CN101860002B - 电力系统短路电流预防控制措施的计算方法 - Google Patents

Abstract

电力系统短路电流预防控制措施的计算方法，适用于给定运行方式下的短路电流评估及预防控制计算。按控制措施类型的不同分为两大类：(1)基于设备投停的预防控制，在网络中指定设备的投停不影响系统安全稳定的前提下，形成基于设备投停的预防控制措施空间，基于该措施空间计算各个设备投停运或投运对短路电流的灵敏度影响，给出预防控制建议；(2)基于厂站拓扑分析的预防控制，通过分析厂站中断路器、刀闸等设备拓扑连接关系，获得厂站主接线方式，在此基础上计算出母线分裂运行或线路出串运行的控制措施，校核接线方式改变后的短路电流水平。最后对可能的基于设备投停和基于厂站拓扑分析的预防控制措施进行安全稳定校核，得到最终可行的措施。

Description

电力系统短路电流预防控制措施的计算方法

技术领域

本发明属电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种计算短路电流预防控制措施的方法。

背景技术

随着电网规模不断扩大，联系紧密程度增强，系统的短路电流水平越来越高，许多区域电网特别是发达地区电网已经逼近甚至超过断路器的最大遮断容量，需采取有效措施加以解决。以往的电网运行人员安排运行方式时，按照最大短路电流计算原则校核各点的短路电流，发现短路电流超标时，提出限制短路电流的方案。然而由于新设备投产、电压水平变化等原因，接近极限的母线和线路短路电流实际运行中有可能会超过断路器遮断容量，因此，当前运行方式下在线短路电流评估及给出预防控制措施建议，对保障电网安全稳定运行、避免重大事故发生是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是：根据电力系统的实际运行方式，评估当前系统的短路电流，并对短路电流可能超标的情况进行预防控制，给出预防控制建议措施。

本发明包含两大类短路电流预防控制措施：基于设备投停的预防控制和基于厂站拓扑分析的预防控制。基于设备投停的预防控制，是在不破坏系统安全稳定的前提下形成候选措施空间，计算设备投停对短路电流的灵敏度，并根据控制后的短路电流并考虑控制代价进行排序，给出可能的预防控制建议。基于厂站拓扑分析的短路电流预防控制，是通过分析实际的厂站主接线方式，在不破坏系统安全稳定的前提下选择母线分裂运行或线路出串运行的措施。打开母线断路器或线路出串后，重新形成厂站层和网络层的连接关系，计算新的短路电流并给出可能的预防控制建议。最后，对可能的预防控制措施进行安全稳定校核，得到最终可行的措施。

具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1)计算指定母线或线路短路后流经断路器的最大短路电流I_sc，并与断路器的额定开断电流进行比较，判断是否存在短路电流超标问题；

2)基于设备投停的短路电流预防控制，首先要在电力系统设备投运或停运不影响系统安全稳定性的前提下，形成基于设备投停的短路电流候选措施空间，供步骤3)使用。基于设备投停的预防控制措施类型包括投运串联高抗、停运线路、停运发电机；

3)基于设备投停的短路电流预防控制，用变结构电力系统故障计算方法，快速计算设备投停对短路电流的灵敏度，给出设备投停建议。变结构电力系统计算的原理在于，根据措施空间中元件与实际运行方式的对应关系，直接修改节点阻抗矩阵的部分元素，避免重新形成因子表，快速计算设备投停对短路电流的灵敏度及投停后新的短路电流，控制措施实施后，短路点处的新的短路电流为

$I_f^{\′}=\frac{V^{\left(0\right)}}{Z_{\mathrm{ff}}^{\′}}---\left(1\right)$

其中，V⁽⁰⁾——控制措施实施前短路点的稳态电压；

Z′_ff——控制措施实施后短路点的等效短路阻抗；

I′_f——控制措施实施后的短路电流

4)基于厂站拓扑分析的短路电流预防控制，根据厂站中的断路器、刀闸的实际连接方式，对短路母线或线路所属厂站进行局部拓扑分析，得到厂站的主接线方式。结合短路元件的电压等级，当额定电压为220kV及以上500kV以下时，选择母线分裂运行；当额定电压为500kV及以上时，选择线路出串运行方式，所选择的措施不能破坏系统的安全稳定；

5)若选取了母线分裂运行的预防控制措施，则对短路母线或短路线路所属厂站进行站内拓扑分析，寻找母联断路器，并结合广度优先搜索技术判断该厂站是否具备母线分裂运行的条件。由于母线分裂运行会增加逻辑母线数目，改变线路、变压器与逻辑母线的连接关系，因此，采用母线分裂运行措施时，需要修改厂站层和网络层的拓扑连接，然后重新计算新的短路电流；

6)若选取了线路出串运行的预防控制措施，则对短路母线或短路线路所属厂站进行站内拓扑分析，找出可以出串的线路对，打开边断路器出串运行，由于线路出串运行对母线数目不会有影响，因此只需要修改网络层被出串线路对的连接关系即可。然后重新计算新的短路电流；

