[發明專利]一種含高溫超導限流器的電網短路電流計算方法

有效

• 申請號: 201811203645.X
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109446608B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 余夢澤;洪海峰;郇嘉嘉;隋宇;潘險險;張小輝;潘靖
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司;廣東電網有限責任公司電網規劃研究中心;廣東電網有限責任公司汕頭供電局
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G06F17/16
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

本發明公開了一種含高溫超導限流器的電網短路電流計算方法，包括：建立含HTS?FCL的短路電流計算模型；在模型里輸入電網數據和故障信息；對原網絡化簡；構建化簡后網絡的導納矩陣；對導納矩陣進行三角分解；通過前推回代法求解出電壓向量；根據電壓向量重新計算非線性支路的阻抗，并更新導納矩陣；計算故障節點相鄰支路電流之和，并進一步計算電流偏差；判斷電流偏差是否小于預設閾值，若是，則計算完成；將故障節點和限流器兩端母線的三序電流注入線性網絡，求解其余各母線電壓、支路電流。本發明提供的技術方案，具有計算簡單、結果準確、實用性強等優點，能夠為含高溫超導限流器的電網安全穩定分析、繼電保護整定計算等提供依據。

技術領域

本發明實施例涉及電網短路電流計算技術領域，尤其涉及一種含高溫超導限流器的電網短路電流計算方法。

背景技術

隨著社會經濟的高速發展，全國許多地區電網電力負荷持續增長，裝機容量不斷增大，電網建設得到進一步加強和完善。堅強的網絡結構在滿足電網負荷持續增長的同時，也造成了電網短路電流水平較高的問題，某些變電站的短路電流水平已經逼近斷路器的遮斷能力，短路電流問題已經成為制約電網安全穩定運行和規劃發展的突出因素。近年來高溫超導技術的發展促進了高溫超導限流器(High?Temperature?Superconducting?FaultCurrent?Limiter，HTS-FCL)在電力系統中的應用。飽和型HTS-FCL的主要結構包括交流一次繞組、直流勵磁繞組、鐵心，如圖1所示。其中，交流一次繞組分別繞制在兩個不同的鐵心上并串聯在電網中，線圈產生方向相同的磁場；由超導材料制成的直流勵磁繞組跨接在兩個鐵心上，同時為兩個鐵心提供勵磁電流。

電網正常運行時，直流勵磁回路的快速開關處于閉合狀態，直流電源U_dc提供的勵磁電流使得兩個鐵心處于深度飽和狀態，由于正常運行時限流器一次繞組電流i₁是幅值不大的正常負載電流，產生的交變磁場不足以使鐵心磁場退出飽和，一次繞組磁鏈變化較小，此時限流器處于低感抗狀態。當電網發生短路故障，限流器一次繞組中流過幅值急劇增大的短路電流，其產生的交變磁場使得兩個鐵心磁場在一個周期內相繼退出飽和，處于短時非飽和狀態，一次繞組磁鏈發生突變，此時限流器處于高感抗狀態，起到限制短路電流的作用。另一方面，在短路故障發生瞬間，限流器的控制單元將快速開關斷開，在滅磁電阻R_dc2的作用下勵磁電流i₂迅速衰減，鐵心退出飽和狀態，此時限流器感抗進一步增大，可更有效地限制短路電流。當故障切除，快速開關閉合，限流器恢復到正常運行時的飽和狀態。

傳統的電網短路電流計算方法將各個元件均處理為一個恒定的阻抗，發電機用次暫態電抗替代、線路和變壓器均處理為線性阻抗，因此電力網絡可用一個線性的電路網絡模擬。傳統的電網短路電流計算過程如下：

(1)形成線性網絡的導納矩陣Y，節點電壓U與節點電流I滿足關系I＝YU；

(2)對導納矩陣進行三角分解Y＝LU；

(3)置節點n的注入電流為單位1，其他節點注入電流為0，即I＝[0，0，…，1，…，0]^T；

(4)通過前推回代法求解電壓向量U，向量中第n個元素的值即為節點n的系統等值阻抗Z_n；

(5)計算節點n的短路電流水平I_Kn＝1/Z_n。

重復以上(3)～(5)即可求解任何節點的短路電流。

而對于HTS-FCL，其等效電抗值取決于通過的電流，而短路電流抑制效果與限流器電抗大小有關，因此HTS-FCL的阻抗—電流特性呈現非線性，不能用一個固定的阻抗模擬，無法采用傳統的短路電流計算方法。如果仍然應用傳統短路電流計算方法，則將帶來不容忽視的偏差；在非線性元件附近短路時，則帶來完全錯誤的計算結果。目前國內外針對HTS-FCL的研究主要集中在特性參數、樣機研制與優化配置等方面，尚無含HTS-FCL的短路電流計算方法的研究。