專利名稱：一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析領域，特別是涉及一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 的牽引變電站計算方法。
背景技術：
隨著改革開放和現(xiàn)代化建設的深入發(fā)展，我國鐵路電氣化建設步伐不斷加快。鐵 路電氣化牽引以其高速、重載、節(jié)約一次能源和環(huán)境污染輕等優(yōu)點而被越來越廣泛地應用 在現(xiàn)代鐵路運輸中。隨著高速鐵路的迅猛發(fā)展，電氣化鐵路已成為電力系統(tǒng)的主要負荷之 一。電力機車作為一種大功率整流負荷，當其接入電網(wǎng)運行時，在電力系統(tǒng)中產生的大量諧 波和負序分量，如不采取措施加以治理，將對電氣設備及電網(wǎng)的電壓質量和電力系統(tǒng)的安 全經濟運行造成嚴重的威脅。因此，電牽引負荷諧波問題自提出以來，就得到了包括我國在 內的世界上很多國家的鐵道部門和電力部門有關科研人員的高度重視，并展開了一系列的 研究。
在以往的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析計算中，牽引變電站一般情況下都是處理成PQ 節(jié)點，即采用功率恒定模型來進行電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析。但是，牽引負荷波動性大，并 向電網(wǎng)注入諧波，特別是當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，牽引變電站高壓側電壓急劇下降，此時高 速動車組會自動調節(jié)負載的功率，類似電力系統(tǒng)的低壓減載，因此，在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計 算中牽引變電站采用PQ模型所得到的結果通常會與實際結果有一定的差異，會出現(xiàn)較大 的誤差，不能準確地反映電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的真實情況。發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計 算方法，能夠根據(jù)高速鐵路牽引變電站的諧波和低壓自動減載的特征進行暫態(tài)穩(wěn)定計算， 從而提高了暫態(tài)穩(wěn)定分析的精度。
為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算 方法，包括以下步驟
根據(jù)牽引變電站節(jié)點設定的有功功率P、無功功率Q值，把整個牽引變電站當作PQ 節(jié)點來處理，計算出牽引變電站高壓側母線的基波電壓幅值和相位；
根據(jù)基波電壓幅值和相位計算出實時的節(jié)點電壓，并根據(jù)節(jié)點電壓查詢牽引變電 站的功率-電壓曲線，得到實際的負載功率；
根據(jù)查得的負載功率計算牽引變電站進線側的基波電流值；
根據(jù)各次諧波電流與基波電流的幅值比值，計算出牽引變電站實際注入電力系統(tǒng) 的各次諧波電流值的實部和虛部；
將各次諧波電流值的實部和虛部，反饋給PSASP主程序。
進一步地，所述牽引變電站高壓側母線的基波電壓幅值和相位由電力系統(tǒng)分析綜 合程序計算，并輸入牽引變電站模型中。
進一步地，所述牽引變電站模型將各次諧波電流值的實部和虛部反饋給電力系統(tǒng) 分析綜合程序。
進一步地，所述根據(jù)節(jié)點電壓查詢牽引變電站的功率-電壓曲線，得到實際的負 載功率包括以下步驟
查詢牽引變電站的功率-電壓曲線得到功率發(fā)揮系數(shù)；
將功率發(fā)揮系數(shù)乘以額定功率得到實際的負載功率。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法中考慮了動車組負 荷的功率-電壓特性，當電壓下降時牽引變電站功率迅速下降，因此得出的暫態(tài)穩(wěn)定分析 結果更為精確，提高了電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的精度，具有極為重要的工程使用價值。
另外，通過在PSASP中采用用戶自定義接口實現(xiàn)牽引變電站模型，從而可以方便 地應用于大型多機電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析中。


圖1是本發(fā)明一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站的計算方法實施實例的 流程圖2是本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法中的牽引變 電站的功率發(fā)揮曲線圖3是本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法實施實例的 電網(wǎng)絡圖4是本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法實例仿真后 牽引變電站高壓側功率變化曲線比較圖5是本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法實例仿真后 牽引變電站高壓側電流變化曲線比較圖。
圖6是本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法實例仿真后 牽引變電站高壓側母線電壓變化曲線比較圖。
圖7是本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法實例仿真后 發(fā)電機功角波動變化曲線(G5-G6)。
圖8是本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法實例仿真后 發(fā)電機功角波動變化曲線(G5-G4)。
