（电力系统及其自动化专业论文）继电保护计算及管理软件研究.pdf

山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e e x p a n s i o n 0 fp o w e rn e t w o r ka n df a s t d e v e l o p m e n to fr e l a y p r o t e c t i o nt e c h n o l o g y ，c a l c u l a t i o na n dd a t am a n a g e m e n tw o r kb e c o m e sm o r e a n dm o r ei nr e l a yp r o t e c t i o no p er a t i o nm a n a g e m e n t ，f or e x a m p l e ：p a r a m e t e r m a n a g e m e n t 0 f p o w e r n e t w o r k ，m a n a g e m e n t 0 f p r o t e c t i o nc o n f i g u r a t i o n ， m a n a g e m e n t0 fp r o t e c t i o ns e t p o i n t ，c a l c u l a t i o na n a l y s i so fp o w e rn e t w o r k ， m a t c h i n gc a l c u l a t i o no fb a c k u pp r o t e c t i o n ，s e t p o i n t c a l c u l a t i o no fd i f f e r e n t p r o t e c t i o na r r a n g e m e n t ，s t a t i s t i ea n a l y s i sc a l e u l a t i o ne t c ak i n do f s o f t w a r et h a tc a nf i n i s ha l lc a l c u l a t i o na n dm a n a g e m e n t0 fr e l a yp r o t e c t i o n i s s i g n i f i c a n tt oi m p r o v et h el e v e lo fr e l a yp r o t e c t i o no p e r a t i o nm a n a g e m e n t i tisa l s ot h ee f f i c i e n tm e a n st or e d u c el a b o r sa n d i m p r o v ep r o f i t ，t o i m p r o v ep r o d u c t i v i t y ，t o f a c i l i t a t es a f e o p e r a t i o n o fn e t w or ka n d m o d e r n i z a t i o no fm a n a g e m e n t a i mt ot h ep o o rc o m m o n a l i t ya n dp r a c t i c a l i t yo ft h ep r e s e n tc o n c e r n i n g s o f t w a r ef o r r e l a yp r o t e c t i o n c a l c u l a t i o na n d m a n a g e m e n t ，t h ep o w e r n e t w o r km a t h e m a t i csm o d e liss t u d i e d d e e p l y ，a n d t h eb l o c kc a l c u l a t i o n m e t h o do fp o w e rp l a n ti nt h en e t w o r kis b r o u g h tf o r w a r di n t h ea r t i c l e t h is c a l c u l a t i o nm e t h o dr e d u c e dt h es c o p ea n dc o m p l e x i t y0 ft h ep o w e rn e t w o r k c a l c u l a t i o n gr e a t l y ，i t a l s os o l v e dt h e p r o b l e m t h a tt h ef a u l t a n a l y s i s c a l c u l a t i o nn e t w o r kis c o m p l e x a n dt h ea n s w e risd i f f i c u l tt o g