专利名称：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
技术领域：
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：
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
准确级额定一次电额定一次电流下的相位差在额定准确流下的电流土’±crad限值一次电误差(%)流下的复合 误差(%)5P±1601.85IOP±3--10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。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Tp = 20 30ms，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。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-ο
ωΤΤ -γKtd =(e “ -e η) +
Τρ-Τ、对于两次通电循环C-t' -0-tft_C-t〃 -0:
3
Kld = ^-(e Tp -e ;)-sin r' xe 7； +~p—{e Tp ~e 7；) + 1
Tp_TsTp "Ts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。以实测的一台lgso20型的电流互感器为例当 Tp = IOOms 时，Ktd = 10. 1 ；当 Tp = 60ms 时，Ktd = 8. 18 ；当 Tp = 20ms 时，Ktd = 4. 71 ；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。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。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，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
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。本发明解决其技术问题所采用的技术方案为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(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。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。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。(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一次时间常数地点的短路电流瞬时值；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，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。(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。其计算方法如下首先，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

权利要求
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 <mrow><mi>I</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>A</mi><mo>*</mo><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;t</mi> <mo>+</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>B</mi><mo>*</mo><msup> <mi>e</mi> <mrow><mo>-</mo><mfrac> <mi>t</mi> <msub><mi>T</mi><mi>p</mi> </msub></mfrac> </mrow></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，A*sin(ωt+π)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，①t时刻采样点为U(t)；②t+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 <mrow><mi>ln</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>I</mi><mn>2</mn> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>ln</mi><mi>B</mi><mo>-</mo><mfrac> <mi>t</mi> <msub><mi>T</mi><mi>p</mi> </msub></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>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。FSA00000272519200021.tif,FSA00000272519200022.tif,FSA00000272519200024.tif
全文摘要
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。
文档编号G01R19/00GK101957398SQ20101028375
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者唐宝锋, 范辉 申请人:河北省电力研究院