具體實施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法是在PSASP(PoWer System Analysis Software lockage，電力系統(tǒng)分析綜合程序)中，采用用戶自定義模型的 方法，建立用于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的牽引變電站模型，以模擬外部電力系統(tǒng)發(fā)生各種 故障導致牽引變電站高壓側電壓變化的情況下，牽引變電站的諧波和特有的功率-電壓特 性對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。
參照圖1，示出本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法實施 例，包括以下步驟
步驟101，根據(jù)牽引變電站節(jié)點設定的有功功率P、無功功率Q值，把整個牽引變電 站當作PQ節(jié)點來處理，計算出牽引變電站高壓側母線的基波電壓幅值V和相位θ。
其中，通過在PSASP(Power System Analysis Software Package，電力系統(tǒng)分析綜 合程序)中輸入有功功率P的值和無功功率Q的值，PSASP便可以直接計算得出牽引變電 站高壓側母線的基波電壓幅值V和相位Θ。
步驟102，根據(jù)基波電壓幅值V和相位θ計算出實時的節(jié)點電壓々=VZ0，并根據(jù)節(jié)點電壓查詢牽引變電站的功率-電壓曲線，從而得到實際的負載功率§。
因為牽引變電站負荷波動大，有諧波和負序電流注入系統(tǒng)，且機車的功率隨著電 壓下降快速下降，這是交直交型動車組的共同特征。通常情況下，機車的功率與電壓的關系 如圖2所示。其中，橫軸表示節(jié)點電壓，縱軸表示功率發(fā)揮系數(shù)Sv，S卩，實際功率占額定功率 的比例。其中，牽引變電站二次側接觸網(wǎng)的額定電壓是27. 5kV，從圖2可以看出，當接觸網(wǎng) 電壓在22. 5-30kV之間變化時，功率發(fā)揮系數(shù)Sv為100%，S卩，機車實際的負載功率可以達 到100%，也就是額定功率。當電壓在19-22. 5kV之間變化時，功率發(fā)揮系數(shù)SvW 100%線 性降低到85%，S卩，機車實際的負載功率從額定功率線性減少到額定功率的85%。而當電 壓進一步下降到17. 5kV時，功率發(fā)揮系數(shù)迅速降低到0，即，機車實際的負載功率 也線性地迅速下降為0。而當電壓高于31kV時，機車上的過電壓保護動作，機車功率也將為 0。也就是說，接觸網(wǎng)的正常工作電壓范圍為19-30kV，低于或高于這個電壓范圍，為了機車 的安全，機車功率都迅速下降為0。
假設負載功率的功率因數(shù)不變，那么根據(jù)步驟101中計算出的基波電壓幅值V和相位θ可以得出實時的節(jié)點電壓々=VZ0，然后根據(jù)實時的節(jié)點電壓查詢圖2的功率-電壓曲線可以得出當前機車的功率發(fā)揮系數(shù)Sv，該功率發(fā)揮系數(shù)Sv與額定功率的乘積便是當 前機車的實際負載功率S。
步驟103，根據(jù)實際的負載功率計算牽引變電站進線側的基波電流值Y=I1Zqο
根據(jù)牽引變電站的功率-電壓特性查表得功率發(fā)揮系數(shù)Sv，利用復功率計算公式s=vf，得到牽引變電站負載的基波電流
權利要求
1.一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法，其特征在于，包括以下步驟 根據(jù)牽引變電站節(jié)點設定的有功功率P、無功功率Q值，把整個牽引變電站當作PQ節(jié)點來處理，計算出牽引變電站高壓側母線的基波電壓幅值和相位；根據(jù)基波電壓幅值和相位計算出實時的節(jié)點電壓，并根據(jù)節(jié)點電壓查詢牽引變電站的 功率-電壓曲線，得到實際的負載功率；根據(jù)查得的負載功率計算牽引變電站進線側的基波電流值；根據(jù)各次諧波電流與基波電流的幅值比值，計算出牽引變電站實際注入電力系統(tǒng)的各 次諧波電流值的實部和虛部；將各次諧波電流值的實部和虛部，反饋給PSASP主程序。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述牽引變電站高壓側母線的基波電壓幅 值和相位由電力系統(tǒng)分析綜合程序計算，并輸入牽弓I變電站模型中。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述牽引變電站模型將各次諧波電流值的 實部和虛部反饋給電力系統(tǒng)分析綜合程序。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)節(jié)點電壓查詢牽引變電站的功 率-電壓曲線，得到實際的負載功率包括以下步驟查詢牽引變電站的功率-電壓曲線得到功率發(fā)揮系數(shù)； 將功率發(fā)揮系數(shù)乘以額定功率得到實際的負載功率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法，包括以下步驟根據(jù)牽引變電站節(jié)點設定的有功功率P、無功功率Q值，計算出牽引變電站高壓側母線的基波電壓幅值和相位；根據(jù)基波電壓幅值和相位計算出實時的節(jié)點電壓，查詢牽引變電站的功率-電壓曲線，得到實際的負載功率；計算牽引變電站進線側的基波電流值；根據(jù)各次諧波電流與基波電流的幅值比值，計算出各次諧波電流值的實部和虛部；將各次諧波電流值的實部和虛部，反饋給PSASP主程序。本發(fā)明的用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的牽引變電站計算方法，能夠根據(jù)高速鐵路牽引變電站的諧波和低壓自動減載的特征進行暫態(tài)穩(wěn)定計算，從而提高了暫態(tài)穩(wěn)定分析的精度。
文檔編號H02J3/00GK102035204SQ20101058882
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2010年12月15日
發(fā)明者付紅軍, 冀魯豫, 吳俊勇, 張西魯, 胡揚宇 申請人:北京交通大學