本發(fā)明涉及換流站接地網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種換流站短路電流分流系數(shù)仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

輸電線路對(duì)地短路故障是電力系統(tǒng)中常見的故障，電站內(nèi)或周圍發(fā)生線路對(duì)地短路時(shí)，短路電流會(huì)通過換流站接地網(wǎng)入地。最大入地故障電流的計(jì)算是換流站及變電站接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，直接與電站安全性能有關(guān)，這是由于最大入地電流將產(chǎn)生最嚴(yán)重的地電位升、跨步電壓和接觸電壓。電站發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流并不完全從電站接地網(wǎng)絡(luò)入地，而是存在多個(gè)散流途徑。由于線路地線和中性點(diǎn)接地的變壓器與電站接地網(wǎng)相連，故障時(shí)地線與變壓器將對(duì)入地電流起到分流的作用。由于真正對(duì)電站產(chǎn)生危害的是通過電站地網(wǎng)入地的電流，而該電流值無法直接測(cè)量得到，在這種情況下設(shè)計(jì)接地時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮電站短路電流的分流系數(shù)，即真正通過變電站接地網(wǎng)入地的電流與短路電流的比通過分流系數(shù)與測(cè)量測(cè)到的短路電流大小可以反算出入地電流的大小。因此，研究短路電流分流系數(shù)對(duì)于正確評(píng)估接地系統(tǒng)的性能有著重要的意義。

目前，計(jì)算架空地線分流系數(shù)的方法有序分量法和相分量法，序分量法是建立序分量模型，按照序網(wǎng)絡(luò)法計(jì)算出每檔架空地線中的電流以及流經(jīng)桿塔接地裝置的電流，再計(jì)算出架空地線分走的電流及分流系數(shù)。相分量法最早是由加拿大的f.dawalibi博士提出的，其給出了計(jì)算短路電流分布的相分量模型，進(jìn)而提出了采用鏈?zhǔn)诫娐返膯蝹?cè)消去、雙側(cè)消去的計(jì)算方法，該模型能很好地反映實(shí)際情況，準(zhǔn)確度較高。

但是，換流站不僅包含交流系統(tǒng)，還包含直流系統(tǒng)，設(shè)備繁多，系統(tǒng)復(fù)雜，現(xiàn)有分流系數(shù)計(jì)算方法需要對(duì)換流站模型進(jìn)行大量的簡(jiǎn)化，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差別較大。還有大多數(shù)方法僅能計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)的分流系數(shù)，無法實(shí)現(xiàn)暫態(tài)分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種換流站短路電流分流系數(shù)仿真方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有計(jì)算方法結(jié)果誤差大，不能實(shí)現(xiàn)換流站暫態(tài)分析的問題。

第一方面，本發(fā)明提供了一種換流站短路電流分流系數(shù)仿真方法，基于pscad和matlab平臺(tái)，所述方法包括：

根據(jù)換流站中變壓器、接地網(wǎng)和龍門架的結(jié)構(gòu)參數(shù)在所述pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站模型，根據(jù)換流站相連接的輸電線路參數(shù)在所述pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站線路模型；

所述pscad平臺(tái)中的換流站模型和換流站線路模型仿真短路故障；

讀取所述pscad平臺(tái)仿真得到的短路電流和入地電流，并將仿真短路電流和入地電流的波形導(dǎo)入matlab平臺(tái)；

所述matlab平臺(tái)計(jì)算分析所述仿真短路電流和入地電流的波形，分別得到所述換流站模型暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的短路電流分流系數(shù)。

可選的，所述pscad平臺(tái)中的換流站模型和換流站線路模型仿真短路故障，具體包括：

在所述pscad平臺(tái)中創(chuàng)建故障產(chǎn)生模塊，所述故障產(chǎn)生模塊作用于所述換流站模型和換流站線路模型；

所述pscad平臺(tái)仿真所述換流站模型和換流站線路模型發(fā)生短路故障。

可選的，所述將仿真短路電流和入地電流的波形導(dǎo)入matlab平臺(tái)，之后還包括：

在所述matlab平臺(tái)中分析所述換流站模型短路電流和入地電流的頻譜特性。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種換流站短路電流分流系數(shù)仿真系統(tǒng)，基于pscad和matlab平臺(tái)，所述系統(tǒng)包括：

模型創(chuàng)建模塊：用于根據(jù)換流站的結(jié)構(gòu)參數(shù)創(chuàng)建換流站模型，根據(jù)所述換流站相連接的輸電線路參數(shù)創(chuàng)建換流站線路模型；

