本发明提供了一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法,包括以下步骤:根据牵引变电站节点设定的有功功率P、无功功率Q值,计算出牵引变电站高压侧母线的基波电压幅值和相位;根据基波电压幅值和相位计算出实时的节点电压,查询牵引变电站的功率-电压曲线,得到实际的负载功率;计算牵引变电站进线侧的基波电流值;根据各次谐波电流与基波电流的幅值比值,计算出各次谐波电流值的实部和虚部;将各次谐波电流值的实部和虚部,反馈给PSASP主程序。本发明的用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法,能够根据高速铁路牵引变电站的谐波和低压自动减载的特征进行暂态稳定计算,从而提高了暂态稳定分析的精度。
1.一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法,其特征在于,包括以下步骤:根据牵引变电站节点设定的有功功率P、无功功率Q值,把整个牵引变电站当作PQ节点来处理,计算出牵引变电站高压侧母线的基波电压幅值和相位;根据基波电压幅值和相位计算出实时的节点电压,并根据节点电压查询牵引变电站的功率-电压曲线,得到实际的负载功率;根据查得的负载功率计算牵引变电站进线侧的基波电流值;根据各次谐波电流与基波电流的幅值比值,计算出牵引变电站实际注入电力系统的各次谐波电流值的实部和虚部;将各次谐波电流值的实部和虚部,反馈给PSASP主程序。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述牵引变电站高压侧母线的基波电压幅值和相位由电力系统分析综合程序计算,并输入牵引变电站模型中。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述牵引变电站模型将各次谐波电流值的实部和虚部反馈给电力系统分析综合程序。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据节点电压查询牵引变电站的功率-电压曲线,得到实际的负载功率包括以下步骤:查询牵引变电站的功率-电压曲线得到功率发挥系数;将功率发挥系数乘以额定功率得到实际的负载功率。技术领域
本发明涉及电力系统暂态稳定分析领域,特别是涉及一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法。
背景技术
随着改革开放和现代化建设的深入发展,我国铁路电气化建设步伐不断加快。铁路电气化牵引以其高速、重载、节约一次能源和环境污染轻等优点而被越来越广泛地应用在现代铁路运输中。随着高速铁路的迅猛发展,电气化铁路已成为电力系统的主要负荷之一。电力机车作为一种大功率整流负荷,当其接入电网运行时,在电力系统中产生的大量谐波和负序分量,如不采取措施加以治理,将对电气设备及电网的电压质量和电力系统的安全经济运行造成严重的威胁。因此,电牵引负荷谐波问题自提出以来,就得到了包括我国在内的世界上很多国家的铁道部门和电力部门有关科研人员的高度重视,并展开了一系列的研究。在以往的电力系统暂态稳定分析计算中,牵引变电站一般情况下都是处理成PQ节点,即采用功率恒定模型来进行电力系统的暂态稳定分析。但是,牵引负荷波动性大,并向电网注入谐波,特别是当电力系统发生故障时,牵引变电站高压侧电压急剧下降,此时高速动车组会自动调节负载的功率,类似电力系统的低压减载,因此,在电力系统暂态稳定计算中牵引变电站采用PQ模型所得到的结果通常会与实际结果有一定的差异,会出现较大的误差,不能准确地反映电力系统暂态稳定的真实情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法,能够根据高速铁路牵引变电站的谐波和低压自动减载的特征进行暂态稳定计算,从而提高了暂态稳定分析的精度。为了解决上述问题,本发明公开了一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法,包括以下步骤:根据牵引变电站节点设定的有功功率P、无功功率Q值,把整个牵引变电站当作PQ节点来处理,计算出牵引变电站高压侧母线的基波电压幅值和相位;根据基波电压幅值和相位计算出实时的节点电压,并根据节点电压查询牵引变电站的功率-电压曲线,得到实际的负载功率;根据查得的负载功率计算牵引变电站进线侧的基波电流值;根据各次谐波电流与基波电流的幅值比值,计算出牵引变电站实际注入电力系统的各次谐波电流值的实部和虚部;将各次谐波电流值的实部和虚部,反馈给PSASP主程序。进一步地,所述牵引变电站高压侧母线的基波电压幅值和相位由电力系统分析综合程序计算,并输入牵引变电站模型中。进一步地,所述牵引变电站模型将各次谐波电流值的实部和虚部反馈给电力系统分析综合程序。进一步地,所述根据节点电压查询牵引变电站的功率-电压曲线,得到实际的负载功率包括以下步骤:查询牵引变电站的功率-电压曲线得到功率发挥系数;将功率发挥系数乘以额定功率得到实际的负载功率。与现有技术相比,本发明具有以下优点:本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法中考虑了动车组负荷的功率-电压特性,当电压下降时牵引变电站功率迅速下降,因此得出的暂态稳定分析结果更为精确,提高了电力系统暂态稳定分析的精度,具有极为重要的工程使用价值。另外,通过在PSASP中采用用户自定义接口实现牵引变电站模型,从而可以方便地应用于大型多机电力系统暂态稳定分析中。