e t w i t h “r e l a y pr o t e c t i o nc a l c u l a t i o na n d m a n a g e m e n t f l a tr c m b a s e 2 0 0 0 ”，a e f f i c i e n te x t e ns i o ns o f t w a r ef l a tis b u i i t ，i tm e tt h ec l i e n t s lr e q u i r e m e n to f c a l c u l a t i o na n dm a n a g e m e n ti nt h ef i e l do fr e l a yp r o t e c t i o n a c c o r d i n gt o t h ec a l c u l a t i o na n d m a n a g e m e n t c o n d i t i o no f r e l a yp r o t e c t i o n i nr i z h a o p o w e r p l a n t ，d e e pe x p l o r a t i o n w asm a d ef o rt h es o f t w a r e u s a g e ，t h e f e a s i b l es c h e m e sw a sp r o v i d e d 山东大学硕士学位论文 【k e y w o r d1 ：p o w e rn e t w o r kc a l c u l a t i o n a n a l y s is ，s o f t w a r ef l a t ，b l o c k c a l c u l a t i o no f n e t w o r k ，d a t am a n a g e m e n t ，p o w e ri l e t w o r km a t h e m a t i c s m o d e l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期：! ! ：丝 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权l l f 东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定1 论文作者签名：渤师签名：日期： 山东大学硕士学位论文 1 概述 随着电网规模的扩大和继电保护技术的飞速发展，继电保护运行管理中计算和数据管 理的工作越来越多，如：电网参数的管理、保护配置的管理、保护定值的管理、电网计算 分析、后备保护段的配合计算、各种保护装置的定值计算、统计分析计算等。一个能够完 成所有继电保护计算及管理工作的软件对于提高继电保护运行管理水平具有重要意义，也 是实现减人增效、提高劳动生产率、促进电网安全生产和管理现代化的有效手段。 1 1 继电保护计算及管理软件需要解决的问题 有关继电保护计算及管理方面软件的研究工作自八十年代起从未间断，而且取得了很 大迸展，特别是电力系统故障分析计算，其理论和现阶段的实际成果都比较成熟和完善， 但目前的继电保护计算及管理方面相关软件的推广应用一直受到制约，主要原因有： 通用性差。主要表现在：继电保护的有关数据是多样化的且具有不确定性，如电网 结构、一次设备参数、继电保护配置、保护定值等数据是多样化的，而且是不确定的，表 现最为明显的是保护装置的定值数据，不同类型、不同型号的保护装置有不同的定值项， 在具体的应用之前，有哪些定值项是无法确定的。目前的程序对这种多样化的、结构不确 定的数据的管理没有有效的、实用的解决方案。保护定值计算是继电保护计算的主要内 容，由于保护测量原理、构成以及电网结构的不同、整定计算工程师工作经历的差异、执 行整定计算有关规程规定掌握尺度的不同等等，使得继电保护定值的算法是不确定的，即 使各种背景条件完全相同，其结果也是不唯一的，对于定值算法的不确定性问题，没有找 到一个使人们普遍接受的解决方法。 实用性差。一个实用的继电保护计算及管理软件应该能够处理继电保护计算及管理整 个过程的全部工作，并且实现各功能块之间的有机结合和无缝连接；数据的管理是继电保 护计算及管理软件的个重要内容，必须可靠保障数据的安全性、一致性和继承性；提供 方便、直观的用户操作环境；一定程度上满足可维护性和个性化要求等等。目前的继电保 护计算或管理方面的软件一般没有综合考虑这些因素，仅仅局限于某一功能或某一方面。 由于这两个问题没有解决好，造成了目前各网、省局差不多都相继研制开发了在一定 程度上和一定时期内适用于各自电网的继电保护计算或管理方面的软件，这些软件主要是 针对具体的功能开发的，在现场解决了一些问题，但无法从根本上解决继电保护计算及管 理软件需要解决的不确定性问题，也就失去了大范围推广应用的可能性。经过现场实践证 山东大学硕士学位论文 明，继电保护计算及管理软件需要解决的主要问题是通用性和实用性问题。 