7)对可能的基于设备投停和基于厂站拓扑分析预防控制措施进行安全稳定校核，得到最终可行的措施。

本发明的有益效果如下：本发明根据电力系统的实际运行方式，在发现系统有短路电流超标问题时，进行基于设备投停的预防控制及基于厂站拓扑分析的预防控制计算。基于设备投停的短路电流预防控制，在设备投运或停运不会引起系统安全稳定问题的前提下，形成预防控制措施空间全集，计算投运串联高抗、停运线路及停运发电机对短路电流的影响。基于厂站拓扑分析的短路电流预防控制，对短路母线或线路所属厂站进行拓扑分析，获得厂站主接线方式，从而进行母线分裂运行或线路出串运行。短路电流预防控制计算可以提供多种控制措施，作为控制短路电流的参考，对保障电力系统安全稳定运行，避免重大事故发生具有重要意义。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。

图1中步骤1描述的是计算指定母线或线路的短路电流I_sc，并与断路器的额定开断电流进行比较，判断是否存在短路电流超标问题，当短路电流超标时，进行短路电流预防控制计算。

图1中步骤2描述的是基于设备投停的短路电流预防控制，在设备投运或停运不影响系统安全稳定性的前提下，形成基于设备投停的短路电流控制候选措施空间，供步骤3)使用。基于设备投停的短路电流预防控制措施类型包括投运串联高抗、停运线路、停运发电机。

图1中步骤3描述的是基于设备投停的短路电流预防控制的计算，用变结构电力系统故障计算方法，快速计算设备投停对短路电流的灵敏度，给出设备投停建议。

图1中步骤4描述的是计算基于厂站拓扑分析的短路电流预防控制时，根据各厂站实际的断路器、刀闸连接方式，对短路母线或线路所属厂站进行局部拓扑分析，得到厂站的主接线方式。结合短路元件的电压等级，在不影响电力系统安全稳定的前提下，选择母线分裂运行或线路出串运行方式。

图1中步骤5描述的是若选取了母线分裂运行的预防控制措施，则对短路母线或线路两端母线所属的厂站进行站内拓扑分析，寻找母联断路器，并结合广度优先搜索技术判断该厂站是否具备母线分裂运行的条件。如果有可以打开的断路器时，则修改厂站层和网络层的拓扑连接方法，然后重新计算新的短路电流。

图1中步骤6描述的是若选取了线路出串运行的预防控制措施，那么，对短路母线或线路两端母线所属的厂站进行站内拓扑分析，找出可以出串的线路对，确定厂站中的线路是否具备出串运行的条件。若具备，则打开边断路器，修改网络层被出串线路对的连接关系，然后重新计算短路电流。

图1中步骤7描述的是对可能的基于设备投停和基于厂站拓扑分析的预防控制措施进行安全稳定校核，得到最终可行的措施。

Claims (4)

1.电力系统短路电流预防控制措施的计算方法，其特征在于包括下列步骤：

1)计算指定母线或线路短路后流经断路器的最大短路电流，并与断路器的额定开断电流进行比较，判断是否存在短路电流超标问题；

2)基于设备投停的预防控制措施，首先要在设备停运或投运不影响系统安全稳定性的基础上，形成基于设备投停的短路电流预防控制措施空间，措施类型包括投运串联高抗、停运线路、停运发电机；

3)基于设备投停的预防控制措施以步骤2)中形成的短路电流预防控制措施空间为全集，用变结构电力系统故障计算方法，快速计算设备投停对短路电流的灵敏度，并根据控制后的短路电流大小进行排序，给出设备投停建议；

4)基于厂站拓扑分析的预防控制措施，首先要根据各厂站中的断路器、刀闸连接方式，对短路母线或线路所属厂站进行局部拓扑分析，得到厂站的主接线方式，再结合短路元件的电压等级，选择母线分裂运行或线路出串运行的预防控制措施；

5)若步骤4)中确定预防控制采用母线分裂运行，结合广度优先搜索技术判断母线分裂运行的可行性，若可行，打开相应的母联断路器，根据母联断路器打开后的网络结构，重新校核新的短路电流；

6)若步骤4)中确定预防控制采用线路出串运行，寻找可出串的线路对，根据边断路器打开后的网络结构，重新校核新的短路电流；

7)对可能的基于设备投停和基于厂站拓扑分析的预防控制措施进行安全稳定校核，得到最终可行的措施。

2.根据权利要求1所述的电力系统短路电流预防控制措施的计算方法，其特征在于将短路电流预防控制措施分为两类：基于设备投停的预防控制措施和基于厂站拓扑分析的预防控制措施；其中，基于设备投停的预防控制措施包括投运串联高抗、停运线路和停运发电机；基于厂站拓扑分析的预防控制措施包括母线分裂运行和线路出串运行。

3.根据权利要求1所述的电力系统短路电流预防控制措施的计算方法，其特征在于计算基于设备投停的短路预防控制措施时，不需要重新形成网络拓扑，只需要根据措施空间中的设备与当前运行方式中设备的对应关系，应用变结构电力系统故障的计算方法，直接修正节点阻抗矩阵的部分元素，即可获得各个设备投停对短路电流的灵敏度；控制措施实施后，短路点处的新的短路电流为

${I^{\′}}_f=\frac{V^{\left(0\right)}}{{Z^{\′}}_{\mathrm{ff}}}---\left(1\right)$

其中，V⁽⁰⁾——控制措施实施前短路点的稳态电压；

Z′_ff——控制措施实施后短路点的等效短路阻抗；

I′_f——控制措施实施后的短路电流。

4.根据权利要求1所述的电力系统短路电流预防控制措施的计算方法，其特征在于得到可能的预防控制措施后，需要进行安全稳定校核，将满足系统安全稳定要求的措施作为最终可行的措施。

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