曹国臣陈崴(东北电力学院，吉林，132012)
(吉林供电公司，吉林，132001) 摘 要：在变结构电力系统中创建网络操作端口和虚拟故障端口，向网络操作端口追加一对称网络模拟网络操作，向虚拟故障端口追加一组对称或不对称的简单网络模拟故障，在序坐标下建立起变结构电力系统故障计算模型；以网络操作端口和虚拟故障端口为边界端口将变结构故障电力系统分解成模拟网络操作的对称网络部分、无故障对称网络部分和描述故障的简单网络部分，基于补偿法和叠加原理，提出了一种变结构电力系统故障计算的新方法。这种方法具有:(1)可自动适应电力系统网络结构的变化；(2)无需形成复合序网；(3)简单故障与复杂故障计算方法统一；(4)互感支路故障与非互感支路故障模拟方法相同；(5)模拟故障的网络结构十分简单，易于利用计算机形成其数学模型等特点。
关键词：电力系统网络操作虚拟故障端口故障计算
1引言
在电力系统设计、事故分析、继电保护整定计算及其动作行为分析过程中，需要进行电力系统故障计算。由于故障电气量随着电力系统运行方式的变化而变化，为获得故障电气量的最大值或最小值，在故障计算中需要计及网络操作的影响。这种计及网络操作影响的电力系统故障计算简称为变结构电力系统故障计算。变结构电力系统故障可根据网络操作信息采用修改原始数据重新形成网络节点参数矩阵法或修改原网节点参数矩阵法进行计算。由于每进行一次网络操作均需要重新形成或修改网络节点参数矩阵，计算量很大，尤其是当电力系统发生多次网络操作时，问题尤为突出。为提高变结构电力系统故障计算的速度，文献[1－3]在基于对称分量法的常规故障计算方法的基础上，采用向原网追加相应的支路阻抗阵来模拟网络操作，根据补偿法和叠加原理，提出了可适应电力系统网络结构变化的变结构电力系统故障计算方法。这种方法与常规基于对称分量法的故障计算方法存在着同样的问题，即计算变结构电力系统复杂故障必须引入理想变压器，结果造成序网连接复杂、通用性差。针对这种情况，文献[4－5]将复杂故障处理成网络结构的变化，采用先从变结构电力系统中切除故障支路然后再接入一组不对称网络的方法来模拟复杂故障，基于对称分量法和相序参数变换技术提出了一种无需形成复合序网、可适应电力系统网络结构变化的变结构电力系统复杂故障计算方法。遗憾的是，这种模拟复杂故障的方法带来了新的问题：（1）当故障涉及到某互感组中的任意一条或几条支路时，必须先切除整组互感支路然后再接入描述故障的不对称互感网络，造成互感支路故障模拟方法复杂化，特别是当故障涉及到多组互感支路时情况尤为严重；(2)模拟故障所需的网络往往是无规律可循的不对称复杂网络，很难利用计算机自动形成不对称网络的数学模型。为解决这些问题，本文研究了基于虚拟故障端口法的变结构电力系统故障计算方法。
2故障的模拟
2.1断相故障的模拟
设电力系统中互感支路i一j的i节点侧发生了断相故障，断相端口为i、t。首先在节点i接入一条阻抗为－1.0的虚拟支路i一f，然后在节点f、t之间接入一条阻抗为1.0的虚拟支路，即可创建虚拟断相端口p，见图1。由图1可见，在虚拟断相端口p追加表1所示的简单网络即可模拟支路i一j上的各种断相故障。
2.2短路故障的模拟
设电力系统中互感支路i一j上距节点i侧α百分点处的d′点发生了短路故障，实际短路端口为d′和参考节点0。在短路点d′处接入一条阻抗为－1.0的虚拟支路d′一d，即可创建虚拟短路端口d、0，见图2。由图2可见，在虚拟短路端口d、0追加表2所示的简单网络即可模拟支路i一j上的各种短路故障。