1 2 继电保护计算及管理平台r c m b a s e 2 0 0 0 的基本结构 继电保护计算及管理平台r c m b a s e 2 0 0 0 以构建一个具有充分的可扩展性的软件平台的 方式让用户完成继电保护领域的各种计算及管理工作，并提供了多种工具软件。用户的可 扩展性和图库一体化是r c m b a s e 2 0 0 0 的主要特色。为了实现最大程度的可扩展性，定义了 一个面向继电保护计算及管理领域的高级编程语言h t 语言，用h t 语言设计的程序是运行 在r c m b a s e 2 0 0 0 平台上的，它是平台层与应用层的纽带。 r c m b a s e 2 0 0 0 及相关工具全部是在w i n d o w s 9 5 、9 8 操作系统下采用m sv i s u a lc h 6 0 开发的，共约2 l 万行代码，分1 5 个模块，其中可执行模块( e x e ) 1 0 个，动态连接库模 块( d l l ) 3 个ta c t i v e x 控件模块( o c x ) 2 个。选择v i s u a lc + + 6 0 作为开发工具，是 因为v i s u a lc + + 6 0 是微软的系列产品，能保持最好的兼容性，且支持到底层操作。数据 库采用m sa c c e s s ，因为a c c e s s 是微软默认的数据库引擎，与v c 编程能保持最快的访问 速度。 以下三个部分构成了r c m b a s e 2 0 0 0 基本框架： r c m b a s e 2 0 0 0 提供的图库一体化的数据管理器，是一个集多视角的数据查询、数据编辑、 图形显示、打印输出、网页发布、运行调试用户定义的h t 程序等功能于一身的、充分运 用了新技术的、通用的数据管理程序，可以管理继电保护的各种数据，如电网参数、保护 配置、保护定值、统计数据等，解决了继电保护管理的数据的多样化和不确定性问题。 r c m b a s e 2 0 0 0 提供的原始数据数据预处理和电网计算分析模块具有各种故障、等值等计 算分析功能，它是r c f b a s e 2 0 0 0 的两个核心模块之一。自动形成网络拓扑结构。进行节点 编号、支路编号等；能够进行简单故障、复故障( 采用通用复杂故障计算模型) 、网络等 值计算：支持线路操作、厂站方式变更以及各种方式的组合；故障点、故障类型、相别、 弧光电阻、输出支路等可以自由指定：具有对故障计算结果进行全方位、多侧面分析的功 能；可以通过电网计算分析控制模块、也可以通过h t 语言对其进行控制。 r c m b a s e 2 0 提供的h t 语言解释器模块解释执行用户按自己需要开发的h t 程序，它是 r c m b a s e 2 0 0 0 另一个核心模块。h t 语言不仅具有一般高级计算机语言的功能，还支持位置 运算、图形控制、电网计算分析等，用户可以通过编制h t 程序构建具有自己特色的、满 足特殊要求的应用系统，如：后备保护段的配合计算、各种保护装置的定值计算、继电保 山东大学硕士学位论文 护配置管理、统计分析计算等。解决了继电保定值计算中计算方法的不确定性问题n r c m b a s e 2 0 0 0 还提供了相关的工具软件，包括：“数据设计器”、“图形设计器”、“电网 计算分析控制”、“h t 程序调试器”等，这些工具均可以从平台上直接启动。作为一个功能 完整的软件，r c m b a s e 2 0 0 0 还包括一些辅助软件，如：“控制台程序”、“演示窗口程序”、 “安装程序”、“卸载程序”等。 由上述模块构成的r c f l b a s e 2 0 0 0 是一个以图库一体化的数据管理器为中心、以一次数 据预处理及电网计算分析模块、h t 语言解释器模块为核心，结合电网计算分析控制模块、 图形设计模块、数据结构设计模块等组成的继电保护计算及管理平台。其整体结构示意图 如下所示。 图1r c m b a s e 2 0 0 0 整体结构示意图 1 3 继电保护计算及管理平台r c m b a s e 2 0 0 0 的主要特点 在继电保护计算及管理软件领域引入了平台概念，将继电保护计算及管理系统分为两 层：平台层和应用层，建立了一个具有丰富支持功能的平台层。将继电保护及相关设备、 运行方式等抽象为数据类型，建立了运算关系，系统地定义了- - i 1 面向继电保护计算及管 理应用的高级编程语言h t 语言，作为该平台的编程语言，提供了h t 程序调试器。 r c m b a s e 2 0 0 0 在继电保护计算及管理应用层面上全面支持用户按需求构建应用系统， 以完成继电保护计算及管理领域的工作，实现全过程自动化。建立了种跨越表结构的、 多视角的、图库一体化的、对各类数据库实行统一管理的、入性化的数据管理方式。图形 山东大学硕士学位论文 和数据相互检索，用图形表示数据。并提供了较为完善的、自动化的图形编辑功能。打破 了传统的一层一层进入、查询和编辑界面分开、打印报表和编辑查询分开、图库分开的多 层次、多操作的界面方式。 电网模型采用从节点分块的计算方法，自动形成网络拓扑结构，具有多种、多重组合 计算和分析功能。 