故障產(chǎn)生模塊：用于產(chǎn)生短路故障，并作用于所述換流站模型和換流站線路模型；

仿真分析模塊：用于仿真分析所述換流站模型和換流站線路模型的短路故障，并分別獲得仿真短路電流和入地電流；

讀取模塊：用于讀取pscad平臺(tái)得到的仿真短路電流和入地電流，并將所述仿真短路電流和入地電流的波形導(dǎo)入matlab平臺(tái)；

計(jì)算分析模塊：用于根據(jù)導(dǎo)入的仿真短路電流和入地電流的波形分別得到換流站模型暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的短路電流分流系數(shù)。

可選的，所述換流站的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括變壓器、接地網(wǎng)和龍門架的參數(shù)。

可選的，所述換流站相連接的輸電線路參數(shù)包括桿塔、架空地線、相線和電纜的參數(shù)。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

本發(fā)明提供一種換流站短路電流分流系數(shù)仿真方法及系統(tǒng)，該方法包括：根據(jù)換流站中變壓器、接地網(wǎng)和龍門架的結(jié)構(gòu)參數(shù)在pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站模型，根據(jù)換流站相連接的輸電線路參數(shù)在pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站線路模型，pscad平臺(tái)中的換流站模型和換流站線路模型仿真短路故障，讀取pscad平臺(tái)仿真得到的短路電流和入地電流，并將仿真短路電流和入地電流的波形導(dǎo)入matlab平臺(tái)，matlab平臺(tái)計(jì)算分析仿真短路電流和入地電流的波形，分別得到換流站模型暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的短路電流分流系數(shù)。本發(fā)明通過在pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站模型和換流站線路模型，較為全面地包含了換流站及線路上的各種設(shè)備，能夠正確反映各設(shè)備對(duì)短路電流分流系數(shù)的影響，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，而且通過matlab平臺(tái)簡(jiǎn)便地計(jì)算換流站發(fā)生短路故障時(shí)暫態(tài)及穩(wěn)態(tài)地短路電流分流系數(shù)，計(jì)算方法簡(jiǎn)便易行，計(jì)算速度快。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種換流站短路電流分流系數(shù)仿真方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種換流站短路電流分流系數(shù)仿真方法中s200的詳細(xì)流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種換流站站內(nèi)短路時(shí)電流分布示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的富寧500kv換流站短路仿真產(chǎn)生的短路電流波形；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的富寧500kv換流站短路仿真產(chǎn)生的入地電流波形；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種換流站短路電流分流系數(shù)仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，為本發(fā)明實(shí)施例提供的換流站短路電流分流系數(shù)仿真方法的流程圖。

本發(fā)明實(shí)施例提供的換流站短路電流分流系數(shù)仿真方法基于pscad平臺(tái)和matlab平臺(tái)，所述方法包括：

s100：根據(jù)換流站中變壓器、接地網(wǎng)和龍門架的結(jié)構(gòu)參數(shù)在所述pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站模型，根據(jù)換流站相連接的輸電線路參數(shù)在所述pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站線路模型。

具體地，pscad(powersystemscomputeraideddesign)是世界上廣泛使用的電磁暫態(tài)仿真軟件，emtdc(electromagnetictransientsincludingdc)是其仿真計(jì)算核心，pscad為emtdc提供圖形操作界面。pscad采用時(shí)域分析求解完整電力系統(tǒng)及微分方程(包括電磁和機(jī)電兩個(gè)系統(tǒng))，結(jié)果不僅非常精確，更值得一提的是它允許用戶在一個(gè)完備的圖形環(huán)境下靈活地建立電路模型，進(jìn)行仿真分析，用戶在仿真的同時(shí)，可以改變控制參數(shù)，從而直觀地看到各種測(cè)量結(jié)果和參數(shù)曲線，極大地方便用戶提高仿真的樂趣和效率。pscad里面提供豐富的元件庫(kù)，從簡(jiǎn)單的無源元件到復(fù)雜的控制模塊，以致電機(jī)、facts裝置、電纜線路等模型都有涵蓋，如果這些還不夠用的話，pscad允許用戶自定義的方式全新定義一個(gè)模塊，新模塊可以由元件庫(kù)里提供的模塊組合形成，也可以用fortrain寫一個(gè)。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，運(yùn)行人員熟悉現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，熟悉換流站中變壓器、接地網(wǎng)和龍門架等結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)這些結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇pscad圖形界面內(nèi)的元器件，并將這些元器件組裝起來，搭建換流站模型。

