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1、(10)申请公布号 CN 101957398 A (43)申请公布日 2011.01.26 CN 101957398 A *CN101957398A* (21)申请号 201010283753.X (22)申请日 2010.09.16 G01R 19/00(2006.01) G01R 31/02(2006.01) G01R 35/02(2006.01) (71)申请人 河北省电力研究院 地址 050021 河北省石家庄市体育南大街 238 号河北省电力研究院 (72)发明人 唐宝锋 范辉 (74)专利代理机构 石家庄新世纪专利商标事务 所有限公司 13100 代理人 张杰 (54) 发明名称 。
2、一种基于机电与电磁暂态混合仿真技术检测 计算电网一次时间常数的方法 (57) 摘要 本发明涉及一种电网一次时间常数的检测计 算方法。本发明的方法步骤如下 ： (1) 利用国内 广泛应用的电力系统分析综合程序 (PSASP)， 并 且根据电网的实际参数及网络拓扑结构进行电网 的机电暂态建模 ； (2) 对于需要计算电网一次时 间常数的地点， 利用实际电网参数在 PSASP 下进 行电磁暂态建模， 并在该地点设置接地短路故障 ； (3) 利用机电与电磁暂态混合仿真方法得到电网 短路点的短路电流 ； (4) 将短路电流中的工频分 量滤除， 得到随时间衰减的直流电流分量， 并利用 数学计算方法求得直流。
3、电流分量的衰减时间常 数， 即为电网的一次时间常数。 本发明是一种便于 普通技术人员应用的、 并且非常简便快捷的计算 电网一次时间常数的方法。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 5 页 CN 101957398 A1/1 页 2 1. 一种基于机电与电磁暂态混合仿真技术检测计算电网一次时间常数的方法， 其特征 在于 ： 采用如下的方法步骤 ( 一 ) 利用电力系统分析综合程序 PSASP 根据电网的实际参数及网络拓扑结构建立电 网的机电暂态模型 ； ( 二 ) 利用电力系统分析综合程序 PSASP， 对。
4、于需要计算电网一次时间常数的地点， 利 用实际电网参数建立地区局部电网的电磁暂态模型， 并在该需要计算电网一次时间常数的 地点设置接地短路故障 ： 在需要计算电网一次时间常数的地点增设故障元件， 设置单相接 地故障， 故障时间选择为单相母线瞬时电压接近零的时刻， 此时短路电流具有全偏移特性， 能够获得最大的非周期分量， 有利于提高计算精度， 所述地区局部电网的电磁暂态模型可以是发电机模型、 或者是变压器模型， 或者是线 路模型， 或者是以上几种模型的任意组合 ； (三)利用PSASP的机电与电磁暂态混合仿真功能， 自动计算获得待检测电网一次时间 常数地点的短路电流瞬时值 ； ( 四 ) 将短路。
5、电流中的工频分量滤除， 得到随时间衰减的直流电流分量， 并利用数学计 算方法求得直流电流分量的衰减时间常数， 即为电网的一次时间常数 ； 计算方法如下 ： 首先， 利用滤波方法将计算得到的电网短路电流瞬时值中的周期分量滤除， 得到按时 间常数衰减的非周期分量， 暂态短路电流包含周期分量和直流衰减分量， 如下式 式中， A*sin(t+) 为周期分量，为非周期分量， Tp 为需要求解的电网一次时 间常数， 采用半周延时叠加的方法滤除周期分量， 具体实现方法为 ： 假设， t 时刻采样点为 U(t) ； t+T/2 时刻采样点为 U(t+T/2)， T 为周期分量的周期时间， 即为 20ms， 将。
6、 t 时 刻 与 t+T/2 时 刻 的 采 样 值 叠 加， 得 到 滤 波 后 的 t 时 刻 采 样 值 u(t) U(t)+U(t+T/2)， 其次， 根据上面计算得到的电网暂态短路电流非周期分量， 利用数学计算方法求取式 (1) 中的 Tp 值， 即为电网一次时间常数， 具体实现方法为 ： 对两侧取自然对数， 则 如 (2) 式的线性函数， ln(I2(t) 和 t 的关系成一条直线， 直线的斜率即为根据有 效计算数据， 计算其斜率并最终得到电网一次时间常数 Tp 的值。 权 利 要 求 书 CN 101957398 A1/5 页 3 一种基于机电与电磁暂态混合仿真技术检测计算电网一。