2 平台的概念 2 1 按平台概念开发继电保护计算及管理软件的必要性 继电保护计算及管理程序是专业性很强的复杂软件，研制开发这类通用和实用的专业 软件有很大难度，既不可能要求专业软件设计人员熟悉继电保护专业的各项要求，也不可 能让继电保护专业人员达到专业软件设计人员的水平。 至今为止，继电保护计算或管理程序大部分都是针对具体的功能开发的，其研究的重点是 保护计算方法的本身，由于继电保护计算及管理问题的复杂性及不确定性，这些程序在某 些地区、一个时期、特定的电网、特定的保护配置条件下起到了较好的作用。但无法在其 他地区应用。 让所有的用户根据各自的具体情况，开发且能够开发自己的继电保护计算及管理程 序，才能够保证继电保护计算及管理程序满足用户的要求。如果提供这样一个系统，能够 支持用户通过简单的方法，定制出自己需要的继电保护计算及管理的应用程序，就能使继 电保护计算及管理软件具备通用性、实用性。 基于上述思想，提出了继电保护计算及管理平台的概念。按照这个概念研制开发的 r c m b a s e 2 0 0 0 ，不是一个针对具体的继电保护管理或计算功能的程序，而是个支持用户 构建自己的继电保护计算及管理程序的软件平台。 2 。2 继电保护计算及管理平台的实现方法 分层建造，将继电保护计算及管理问题的解决方案分为二层：平台层和应用层( 如下 图所示) ，构成一种堆栈式的结构，应用层与平台层之间是一个自上而下的单向依赖关系， 即有预先定义的界面语法规则，不同层的程序设计人员仅关注位于自己层面出现的问 题。 平台层的设计者是专业的计算机程序员，他们当中有图形专家、操作界面专家、电网 d 山东大学硕士学位论文 计算专家等。平台层必须为应用层解决继电保护计算及管理问题提供全面的支持。 应用层的设计者是继电保护运行人员，他们具有的工作经验和专业思想是计算机专家 们难以企及的，虽然他们可能缺少编程经验和编程能力，但只要受到平台层及语法规则的 强大支持，也能够设计出出色的应用层软件。 i平台层 l 图2 分层示意图 2 3 按平台概念开发继电保护计算及管理软件的核心问题 按平台概念开发继电保护计算及管理软件的核心问题是：提供- - 1 1 面向继电保护计算 及管理应用的高级编程语言。该语言不仅支持电网拓扑位置运算、电网计算分析、图形控 制、数据库访问等，而且有傲到对编程人员要求不高，使一些即使是专业软件设计人员也 需要相当长时间才能开发出来的功能，变成象加、减、乘、除运算一样简单的命令( 函数) ， 应用层的设计人员能够轻而易举的按照实际情况和自己的想法写出继电保护有关的算法， 实现继电保护计算及管理的各种功能。 2 4 按平台概念开发继电保护计算及管理软件的意义 按平台概念开发继电保护计算及管理软件具有两项重要意义： 每个层面的程序设计者都将精力放在自己的层面上，而不用去关心自己不擅长的领 域，这不仅容易使整个系统的性能达到最优，还极大地降低了低层重复建设同一系统的费 用。 解决了通用性问题。由于继电保护计算方法的不确定性，每个电网都会有特殊的规定 和要求，有时还相差很大。并且多数规则是逻辑上的差别，而非仅仅是系数、开关量的差 别，因此引入分层设计的思想是解决不确定性的有效途径。 实践证明，分层建造的方案是解决这类问题的有效方法，虽然整体上会使问题趋于复 杂，但每个层面的程序设计者只关心自己擅长的领域，更容易使整个系统的性能达到最优， 且能提供更多的功能。 3 电网数学模型及计算分析方法 山东大学硕士学位论文 使用计算机进行电力系统的计算，必须首先建立数学模型。所谓电力网络的数学模型 是指将网络有关参数和变量及其相互关系归纳起来所组成的，可反映网络性能的数学方程 式组。数学模型必须能满足计算要求，而且是可以求解的。由于接点电压方程便于计算机 形成、求解，所以在求解电力系统问题时，通常使用接点电压方程作为电力网络的数学模 型。 节点电压方程又有两种具体描述形式y u = i 和z i = u 。前者称为节点导纳方程；后者 称为节点阻抗方程。两者比较来说，y 阵稀疏，占用内存少，z 为满阵，占用内存多；形 成y 阵容易，速度快，z 阵较难、速度慢；网络结构变更时，修改y 阵快，修改z 阵慢； 节点导纳方程解算较难，节点阻抗方程解算容易。由于继电保护计算时需要进行大量的操 作和短路计算，采用节点导纳方程作为数学模型，耗时太多，为提高计算速度，本项目采 用节点阻抗方程作为电力网络的数学模型。 3 1 电力网络数学模型的建立 形成节点阻抗矩阵z 的方法有多种。本文采用的方法是首先形成节点导纳阵y ，然后三 角分解，连续回代，最后形成节点阻抗阵z 。当网络结构变化时( 运行方式调整) ，直接对 节点阻抗矩阵z 进行修正。详细的计算方法如下： 3 1 1 节点导纳阵y 的计算 用直接法形成正序网节点导纳矩阵，对正序网： 节点i 的自导纳： b = 乃+ j ： ( f - l ，2 ，人，竹) 节点i 与节点节点互导纳： 匕2 一y f( j ，= l ，2 ，a ，n , i ，) 式中r l - 网络的独立节点数； j 一与节点i 相连支路的另一端节点号； y u 一支路h 的导纳值。当节点i 与节点j 之间无支路直接相连时，y 自为零： y i o 一节点i 的接地支路导纳值。 