熟悉換流站相連接的輸電線路參數(shù)，如桿塔、架空地線回線數(shù)、相線數(shù)及電纜回?cái)?shù)等參數(shù)，根據(jù)pscad中的cables及transmissionline模型模擬電纜及架空地線，搭建換流站線路模型。

s200：所述pscad平臺(tái)中的換流站模型和換流站線路模型仿真短路故障。

具體地，在所述pscad平臺(tái)中，換流站模型和換流站線路模型仿真短路故障，仿真分析換流站短路故障時(shí)的電流分布情況。短路故障仿真分析如圖2所示，具體步驟如下：

s201：在所述pscad平臺(tái)中創(chuàng)建故障產(chǎn)生模塊，所述故障產(chǎn)生模塊作用于所述換流站模型和換流站線路模型。

s202：所述pscad平臺(tái)仿真所述換流站模型和換流站線路模型發(fā)生短路故障。

具體地，在pscad中創(chuàng)建故障產(chǎn)生模塊，故障產(chǎn)生模塊作用于換流站模型和換流站線路模型，使得換流站模型和換流站線路模型發(fā)生短路故障，pscad平臺(tái)模擬仿真分析換流站模型和換流站線路模型發(fā)生短路故障時(shí)的電流分布情況。短路故障包括暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個(gè)過程，因此分析結(jié)果中包括換流站模型暫態(tài)部分和穩(wěn)態(tài)部分的短路電流分布情況。其中，換流站穩(wěn)態(tài)指的是換流站系統(tǒng)正常，三相對(duì)稱的運(yùn)行狀態(tài)，其運(yùn)行參量持續(xù)在某一平均值附近變化，由于變化很小，可以認(rèn)定為常數(shù)。換流站暫態(tài)指的是從一種穩(wěn)定狀態(tài)到另一種穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程，過渡過程其運(yùn)行參量會(huì)發(fā)生較大的變化。

s300：讀取所述pscad平臺(tái)仿真得到的短路電流和入地電流，并將仿真短路電流和入地電流的波形導(dǎo)入matlab平臺(tái)。

具體地，pscad軟件是世界上廣泛使用的電磁暫態(tài)仿真軟件，在pscad平臺(tái)中，故障產(chǎn)生模塊作用于換流站模型和換流站線路模型，仿真換流站模型發(fā)生線路短路，短路電流流經(jīng)換流站模型和換流站線路模型中的架空地線、電纜、接地網(wǎng)和變壓器中性點(diǎn)等。短路電流存在多個(gè)散流途徑，如圖3所示，由于架空地線和中性點(diǎn)接地的變壓器與換流站接地網(wǎng)相連，故障時(shí)架空地線與變壓器對(duì)入地電流起到分流作用，因此可在pscad平臺(tái)中獲得短路電流和入地電流。

pscad平臺(tái)通過仿真計(jì)算得到換流站模型和換流站線路模型發(fā)生短路故障時(shí)的短路電流和入地電流，而pscad平臺(tái)只能進(jìn)行仿真分析，無法進(jìn)行后續(xù)計(jì)算，因此本申請(qǐng)基于pscad平臺(tái)和matlab平臺(tái)聯(lián)合仿真，pscad平臺(tái)進(jìn)行模擬仿真分析，matlab平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算分析。matlab是美國(guó)mathworks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。因此將仿真短路電流和入地電流的波形導(dǎo)入matlab平臺(tái)，通過matlab平臺(tái)對(duì)仿真短路電流和入地電流的波形進(jìn)行計(jì)算分析。

s400：所述matlab平臺(tái)計(jì)算分析所述仿真短路電流和入地電流的波形，分別得到所述換流站模型暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的短路電流分流系數(shù)。

具體地，在matlab平臺(tái)中編寫程序，將pscad平臺(tái)仿真得到的換流站模型和換流站線路模型的短路電流和入地電流讀取至matlab平臺(tái)中，matlab平臺(tái)對(duì)導(dǎo)入的仿真短路電流和入地電流進(jìn)行分析計(jì)算，得到換流站模型的短路電流分流系數(shù)。

在pscad平臺(tái)中仿真了換流站模型和換流站線路模型的短路故障，短路故障包括暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個(gè)過程，因此在matlab平臺(tái)中可獲得穩(wěn)態(tài)時(shí)的短路電流分流系數(shù)和暫態(tài)時(shí)的短路電流分流系數(shù)。

參見圖3，換流站包含2回架空地線、變壓器和接地網(wǎng)，換流站站內(nèi)發(fā)生單相短路故障，短路電流為is，該短路電流經(jīng)過2回架空地線分流的電流分別為iw1和iw3，變壓器中性點(diǎn)分流的電流為in，接地網(wǎng)入地電流為ig，其中，短路電流is、架空地線分流電流iw1和iw3及變壓器中性點(diǎn)分流電流in的大小均可直接測(cè)量得知，而接地網(wǎng)入地電流無法直接測(cè)量得到，可以通過公式計(jì)算得到：

ig＝is-iw1-iw2-in

而分流系數(shù)ke可通過公式ke＝ig/is計(jì)算得到。

在分析換流站短路電流分流系數(shù)時(shí)，短路故障發(fā)生位置、換流站接地電阻值、桿塔接地電阻值、換流站進(jìn)出線數(shù)量、電纜長(zhǎng)度等參數(shù)都對(duì)換流站短路電流分流系數(shù)產(chǎn)生影響。