7、次 时间常数的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种基于机电与电磁暂态混合仿真检测计算电网一次时间常数的方 法。 背景技术 0002 在我国当前的电流互感器检测中， 根据国家标准 GB/T 1208-1997 电流互感器 中 的规定， 只是针对其稳态误差进行检测， 并绘制 5或 10误差曲线。其准确限值应满足以 下标准 ： 0003 0004 随着国民经济的发展和国家对电力系统的大力投入， 电力系统正朝着高电压、 大 电网的方向发展， 电网的短路容量迅速增大。因此， 在系统故障初始阶段， 电流互感器的暂 态特性对继电保护装置的影响也发展到了不能忽视的程度。目前， 国家电网公司也在积极 制定相。
8、关行业标准， 要求各地方电网公司对电流互感器的暂态特性进行必要的测试工作。 0005 电网一次时间常数的大小对电流互感器暂态特性分析的结果有直接的影响。 系统 不同地点Tp差异较大， 输电线路的Tp2030ms， 大型发变组Tp可达200ms以上。 因此， 准确计算电流互感器安装地点的电网一次时间常数， 是电流互感器暂态特性检测的重要前 提和基础。 0006 电网一次时间常数 (Tp) 对保护用电流互感器的影响主要体现在 ： 0007 电流互感器暂态面积系数 Ktd 是反应电流互感器抗饱和能力的一个重要参数， 对 于单次通电循环 C-t-O ： 0008 0009 对于两次通电循环 C-t -。
9、O-tfr-C-t -O ： 说 明 书 CN 101957398 A2/5 页 4 0010 0011 不同的 Tp 计算出来的电流互感器暂态面积系数 Ktd 的值不同， 而且相差较大。 0012 以实测的一台 lgso20 型的电流互感器为例 ： 0013 当 Tp 100ms 时， Ktd 10.1 ； 0014 当 Tp 60ms 时， Ktd 8.18 ； 0015 当 Tp 20ms 时， Ktd 4.71 ； 0016 由此可见， 准确计算电网一次时间常数， 是电流互感器暂态特性分析的重要前提。 0017 此外， 电网一次时间常数 (Tp) 决定了短路电流非周期分量衰减的快慢。如。
10、果发生 线路差动保护区外故障， 两侧的电流互感器感受到的暂态衰减电流差值如果超过差动保护 的定值， 将会引起差动保护的误动作。 0018 如附图 6(a)、 (b) 所示为在相同短路电流下， 由于不同系统一次时间常数导致的 电流互感器饱和特性曲线图。图 (a) 中 Tp 32.8ms， 图 (b) 中 Tp 200ms， 从两图的对比 中可以看出， (a) 中 Tp 值较小， 电流互感器发生了轻微的饱和， 在故障后的 5 个周期内， 电 流互感器的饱和现象消失。(b) 中 Tp 值较大， 导致电流互感器在故障后的第一个周期即发 生了深度饱和。在第 10 个周期电流互感器的饱和现象仍然存在。此时。
11、， 检测到的系统短路 电流小于系统的实际短路电流， 容易导致继电保护装置的拒动。 发明内容 0019 本发明的目的就在于提供一种便于普通技术人员应用的、 并且非常简便快捷的计 算电网一次时间常数的方法。 0020 本发明解决其技术问题所采用的技术方案为 ： 0021 一种基于机电与电磁暂态混合仿真技术检测计算电网一次时间常数的方法， 采用 如下的方法步骤 0022 ( 一 ) 利用电力系统分析综合程序 PSASP 根据电网的实际参数及网络拓扑结构建 立电网的机电暂态模型。 0023 ( 二 ) 利用电力系统分析综合程序 PSASP， 对于需要计算电网一次时间常数的地 点， 利用实际电网参数建立。