将零序网分成互感支路组成的网络和无互感支路组成的网络两部分，分别计算节点导纳矩 阵元素，然后将互感部分的节点导纳矩阵元素加到无互感部分的节点导纳矩阵中去。 6 山东大学硕士学位论文 j ! ! ! 詈苎! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 詈! ! ! ! ! ! ! ! ! 鼍暑詈! 皇! ! ! 曼! ! ! ! ! 詈! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 皇篁! 詈鼍! ! 曼一一 无互感部分节点导纳矩阵的计算方法同正序网。 互感部分的讨+ 算规律为： 如下图所示，当u 支路和p q 支路间存在互感，在图中p q 可以看作一条支路或多条支路。 为一般起见，在以下讨论均以p q 表示多条支路。 ；二二臣画： 髑甜既糍 其中z i j i j 、z p q p q 为不计u 支路与p q 支路间互感时的支路阻抗，z i j p q 和z p q i j 表示线 路间互感抗。z i j - p q 表示行矩阵，z v q i j 、”，和7 ，- 表示列矩阵，而z p q p q 则是方矩。 卧乏兰捌 式中支路导纳矩阵为支路阻抗矩阵的逆矩阵。 f l ：j p g j 一f 毛一 一一f 。 将式中的元素，按照节点号i 、j 、p 、q 追加到无互感部分的节点导纳矩阵，最后得到完整 的零序网络的节点导纳矩阵。 3 1 2 节点阻抗矩阵z 的计算 本文采用将节点导纳矩阵三角分解，然后连续回代得节点阻抗矩阵。 y 可被三角分解为： y = l d i j 式中l 是一个稀梳的下三角阵，d 是一个对角阵。 喇 丹 懈 胛。 p k k ，吨k 山东大学硕士学位论文 三角分解的过程为 f 目= ( 一l , p d ，f ，) “p=l 连续回代过程为： z 。：一( 生，。z 。+ 笠，。z ，) ，扣“1 。 b p 互一2 上d i i 一舌“2 m 【 ( = 行， 一1 ，a ，i + 1 )i ( i = n , n - 1 ，人，1 )f ( ，= 1 , 2 ，人，k - 1 ) l ( 七= 1 ，2 ，a ，玎)f j 3 2 电力网络结构变更时对节点阻抗矩阵的修正计算 在继电保护计算中，往往需要考虑一些特殊运行方式下的故障情况。如：输电线路的 投入与切除；具有零序互感线路两端断开并挂地线检修( 简称为线路挂检) 等等。为减少 计算量，本项目采取的做法是：在给定运行方式的基础上，按网络结构变更的具体情况， 适当修改原网络的z 。 下面着重讨论零序互感线路操作时，节点阻抗矩阵z 的修正方法。其他各类操作均可 看成是零序互感线路操作的特例。 3 2 1 单端切除i - j 支路 单端切除q 互感支路时，对原网络阻抗矩阵修正的公式为： z 。：z 一一1 z l z t z 址 ll 式中z 、z o 分别为q 支路单端切除前及切除后的节点阻抗矩阵。 山东大学硕士学位论文 z l = z l 一z l 。 z 2 。一z 2 ， m z 。j z ，i 巧( z l p 巧一w ( z 2 p m 巧一。( z ， 单端切除无互感支路时，只要在上述公式中令互导纳巧一。= 0 即可a 3 2 2 卜j 支路相继动作 肚瞄豺冲li z j l l 臃引 z ，= 刘c - t ，+ 尼纠垒 乙2 凹“卜尼谢：j z ”：z 。一z ；z z z ：一上 巧一f h 口一w ( z l 。p h f 一。( z 易 m h 口一。( z 品 一0 ) 一艺) z 。= l 一巧一。( z 二一z j ) 】一， 值得指出的是当系统内出现多次操作时，只需利用上述有关公式对原网络节点阻抗矩 阵z 进行重复修正。 乙毛m 。l lh攀j 山东大学硕士学位论文 3 。3 简单故障的计算 3 3 1 短路电流的计算 单相接地短路 两相短路 两相接地短路 三相短路 ，= 瑞)，= ， 峭1 2 ) ，2 赤碍岛：一瑞， ，踹2 i 了磊- i - 1 瓦丽 ，嬲= z 椰) ( z 知+ 2 z 椰) - z i f ( o ) ) 瑞j = 1 ( z 删) + 2 z 删) ) 瑞) = 一1 z 删)，= 0瑞) = 0 以上各式中，z f f ( 1 ) 、z f f ( o ) 分别代表故障点正序、零序自阻抗。 3 3 2 各节点电压及各支路电流的计算 网络内任意节点m 的各序电压为： u m ( i ) u m r 2 、 【，m ( o ) 1 + z 州1 ) ，( j ) z “( 2 ) i y o ) z f ，( o ) 式中： z m s 卜一节点r n 与故障点f 之间互阻抗( s = 1 ，2 ，0 ，以下同) ，z m f ( 1 ) = z m f ( 2 ) 仲) 故障点的各序电流。 一般支路q 的各序电流 当故障点在i - j 外部： 山东大学硕士学位论文 竺尘) 二旦：坐! ：墨盟二兰塑 z # s )z f j ) 当故障点在q 支路内部： ；u ，( 。) 