還有，為進(jìn)一步區(qū)分換流站穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)故障時(shí)電流分量的不同，使用matlab平臺(tái)分析仿真短路電流和入地電流的頻譜特性。

以富寧500kv換流站為例，根據(jù)富寧500kv換流站實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)和線路參數(shù)搭建換流站模型和換流站線路模型，在pscad平臺(tái)中創(chuàng)建故障產(chǎn)生模塊，如設(shè)置短路點(diǎn)靖西1回交流線第一級(jí)桿塔處，故障產(chǎn)生模塊作用于換流站模型，對(duì)換流站模型和換流站線路模型進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真得到的短路電流波形如圖4所示，入地電流如圖5所示；將仿真短路電流和入地電流的波形導(dǎo)入matlab平臺(tái)，matlab平臺(tái)計(jì)算得到的換流站暫態(tài)短路電流分流系數(shù)為24.04％，穩(wěn)態(tài)短路電流分流系數(shù)為24.51％。

本發(fā)明實(shí)施例提供的換流站短路電流分流系數(shù)仿真方法基于pscad和matlab平臺(tái)，該方法包括：根據(jù)換流站中變壓器、接地網(wǎng)和龍門架的結(jié)構(gòu)參數(shù)在pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站模型，根據(jù)換流站相連接的輸電線路參數(shù)在pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站線路模型，pscad平臺(tái)中的換流站模型和換流站線路模型仿真短路故障，讀取pscad平臺(tái)仿真得到的短路電流和入地電流，并將仿真短路電流和入地電流的波形導(dǎo)入matlab平臺(tái)，matlab平臺(tái)計(jì)算分析仿真短路電流和入地電流的波形，分別得到換流站模型暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的短路電流分流系數(shù)。本發(fā)明實(shí)施例基于pscad和matlab平臺(tái)聯(lián)合仿真，在pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站模型和換流站線路模型，較為全面地包含了換流站及線路上的各種設(shè)備，能夠正確反映各設(shè)備對(duì)短路電流分流系數(shù)的影響，并且通過matlab平臺(tái)準(zhǔn)確計(jì)算短路電流分流系數(shù)，實(shí)現(xiàn)換流站暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析，計(jì)算方法簡(jiǎn)便易行，計(jì)算速度快。

基于本發(fā)明實(shí)施例提供的換流站短路電流分流系數(shù)仿真方法，本發(fā)明還提供了一種換流站短路電流分流系數(shù)仿真系統(tǒng)，如圖6所示，該系統(tǒng)包括pscad平臺(tái)100和matlab平臺(tái)200，pscad平臺(tái)包括模型創(chuàng)建模塊101、故障產(chǎn)生模塊102和仿真分析模塊103，matlab平臺(tái)200包括讀取模塊201和計(jì)算分析模塊，其中：

模型創(chuàng)建模塊101：用于根據(jù)換流站的結(jié)構(gòu)參數(shù)創(chuàng)建換流站模型，換流站結(jié)構(gòu)參數(shù)包括變壓器、接地網(wǎng)和龍門架等參數(shù)；根據(jù)換流站相連接的輸電線路參數(shù)創(chuàng)建換流站線路參數(shù)，輸電線路參數(shù)包括桿塔、架空地線、相線、電纜等參數(shù)，如架空地線回?cái)?shù)、電纜回?cái)?shù)等參數(shù)。

故障產(chǎn)生模塊102：用于產(chǎn)生短路故障，并作用于所述換流站模型和換流站線路模型，短路故障包括暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個(gè)過程。

仿真分析模塊103：故障產(chǎn)生模塊102產(chǎn)生的短路故障作用于換流站模型，使得換流站模型和換流站線路模型發(fā)生短路故障，pscad平臺(tái)仿真分析換流站模型的短路故障，并分別獲得仿真短路電流和入地電流。

讀取模塊201：用于讀取pscad平臺(tái)仿真得到的短路電流和入地電流，并將仿真短路電流和入地電流的波形導(dǎo)入matlab平臺(tái)。

計(jì)算分析模塊202：用于根據(jù)導(dǎo)入的仿真短路電流和入地電流的波形分別得到換流站模型暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的短路電流分流系數(shù)。

從上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的換流站短路電流分流系數(shù)仿真系統(tǒng)較為全面地包含了換流站及線路上的各種設(shè)備，根據(jù)這些設(shè)備參數(shù)在pscad平臺(tái)中創(chuàng)建換流站模型和換流站線路模型，對(duì)換流站短路故障進(jìn)行仿真分析，并通過matlab平臺(tái)對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得到換流站暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的短路電流分流系數(shù)。本發(fā)明能夠正確反映換流站各設(shè)備對(duì)分流系數(shù)的影響，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)分流系數(shù)的計(jì)算，并進(jìn)行暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里發(fā)明的公開后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。