设置故障极限时间初值
③计算初始潮流
④设置时域仿真法的计算步长
⑤设置故障时间，其中故障开始时间，结束时间
⑥用时域仿真法进行暂态稳定计算
⑦使用二分法寻找最小区间，
⑧判断是否找到CCT，若没有则根据结果重新设置搜索区间。

⑨计算结束
其中，步骤⑦中将积分区间小于积分步长设置为搜索终止条件，与时域仿真法的精度相符合。

步骤⑧通过记录计算结束时最小区间两端点处的稳定情况判断计算是否成功：若两时间点处系统都稳定则CCT计算失败，重新设置计算区间；若两时间点处系统都失稳则CCT 计算失败，重新设置计算区间；若处系统失稳，处系统稳定则计算成功。

直接法为初值的时域仿真法计算临界切除时间流程图如下：
图3：混合法求解CCT流程图
5.总结
PEBS法作为一种常用的电力系统简化分析方法误差主要来自能量表达式的精确性和模型的简化，算法分析表明现有的PEBS算法误差基本保持在20%内；本文提出的以PEBS为初值、用时域仿真法精确搜索的混合算法既保证了结果的精度也大大提高了计算速度。

参考文献
[1]陈磊，闵勇．考虑暂态电压跌落限制的直接法暂态稳定分析[J]．电力系统自动化，2006，30（21）6-10
[2]夏成军，茹锋，胡会骏，等．一种基于故障轨迹的暂态能量裕度计算方法[J]．继电器，2004，32（18）1-5
[3]白雪峰，姜彤，郭志忠．基于Taylor级数法动态步长控制的暂态能量函数法[J]．电力自动化设备，2004，24（3）29-31．
[4]房大中，张尧，宋文南，等．修正的暂态能量函数及其在电力系统稳定性分析中的应用[J]．中国电机工程学报，1998，18（3）200-203
[5]刘辉，闵勇，张毅威等．电力系统暂态稳定域近似边界可信域及其扩展[J]．中国电机工程学报，2008，28（31）9-14．。