一u f ( 。) z ，( ，) z 扩扣 j ，：盥 坠! ! ：塾) 二生 。 ( 1 一k ) z f ( 。)( 1 一) 。删 式中u ，( s ) ，u j ( s ) ，u f ( s ) 由节点电压公式确定，2 帅) 表示i - j 支路s 序阻抗；k 表示故障点 距i 点的位置。 有零序互感支路的各序电流 在零序互感支路的正序、负序电流与一般支路电流的求法相同。对零序电流有 当故障点在i - j 外部： i - j 、p - q 支路的零序电流： 融 - 乏乏磁二参 当故障点在i - j 内部： 故障前的互感支路电压方程 蹦= 段捌恐 现在i - j 支路上f 点短路时互感支路电压方程n 力n - 。 u 旷( o ) u 月( o ) u 口( o )= 降 拓f 一月 z w p q ( 1 一女) 2 口一月 式中k 代表故障点f 2 e n j 侧的位置。整理得： l 燃孙。 - 乏捌恐l u 埘( 。) 一( 1 七) 三口一wi l z 朋一” z 丹一p 叮j 埘( 。) i 、ljl，r，j j “ 删 川 ， 厂叫iiiiii叫l 甜 唧 。腑腑 一 一 0 o 山东大学硕士学位论文 ! ! ! e ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! = ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! l 一 左乘 又因为： u ，= k uj + ( 卜 ) d - + k ( 1 一t ) = 。 因而有： 业：u 。，一( 1 一k ) zu _ u 得： 投：篙纠= 雕z p q 斗_ p qj i 胛m o ) ，1 芝 整理得到利用故障前互感组支路导纳阵求故障点所在互感组内的零序电流表达式： 值得注意的是互感组操作时，互感组支路阻抗矩阵，或互感组支路导纳矩阵均应作相应修 改。 3 4 复杂故障的计算 利用计算机求解电力系统故障的方法一般是利用口网络理论来进行的。简单故障的计 算归结为单口网络的计算，多重复故障的计算归结为多1 = 1 网络的计算。通常的做法是选定 一相作基准相，列出故障口电压、口电流序分量边界条件方程，然后与口网络方程联立求 解未知量。对于两重及两重以上的复故障计算必须考虑故障特殊相与基准相不致的情 况，因此需要利用理想变压器的转角因子来建立通用型边界条件方程，用以反映故障类型 和相别的变化。这种方法限制了故障计算的灵活性，只能计算由简单的横向和纵向故障组 成的一般性复杂故障，对继电保护计算感兴趣的任意复杂故障无能为力，并且不易于考虑 经过渡电阻短路的情况，通用性差。本项目在多口网络理论计算的基础上，从故障的一般 形式出发，导出了一种适用于任意故障类型和故障组合、不需要考虑理想变压器转角因子 的计算模型。 铀 。l = 匕 矗。 一 一 、卜 乃巧 矿i 儿 段帆 = 0 翻一 rh一 如 山东大学硕士学位论文 电力系统简单故障可分为横向故障和纵向故障两大类。而多重复故障也不外乎这两 类故障的组合。以上图所示典型故障系统为例进行分析，给出该算法的边界条件及求解 方程。 3 4 1 故障边界条件 设v a , v b ，v c 为故障端口电压，i a ，i b ，i c 为端口电流，方向如图所示。对横向故障，端口 电压电流方程可写为： i | 转换为序分量，可得 z g z b + z g z g 芝 = 一爿。2 4 三2 9 ：。乏z g z 。：。季：。 爿f i 毛降b + ：2 量 + 9 z z l a - - 荔c 1 2 z 。b q - o z 。c 其中：v o ，v 1 ，v 2 ，i 0 ，i l ，i 2 为端e l 序电压序电流， ( 3 1 ) ，_-_| 0 b 0 卜iiijjiiiiiiiii卜 毛毛+ g 二十 ，岬，叩 口 = 。，l 一 乇i屯 ，l 1，j 也慨乙 叶 b ， 也场 + + d d 4 三 山东大学硕士学位论文 卜 蚓 同理，对纵向故障有： 删彳豳 ：三卜 3 1 1 口z d j 2 舞誓篓0 2 引3 - 2 ， ：a + z 6 + 二fz 口+ 。z 6 + 。07 1l o ， 1 1 1 三。+ 韶b + a z 。= 一+ z b + z c j l 7 2j 比较( 3 1 ) 、( 3 2 ) 式，可看出两种故障类型的边界阻抗矩阵除第一个元素有所不同外 肾牲羔捌 附啦篙封糊 s ， 3 4 2 多口序网络方程 将图所示三相平衡系统部分分解为三序网络，设系统发生n 重故障，则相应多端口序网 方程为： 】4 1+j k k 0 riiiiiiii。iiiilo o pl = 、j 如n n 。l = 一 1lll，j =罔肚 爱 零序网络： 山东大学硕士学位论文 计 2 1 1 a m m 。n a mm z 。l a 简记为 v o ) = z d oi o ) 正序网络： 彳 简记为 v = z 。1i + e t ) 负序网络： p l m e m p ” 玎 江s ， ( 3 4 ) ( 3 5 ) 其中，v ：端口口电压列向量， i ：端口v i 电流列向量，z p o 、z p l 、z p 2 分别为各序 网口阻抗矩阵，可由序网节点阻抗矩阵求出。 