附图说明
图1是本发明一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站的计算方法实施实例的流程图;图2是本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法中的牵引变电站的功率发挥曲线图;图3是本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法实施实例的电网络图;图4是本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法实例仿真后牵引变电站高压侧功率变化曲线比较图;图5是本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法实例仿真后牵引变电站高压侧电流变化曲线比较图。图6是本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法实例仿真后牵引变电站高压侧母线电压变化曲线比较图。图7是本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法实例仿真后发电机功角波动变化曲线(G5-G6)。图8是本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法实例仿真后发电机功角波动变化曲线(G5-G4)。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法是在PSASP(Powerxa0Systemxa0Analysisxa0Softwarexa0Package,电力系统分析综合程序)中,采用用户自定义模型的方法,建立用于电力系统暂态稳定分析的牵引变电站模型,以模拟外部电力系统发生各种故障导致牵引变电站高压侧电压变化的情况下,牵引变电站的谐波和特有的功率-电压特性对电力系统暂态稳定性的影响。参照图1,示出本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法实施例,包括以下步骤:步骤101,根据牵引变电站节点设定的有功功率P、无功功率Q值,把整个牵引变电站当作PQ节点来处理,计算出牵引变电站高压侧母线的基波电压幅值V和相位θ。其中,通过在PSASP(Powerxa0Systemxa0Analysisxa0Softwarexa0Package,电力系统分析综合程序)中输入有功功率P的值和无功功率Q的值,PSASP便可以直接计算得出牵引变电站高压侧母线的基波电压幅值V和相位θ。步骤102,根据基波电压幅值V和相位θ计算出实时的节点电压ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="73"/>并根据节点电压查询牵引变电站的功率-电压曲线,从而得到实际的负载功率ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="18"/>因为牵引变电站负荷波动大,有谐波和负序电流注入系统,且机车的功率随着电压下降快速下降,这是交直交型动车组的共同特征。通常情况下,机车的功率与电压的关系如图2所示。其中,横轴表示节点电压,纵轴表示功率发挥系数S_V,即,实际功率占额定功率的比例。其中,牵引变电站二次侧接触网的额定电压是27.5kV,从图2可以看出,当接触网电压在22.5-30kV之间变化时,功率发挥系数S_V为100%,即,机车实际的负载功率可以达到100%,也就是额定功率。当电压在19-22.5kV之间变化时,功率发挥系数S_V从100%线性降低到85%,即,机车实际的负载功率从额定功率线性减少到额定功率的85%。而当电压进一步下降到17.5kV时,功率发挥系数S_V从85%迅速降低到0,即,机车实际的负载功率也线性地迅速下降为0。而当电压高于31kV时,机车上的过电压保护动作,机车功率也将为0。也就是说,接触网的正常工作电压范围为19-30kV,低于或高于这个电压范围,为了机车的安全,机车功率都迅速下降为0。假设负载功率的功率因数不变,那么根据步骤101中计算出的基波电压幅值V和相位θ可以得出实时的节点电压ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="73"/>然后根据实时的节点电压查询图2的功率-电压曲线可以得出当前机车的功率发挥系数S_V,该功率发挥系数S_V与额定功率的乘积便是当前机车的实际负载功率ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="18"/>步骤103,根据实际的负载功率计算牵引变电站进线侧的基波电流值ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="66"/>根据牵引变电站的功率-电压特性查表得功率发挥系数S_V,利用复功率计算公式ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="60"/>得到牵引变电站负载的基波电流:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="328"/>其中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="12"/>为基波电流相角,I₁为基波电流幅值。