电网故障条件下电压跌落评估及其应用

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1、电网故障条件下电压跌落评估及其应用1绪论1.1研究背景及意义随着我国智能电网建设进程的不断深入，电力系统对动态电能质量和供电可靠性的要求也越来越高，传统的电网供电可靠性研究中并没有考虑电压跌落等暂态电能质量问题。而电网电压跌落评估是将其纳入供电可靠性研究的基础。现有的电压跌落评估算法多考虑跌落幅度与跌落频次，而对另一个关键量即电压跌落持续时间关注较少。因此，对电力系统进行带持续时间的电压跌落进行评估以及将电压跌落因素考虑到电网供电可靠性当中具有十分重要的理论和现实意义。电压跌落，也可称为电压骤降、电压暂降、电压下跌、电压四陷等，是反映电力系统中电压短暂下降的

2、一种电压波动现象，是一种较短暂的动态过程，并不是供电电压的完全中断[14-16]。到目前为止，学术界尚没有一个完全统一的电压跌落定义。在IEEE(InstituteofElectricalElectronicEngineers)标准中电压跌落被定义为：电力系统中某处的电压有效值突然下降至额定值的90%~10%，并在随后的10ms~lmin的短暂持续期后恢复正常IEC(InternationalElectroTechnicalmission)标准中对电压跌落的定义与IEEE标准不同之处在于其电压有效值下降至额定值的90%?1%[8]，持续时间则为半个周期至几秒

3、钟。目前国内一般沿用IEEE标准，用来描述电压跌落的特征量主要有电压跌落的幅值，电压跌落时的相位跳变，以及电压跌落的持续时间，一般在进行电压跌落评估时多考虑电压跌落幅值和持续时间如图1.1所示为某电压跌落的波形示意图。.........1.2相关问题研究现状我国在电压跌落评估方面的研宄时间不长，但是目前供电部门和电力用户对此的需求却是与日剧增。近些年国内学者在电压跌落和计及电压跌落的电网可靠性分析方面取得了一定的成果，为后续的相关研究打下了理论和实践基础[48-52]。目前，电压跌落评估的方法主要集中在基于实测数据电压跌落评估方法和基于数学理论的随机预测评估

4、分析法两个方面：文献[53-55]介绍了基于实测数据的电压跌落评估方法，该方法通过在电网不同电压等级线路上不同类型的电力用户安装监测装置，记录电压跌落发生的情况来获取测量数据。这种方法可以对不同的电压跌落幅值和发生电压跌落的次数进行统计，最终得到不同类型用户发生电压跌落的均值。该方法能够综合考虑引起电压跌落的因素，且方便操作，获得的数据较准确，过程直观。但选择的电力用户类型不同会直接影响到最终的结果，同时当网络拓扑结果变化时必须重新安装监测装置。实际运行中也难以长期使用监测设备获取数据。因此，该方法不具有普遍性。电压跌落的随机预估法将故障的发生视为随机事件，

5、通过大量己有的各类电网故障统计数据建立数学模型，在理论上预估由故障导致的电压跌落。随机预估法一般基于以下假设：电压在发生故障的极短时间内下降到跌落H陷域内；故障切除后系统电压能够立即恢复到正常水平[56_59]。......2基于系统保护及重合阐动作特性的电压跌落评估方法2.1线路故障及单端跳阐时系统电压计算方法本文主要以电力网络短路或接地故障导致的电压跌落问题为研究对象。如何求解故障状态下系统中各个母线PCC节点的电压是电压跌落分析的基础。电网的正常运行和故障时的运行状态均可以用节点电压方程来描述。利用节点电压方程可以方便地计算节点故障电流和电压。对于给定

6、的目标分析网络，根据网络参数形成节点阻抗矩阵，可以计算出节点各种故障条件下的故障电流以及电压，是电网故障分析的一种重要方法。下面用如图2.1所示的n节点复杂电网来说明用节点阻抗矩阵的故障电压、电流计算方法。阻抗矩阵中新增加的元素包括故障点m与系统中原有节点的互阻抗和故障点m的自阻抗。系统中任意节点g与故障点m之间的互阻抗可以采用注入电流法进行求取，即假设在其他节点注入电流为零时，在故障点m处注入电流，然后求出节点g的电压，用节点g的电压相量除以故障点m的注入电流相量，即可求出两点之间的互阻抗。......2.2实际系统中几种典型保护动作特性由于不同保护装置的

7、保护方式不同、保护区域和动作时限也各不相同[95，96]。即使故障发生在同一条线路上，由于故障区域的不同保护动作时限不同从而使得系统发生故障时断路器跳阐时间、故障隔离时间不同，进而导致研究节点的电压跌落持续时间不同。为了研究系统中各个节点带时限的电压跌落频次评估结果，则需对目标系统中各条线路的保护类型、保护范围、配置方式以及动作时限等情况进行分析。下面就对电网中几种典型保护特性进行介绍。距离保护就是反应故障点与保护装置装设点之间距离（线路长度），并根据距离的远近而确定动作时间的一种继电保护方式。距离保护装置是利用故障时节点的电压和电流之间的关系，计算电压与电

8、流之间的比值即为保护安装点至故障点间的阻抗值，此阻抗