联立求解故障边界条件方程及序网口网络方程可求出故障口电流。现推导如下： v e ”= 一i 1 ( 。1 。+ z k g l 2 1 + 。增1 3 2 ) 北麓篡划q 。阿) l = 增，屯+ z 岵，：屯。) + z 吣，。l“l j 叫叫引 卅硎_=舢一 钆m m a m a m 八 m m 州酬州捌 钆m m a m a m a 孔m m 州删剖 山东大学硕士学位论文 r 。心。f ”。锄翻。+ r 。旧。= 珥， 简记为 z f l t ，p o + z f l 2 j 讲+ z f l 3 j p 2 = 一3 z p o j fjj，1李i21p。艺zfl。2，。；!，ozf：13。，：1；i；poz z s 3 z ：=f3。e，1 c ，一l o ) 3 z0 l 衄 2 2 + p iz ， i 【，印i ：卜pl ( 3 一 l z ，。tz ，3 。z ，”+ ，：业，：j lj 从 二述推导过程可看出，该算法的关键是形成矩阵z 一及e 一。而z 一可根据故障阻 4i - t 1 语言 h t 语言是r c m b a s e 2 0 0 0 提供的一套面向继电保护计算及管理领域的高级编程语言， 用h t 语言设计的程序是运行在r c m b a s e 2 0 0 0 平台上的，它是平台层与应用层的纽带。 j 6 山东大学硕士学位论文 h t 语言不仅具有一般高级计算机语言的功能，还支持位置运算、图形控制、电网计算分 析等，用户可以通过编制- i t 程序丰勾建具有自己特色的、满足特殊要求的应用系统，如： 后备保护段的配合计算、各种保护装罨的定值计算、继电保护配置管理、统计分析计算 等。 h t 语言的语法是专为继电保护专业人员量身度制的，制订语法时采取了很多措施， 如函数形式中尽量使用汉语、提供尽量多的专业方面的处理函数、用自创的集合类型替 代数组类型、变量可以声明也可以不声明、支持共享库文件等等，保证了用h t 语言写成 的代码具有易读、易用、代码简短的特性。继电保护运行人员自己就可以设计h t 程序， 不需要具备任何w i n d o w s 系统的编程能力，设计的软件就可以自由地访闽数据库，轻松 地控制图形、电踊计算分析进程等。 4 1 h t 语言简介 h t 语言包括三大部分： 4 1 1 第一部分：h t 语言语法及数学函数 【数据与变量类型】数据类型及表示法、变量类型等。 【运算符和数学函数】数学运算及相关函数、字符串运算及相关函数、逻辑运算、位运 算、运算符的优先顺序。 【集合】命名规则、声明语句、作用域、引用、求集合元素个数、集合名赋值操作。 【函数】函数定义的形式、函数的返回值、函数类型、函数的参数、函数的调用、集合 作为函数参数。 【变类型指针】指针变量的命名规则、指针变量的作用域、指针变量的引川、指针变量 作为函数参数 【流程控制】循环、判断、注解符 4 1 2 第二部分：h t 语言系统函数 【数据库函数】包括： 打开表函数o p e n t a b l e ( 1 关闭表函数 c l o s e t a b l e o 定位胍配条件的第一条记录s e e k f i r s t o 1 7 山东大学硕士学位论文 定位匹配条件的下一条记录s e e k n e x t 0 读某个打开表的当前记录的的值r e a d f i e l d 0 写某个打开表的当前记录的字段的值w r i t e f i e l d 0 在某个打开表的当前位置增加一条记录a d d r e c 0 在某个打开表中删除当前记录d e l r e c 0 将时间写入某个打开表的当前记录的指定字段w r i t e t i m e f i e l d 0 设置非系统表的修改标志s e t u s e r m o d i f i e d 0 读取非系统表的修改标志g e t u s e r m o d i f i e d 0 【对话框相关函数】包括： 信息对话框函数m e s s a g e b o x ( ) 输入对话框函数i n p u t b o x o 合成字符串函数c o m b i n e c h o i c e 0 提取选项函数e x t r a c t c h o i c e 0 设置对话框的模式函数s e t m o d e l e s s ( ) 【文件相关函数】包括： 打开文件函数o p e n f i l e ( ) 关闭文件函数c l o s e f i l e ( ) 读文件函数r e a d f i l e 0 写文件函数w r i t e f i l e 0 标注文件的当前位置的函数d r o p f i l e m a r k 0 回到标注位置的函数g o t o f i l e m a r k 0 【系统信息函数】包括； 取得计算机名的函数g e t c o m p u t e r n a m e ( ) 取得用户名的函数g e t u s e r n a m e 0 取得当前系统时间的函数g e