12、地区局部电网的电磁暂态模型， 并在该需要计算电网一次时间 常数的地点设置接地短路故障 ： 在需要计算电网一次时间常数的地点增设故障元件， 设置 单相短路故障， 故障时间选择为单相母线瞬时电压接近零的时刻。故障时间选择为单相母 线瞬时电压靠近零的时刻， 此时短路电流具有全偏移特性， 能够获得最大的非周期分量， 有 利于提高计算精度。 0024 由于各地电网公司会定期开展电网规划及方式计算工作， 因此 PSASP 的机电暂态 模型可通过各地的调度部门直接获得。我们只需对地区局部电网进行电磁暂态模型的建 模， 模型可以是发电机模型、 变压器模型， 也可以是线路模型， 或者是以上几种模型的任意 组合。。
13、 因此， 电磁暂态建模非常简便， 降低了我们的工作强度， 提高了工作效率， 使得获取电 网一次时间常数的过程变得非常快捷。 0025 (三)利用PSASP的机电与电磁暂态混合仿真功能进行计算， 获得待检测计算电网 说 明 书 CN 101957398 A3/5 页 5 一次时间常数地点的短路电流瞬时值 ； 0026 机电暂态与电磁暂态仿真有着本质的区别。 电磁暂态仿真建模详细， 考虑非线性、 分布参数等特征， 基于三相瞬时值方式， 步长为微秒级 ； 机电暂态仿真简化建模， 采用集中 参数， 系统由基波相量模式描述， 步长为毫秒级。单纯的机电暂态仿真不能准确、 详细地模 拟系统局部快速变化过程，。
14、 而电磁暂态仿真受速度和规模的限制无法对全系统进行仿真。 因此， 实现电力系统机电暂态与电磁暂态混合仿真， 可开展基于大电网背景的电力系统分 析计算， 避免由于进行系统等值而造成了计算误差， 极大提高了仿真计算的准确性。 0027 ( 四 ) 将短路电流中的工频分量滤除， 得到随时间衰减的直流电流分量， 并利用数 学计算方法求得直流电流分量的衰减时间常数， 即为电网的一次时间常数。 0028 其计算方法如下 ： 0029 首先， 利用滤波方法将计算得到的电网短路电流瞬时值中的周期分量滤除， 得到 按时间常数衰减的非周期分量， 0030 暂态短路电流包含周期分量和直流衰减分量， 如下式 0031。
15、 0032 式中， A*sin(t+) 为周期分量，为非周期分量， Tp 为需要求解的电网一 次时间常数， 0033 采用半周延时叠加的方法滤除周期分量， 具体实现方法为 ： 0034 假设， t 时刻采样点为 U(t) ； 0035 t+T/2 时刻采样点为 U(t+T/2)， T 为周期分量的周期时间， 即为 20ms。 0036 将 t 时刻与 t+T/2 时刻的采样值叠加， 得到滤波后的 t 时刻采样值 u(t) U(t)+U(t+T/2)， 0037 其次， 根据上面计算得到的电网暂态短路电流非周期分量， 利用数学计算方法求 取式 (1) 中的 Tp 值， 即为电网一次时间常数， 0。
16、038 具体实现方法为 ： 0039 对两侧取自然对数， 则 0040 0041 如 (2) 式的线性函数， ln(I2(t) 和 t 的关系成一条直线， 直线的斜率即为 0042 根据有效计算数据， 计算其斜率并最终得到电网一次时间常数 Tp 的值。 0043 本发明的有益效果如下 ： 0044 系统一次时间常数是一个非常重要的参数。 本发明根据电力系统工程应用分析的 实际需要， 提出了一种基于机电与电磁暂态混合仿真技术检测计算电网一次时间常数的方 法， 增强了工程技术人员对电力系统的分析、 掌控能力， 是一种技术含量较高并且非常实用 得方法。而且本发明方法操作简单易于实施， 本行业普通技术。
17、人员就可掌握实施。 0045 电网的一次时间常数决定着电网短路电流非周期分量衰减的快慢。 差动保护做为 各种电力元件(发电机、 变压器、 输电线路、 电动机等)的主保护， 已经被广泛应用于各电压 说 明 书 CN 101957398 A4/5 页 6 等级的电力系统中。若区外发生系统短路故障， 当差动保护两侧的电流互感器安装地点的 一次时间常数差异较大时， 将会导致两侧的电流互感器的暂态特性呈现不同的特征， 一次 时间常数较大的电流互感器将会率先进入保护状态， 从而在差动保护中产生差动电流。差 动电流较大时， 会引起保护装置的误动作， 导致系统故障扩大化。 准确计算系统一次时间常 数， 将会对。