注：当发生金属性短路时，取△Zf=1.0，否则取Zf=1.0 短路点过渡
电阻Rf(对单相接地短路、两相接地短路、三相短路)
或取△Zf=1.0 短路点过渡电阻Rf的一半(对两相短路)。2.3复杂故障的模拟
根据复杂故障信息，将2.1节和2.2节所介绍的方法进行适当组合即可创建复杂故障的虚拟故障端口完成对复杂故障的模拟。
3故障计算原理
设在变结构电力系统中发生了n重故障(其中，m1重断相故障，m2重短路故障)。将系统内的发电机用电流源Ig012来表示；根据故障信息，采用2.1节和2.2节的方法创建虚拟故障端口p和d，接入描述断相故障和短路故障所需的简单网络；根据网络操作信息，采用文献[1]介绍的方法模拟网络操作，接入描述网络操作所需的对称网络；以虚拟故障端口和网络操作端口为边界，将故障电力系统分解成模拟网络操作的对称网络部分、无故障对称网络部分和描述故障的简单网络部分，便建立起故障计算模型，见图3。根据迭加原理，图3中无故障对称网络的节点电压应等于发电机节点注入电流Ig012产生的节点电压、虚拟故障端口注入电流Ip012和Id012产生的节点电压和网络操作端口注入电流Ic012产生的节点电压之和。对具体的电力系统来讲，发电机节点注入电流Ig012已给定，因此，故障计算的关键在于如何计算无故障对称网络虚拟故障端口注入电流Ip012、Id012和网络操作端口注入Ic012。
4无故障对称网络端口注入电流的计算
计算无故障对称网络端口注入电流Ip012、Id012和Ic012的具体步骤为：(1)形成模拟故障的简单网络虚拟故障端口导纳矩阵；(2)形成模拟网络操作的对称网络支路阻抗矩阵；(3)形成无故障对称网络虚拟故障端口和网络操作端口的阻抗矩阵和开路电压矩阵；(4)列出计算模型中各端口边界方程，联立解出虚拟故障端口注入电流和网络操作端口注入电流。
4.1模拟故障的简单网络虚拟故障端口导纳矩阵的形成
根据故障类型分别从表1和表2中找出m1个模拟断相故障所需的简单网络和m2个模拟短路故障所需的简单网络，在abc坐标下逐个形成简单网络的虚拟故障端口导纳矩阵，经相序参数变换可求得简单网络在012坐标下的虚拟故障端口导纳矩阵，相应的变换公式为：
式(1)中:T为对称分量变换矩阵。
由于各个简单网络间无电磁耦合关系，利用每个简单网络在012坐标下的虚拟故障端口导纳矩阵构成对角矩阵，便形成了模拟断相故障和短路故障所需的虚拟故障端口导纳矩阵△Yp012和△Yd012。
4.2模拟网络操作的对称网络支路阻抗矩阵的形成
根据网络操作信息和文献[6]，可形成模拟网络操作所需的支路阻抗阵Zc012。
4.3无故障对称网络端口阻抗矩阵的形成
根据故障信息和网络操作信息，在无故障对称网络中创建出虚拟故障端口和网络操作端口，计算出各端口的阻抗参数，即可形成无故障对称网络的端口阻抗矩阵。
4.3.1虚拟故障端口阻抗参数的计算
设电力系统中发生m1重断相故障和m2重短路故障，采用第2.1节和2.2节所介绍的方法对实际断相端口和短路端口进行处理，便得到虚拟断相端口和虚拟短路端口，如图4所示。应注意，在图4中除新增节点、以外，对原网节点来讲网络结构已恢复到无故障状态，因此，如果不计量纲关系，在节点i注入单位电流时在节点m产生的电压就等于原网节点阻抗矩阵中第i行第m列元素Zim。
在图4中，支路p－q代表着一组与支路i－j有零序互感的支路，故障前的分块支路导纳矩阵为：
4.3.1.1自阻抗参数的计算
根据端口自阻抗参数的物理意义，由图4可求得各端口的自阻抗参数。
（1）虚拟断相端口的自阻抗[1][2][3]下一页