前述公式中的S和角度φ的取值通过如下方式计算:假设牵引变电站的额定功率为:S=P+jQxa0=S(cosφ+jsinφ)故:S=P2+Q2,]]>φ=tan-1QP]]>步骤104,根据各次谐波电流与基波电流的幅值比值β_i,计算出牵引变电站实际注入电力系统的各次谐波电流值的实部i_iR和虚部i_iI。其中,各次谐波电流与基波电流的幅值比值β_i为通过现场实测并统计得出的固定值。在计算各次谐波电流值的实部与虚部时,通过对应的各次谐波电流与基波电流的幅值比值β_i计算得出注入牵引变电站的各次谐波电流值i_i:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="372"/>其中,其实部为ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="227"/>虚部为ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="210"/>其中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="12"/>为谐波电流幅角。步骤105,将各次谐波电流值的实部i_iR和虚部i_iI,反馈给PSASP主程序。PSASP主程序根据反馈的各次谐波电流值的实部i_iR和虚部i_iI来进行暂态稳定分析计算,提高了分析的精度,从而得到更为准确的分析结果。其中,在前述的电力系统暂态稳定计算方法中所采用的牵引变电站模型属于PSASP中的自定义模型(UD模型),通过PSASP中向自定义模型中输入牵引变电站高压侧母线电压的幅值和相位,而计算得出各次谐波电流值的实部与虚部并返回给PSASP以进行电力系统的暂态稳定计算。具体的输入输出如表1所示:表1牵引变电站模型的参数表ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="642"/>下面结合具体实例对采用本发明的基于牵引变电站模型的电力系统暂态稳定计算方法进行的暂态稳定分析结果和采用基于PQ模型而进行的暂态稳定分析结果进行说明。参照图3,假设牵引变电站接在29号节点上,系统在2秒时在16号节点上发生三相金属性接地短路,2.08秒结束。参照图4,示出基于牵引变电站模型(自定义模型)和PQ模型计算出的牵引变电站高压侧功率变化曲线。可以看出,基于牵引变电站模型计算出的功率变化曲线中功率最低为2.5(标幺值),而PQ模型的功率最低为3.0(标幺值)。参照图5,示出采用牵引变电站模型(自定义模型)和PQ模型计算出的牵引变电站高压侧电流变化曲线。可以看出,基于牵引变电站模型计算出的电流变化曲线中电流最低小于3.5(标幺值),而PQ模型计算的电流最低小于4(标幺值)。参照图6,示出采用牵引变电站模型(自定义模型)和PQ模型计算出的牵引变电站高压侧母线电压变化曲线。可以看出,基于牵引变电站模型计算出的母线电压变化曲线和基于PQ模型计算的母线电压变化曲线是一致。参照图7和图8,图7示出采用牵引变电站模型(自定义模型)和PQ模型计算出的电力系统中G5-G6发电机功角波动变化曲线,图8示出G5-G6发电机功角波动变化曲线。可以看出,基于牵引变电站模型和基于PQ模型计算出的发电机组的功角波动变化除了在故障发生时稍有区别外,故障切除后的动态响应几乎一样。G5-G6的功角曲线较G5-G4的功角曲线变化大一些,是因为它们离牵引变电站和短路点更近一些,牵引功率变化的效果得到了放大。究其理由,当电力系统中发生短路故障时,如果短路点远离牵引变电站,牵引变电站高压侧母线电压下降不多(不低于70%),牵引变电站的负荷变化不大,基本上与PQ模型一样。而当牵引变电站高压侧母线电压下降较大时,牵引变电站的负荷功率会迅速下降,正好在一定程度上缓解了故障期间系统功率的不平衡,其效果类似切负荷,而且是随电压降低自动切负荷,这对电力系统暂态稳定性是有利的。综上所述,因为本发明的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法中考虑了动车组负荷的功率-电压特性,当电压下降时牵引变电站功率迅速下降,因此得出的暂态稳定分析结果更为精确,提高了电力系统暂态稳定分析的精度,具有极为重要的工程使用价值。另外,通过在PSASP中采用用户自定义接口实现牵引变电站模型,从而可以方便地应用于大型多机电力系统暂态稳定分析中。以上对本发明所提供的一种用于电力系统暂态分析的牵引变电站计算方法进行了详细介绍,本文中应用了具体实例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。