18、电流互感器的暂态特性有一个准确的把握， 通过继电保护定值的合理整定， 可避 免保护装置误动作情况的发生。 附图说明 0046 图 1 为实施例 1 中利用 PSASP 仿真工具建立的电磁仿真模型图。 0047 图 2 为实施例 1 中 D11YG 变压器模型 #2 侧系统短路故障电流波形图。 0048 图 3 为实施例 1 所述短路电流非周期分量取自然对数后的波形图。 0049 图 4 为实施例 2 中利用 PSASP 仿真工具建立的电磁仿真模型图。 0050 图 5 为实施例 2 中输电线路差动保护两侧获取的短路电流图。 0051 图 6(a) 为 Tp 32.8ms 时， 电流互感器饱和特。
19、性曲线图。 0052 图 6(b) 为 Tp 200ms 时， 电流互感器饱和特性曲线图。 具体实施方式 0053 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 下面结合实施方式和附图， 对 本发明做进一步详细说明。 在此， 本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明， 但并 不作为对本发明的限定。 0054 实施例 1 ： 0055 如图 1 所示为实施例 1 中利用 PSASP 仿真工具建立的电磁仿真模型图。电磁模型 包括发电机、 变压器、 输电线路及母线。电磁模型通过 ISF_PSASP-62 及 ISF_PSASP-64 两个 接口元件与机电仿真模型进行数据交互。在变压器的高压侧。
20、母线 Bus-12 上设置 A 相接地 短路故障。 0056 如图 2 所示为上述实施例 1 中变压器高压侧的 A 相短路电流波形图。利用半周延 时叠加算法滤除周期分量， 得到如图 2 中间的曲线所示的非周期分量。 0057 如图 3 所示为上述短路电流非周期分量取自然对数后的波形图。其中直线部分为 有效数值， 直线的斜率为从而得到准确的系统一次时间常数 Tp。 0058 实施例 2 0059 如图 4 所示为另一实施例中利用 PSASP 仿真工具建立的电磁仿真模型图。电磁模 型包括发电机、 变压器、 输电线路、 母线及开关。电磁模型通过 ISF_PSASP-22 接口元件与机 电仿真模型进行。
21、数据交互。在 Bus-2 母线上设置 A 相接地短路故障。 0060 如图 5 所示在输电线路两侧开关 Breaker-24 及 Breaker-36 所感受到的 A 相短路 电流图。 两侧的初始电流相同， 但是， 两侧的系统一次时间常数不同， Breaker-24侧的Tp值 为 212ms， 而 Breaker-36 侧的 Tp 值为 39.1ms。Breaker-36 侧电流非周期分量衰减较快， 1 个周波后非周期分量衰减到零 ； 而 Breaker-24 由于系统一次时间常数较大， 非周期分量衰 减较慢， 经 5 个周期后衰减到零。差动保护中出现的差动电流如图 5 中间的曲线所示， 在初 说 明 书 CN 101957398 A5/5 页 7 始几个周期内在继电保护装置中将出现较大的差动电流。差动电流大于继电保护定值时， 将会导致继电保护装置误动作。 说 明 书 CN 101957398 A1/5 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 101957398 A2/5 页 9 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 101957398 A3/5 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 101957398 A4/5 页 11 图 5 图 6(a) 说 明 书 附 图 CN 101957398 A5/5 页 12 图 6(b) 说 明 书 附 图 。