t t i m e s t r i n g ( 1 取得某些特殊目录的函数g 刚，砒h ( ) 取得当前数据库的入口信息的的函数g e t c u r r e n t n a m e 0 取得退出标志的函数g e t e s c a p e f l a g ( 1 山东大学硕士学位论文 设置退冉标志的函数s e t e s c a p e f l a 9 0 【输出窗口相关函数】包括： 写指定行的显示内容p r i n t ( ) 设置输出窗口s e t o u t p m o 得到输出窗口的信息g e t o u t p u t 0 【执行外部命令函数】执行外部命令函数s h e l l e x e c 0 4 1 3 第三部分：h t 语言专业函数 引入了9 个解决继电保护计算问题的新的数据类型，如描述“位置”的母线型、保护 型、支路型、厂站型，描述“故障条件”的故障类型型、故障位置型、厂站方式型、组 合条件型、排除条件型。与常规数据类型一样，专业数据类型可以使用变量，集合来存 储，也可以取得这些专业数据类型变量的指针，以及对其进行指针操作。 提供了些关于拓扑位置运算、电网计算分析、图形化计算的函数，如求“前级保 护”的函数、求“对侧母线”函数、求“组合条件”函数、“电网计算分析”函数、“等 待用户输入”( 在图形上) 函数等。通过这些函数，用户可以方便地求出相邻的保护、控 制电网计算分析模块的运行以获得需要的故障量、改变图形的显示以实现直观清晰的视 觉效果等。 h t 语言专业函数部分包括如下内容： r 描述位置数据类型的构造函数】 母线型数据的构造函数m x 0 保护型数据的构造函数b h o 支路型数据的构造函数z l ( ) 厂站型数据的构造函数c z ( 1 【位置运算函数】 求母线的函数g e t m x 0 求母线型集合的函数_ g e t m x a n - 0 求支路的函数_ g e t z l ( 1 求支路型集合的函数_ g e t z i a r r 0 山东大学硕士学位论文 求保护的函数g e t b h o 求保护型集合的函数g e t b h a r r 0 求厂站的函数_ g e t c z o 求厂站集合的函数g e t c z a r r ( ) 【计算条件设置函数】 故障类型型数据的构造函数_ f a u l t t y p e ( ) 设置故障类型的函数一s e t f a u l t t y p e ( ) 取得故障类型信息的函数g e t f a u l t t y p e ( ) 故障位置型数据的构造函数_ f a u l t i o s o 设置故障位置的函数s e t f a u l t p o s 0 取得故障位置信息的函数g e t f a u l t p o s ( ) 厂站方式型数据的构造函数f s o 设置厂站方式的函数s e t f s ( ) 取得厂站方式信息的函数一g e t f s ( ) 组合条件型数据的构造函数c o m b i n e c o 设置组合条件的函数s e t c o m b i n e c ( 】 取得组合条件信息的函数g e t c o m b i n e c 0 排除条件型数据的构造函数- e x c l u d e c ( ) 设置排除条件的函数s e t e x c l u d e c o 取得排除条件信息的函数g e t e x c l u d e c o 【分析计算函数】 故障计算的函数c a l c f a u l t ( ) 回调函数中专用的求值函数g e t c u r r d a t a 0 等值计算函数一c a l c _ e q u i t o 【辅助函数】 取得描述字符串的函数g e t d e s c 0 判断属性的函数i s t r u e ( ) 判断空数据的函数 s n u u ( 1 山东大学硕士学位论文 专业类型数据转换成字符串的函数d a t a t o s t r ( ) 字符串转换成专业类型数据的函数 s t r t o d a t a ( ) 计算条件编辑对话框函数j s m m ib o x 0 【图形相关函数】 等待用户输入函数l b xw a i t f o r 0 图形命令函数l b xc o m m a n d ( ) 图形求值函数l b xv a l u e ( ) 4 2 t i t 语言的特点 将继电保护及相关设备、运行方式等抽象为数据类型，建立了运算关系，系统地定义 r 一门面向继电保护计算及管理应用的高级编程语言( h t 语言1 。充分考虑了h t 语言的 使用群体是继电保护专业人员，而非计算机程序员。h t 语言的语法除了擅长处理继电保 护的专业计算外，还具有易读性、易用性以及h t 代码的简短等特点，让编程人员确实感 到h t 语言是专为继电保护专业量身度制的。其主要特点有： ( 1 ) 函数形式中尽量使用汉语。 ( 2 ) 提供尽量多的专业方面可能用到的处理函数。 这是使用户代码精简的最有效手段。如归档函数、字符串提取函数、计算条件编 辑对话框函数等等，都是很好的例子。 ( 3 ) 引入专业数据类型以减少用户的工作最