CN103887781A - 一种短路电流抑制方案评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种短路电流抑制方案评估方法，该评估方法基于变异系数权值的综合指标法，评估方法包括：I、确定短路电流抑制方案集的数量n和序号i；II、确定短路电流抑制方案的短路电流限流效果指标，构建短路电流限流效果指标的评估矩阵；III、对评价矩阵进行限流效果指标同向化处理及无量纲化处理，获得标准评估矩阵；IV、根据变异系数法和标准评估矩阵确定各指标权值；V、根据综合指标法和指标权值确定限流方案的综合指标，确定最优短路电流抑制方案。该方法采用变异系数法计算限流效果指标权值，利用加权平均型指数对各指标赋以不同权值得到方案的综合指数，根据各方案的综合指数实现对220kV电网短路电流抑制方案综合效果的评价。

Description

一种短路电流抑制方案评估方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统安全领域的方法，具体讲涉及一种短路电流抑制方案评估方法。

背景技术

随着互联电网联系越来越紧密，一些地区220kV电网短路电流超标问题逐步凸显。尤其当大容量机组密集接入电网时，短路电流水平超标问题更加突出。目前抑制短路电流主要采取的措施有电网分区运行、线路串抗、母联串抗、采用高阻抗变压器、变压器中性点加装小电抗、更换开关设备等，一般采用其中一种或几种措施的组合。其中，更换额定遮断电流更大的开关设备投资较大，一般在新建变电站中采用。而且当前的断路器开断电流最高为63kA，当短路电流超过63kA时，只能采取更换开关设备以外的限流措施。

不同短路电流抑制措施的限流效果、对系统安全、经济运行的影响等各不相同，目前，通过对不同的短路电流抑制方案各项效果指标进行综合评价来确定最优限流方案的研究还处于起步阶段。传统的短路电流抑制方法通常通过对各种措施逐一进行计算比较，凭经验选择几种限流措施，但难以实现对不同短路电流抑制方案的客观、有效评价。为客观、全面地评价短路电流抑制方案的效果，为选择最优方案提供技术依据，本发明提出一种基于变异系数权值的综合指数法短路电流抑制方案综合评价方法。

变异系数法根据所有被评价对象的各指标观测值变异程度的大小客观地对其赋权值，变异程度大的指标，说明其能够较好地反映限流方案的效果，应赋予较大的权值；反之，则赋予较小的权值。同时，综合指数法通过对一组相同或不同的数据指标值进行处理，使不同性质的指标值标准化，最后转化成一个综合指数，以客观定量地评估方案的综合水平。综合指数法常用的有简单叠加型指数、加权平均型指数等。其中，加权平均型指数将各限流效果指标的相对重要程度，以各分指数赋以不同权值的形式体现在综合指数计算中，因此本发明选用了加权平均型指数进行计算。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种短路电流抑制方案评估方法，本方法采用变异系数法计算各短路电流抑制方案的效果指标权值，利用加权平均型指数对各指标赋以不同权值得到方案的综合指数，根据各方案的综合指数实现对220kV电网短路电流抑制方案综合效果的评价。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种短路电流抑制方案评估方法，其改进之处在于：所述评估方法基于变异系数权值的综合指标法，所述评估方法包括以下步骤：

I、确定短路电流抑制方案集的数量n和序号i；

II、确定短路电流抑制方案的短路电流限流效果指标，构建所述限流效果指标的评估矩阵；

III、对所述评价矩阵进行所述限流效果指标同向化处理及无量纲化处理，获得标准评估矩阵；

IV、根据变异系数法和所述标准评估矩阵确定各指标权值：

V、根据综合指标法和所述指标权值确定限流方案的综合指标，确定最优短路电流抑制方案。

进一步的，所述步骤II中，

S201、建立评估矩阵为y_i=[y₁，y₂，…，y_m]^T，y_m表示第m个限流效果指标行向量；

S202、确定评估矩阵为Y=[y_i1，y_i2，…，y_in]i=m表示限流效果指标的个数，n表示评估方案的数量。

进一步的，所述步骤III中，所述限流效果指标同化处理包括以下步骤：

S301、建立原始评估矩阵，

m为限流效果指标的数目，n为评估方案的数量，y_mn为评估方案n中限流效果指标m对应的数值；

S302、根据所述原始评估矩阵如下式(1)对限流效果指标进行处理，将所述限流效果指标中的负指标转化为正指标：

$Y_i^{\′}=\frac{1}{k+\max \left|Y_i\right|+Y_i},i=\mathrm{1,2}...m---\left(1\right)$

其中，k为系数；m为限流效果指标的数目，max|Y_i|表示评估矩阵Y的限流效果指标向量Y_i所在行元素中的最大值。

进一步的，所述步骤III中，所述无量纲化处理包括以下步骤：

对所述正评估矩阵Y′进行无量纲化处理，获得标准矩阵Y″，各矩阵元素值如式(2)确定：

$y_{\mathrm{ij}}^{\′\′}=\frac{y_{\mathrm{ij}}}{\sqrt{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{ij}}^2}},i=\mathrm{1,2}...m---\left(2\right)$

其中，m为限流效果指标的数目，n为评估方案的数量。

进一步的，所述步骤IV包括以下步骤：

S401、如下式(3)确定经无量纲化处理后的限流效果指标均值：

${\stackrel{\‾}{y}}_i^{\′\′}=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{ij}}^{\′\′},i=\mathrm{1,2}...m---\left(3\right)$

S402、如下式(4)确定限流效果指标的标准差：

$s_i=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_{\mathrm{ij}}^{\′\′}-{\stackrel{\‾}{y}}_i^{\′\′})}^2},i=\mathrm{1,2}...m---\left(4\right)$

S403、如下式(5)运用均值和标准差确定变异系数V_i：

$V_i=s_i/\left|{\stackrel{\‾}{y}}_i^{\′\′}\right|---\left(5\right)$

S404、如下式(6)根据变异系数V_i确定各限流效果指标权值ω_i：

${\mathrm{\ω}}_i=V_i/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i---\left(6\right)$

其中，m为限流效果指标的数目，n为评估方案的数量。

进一步的，所述步骤V中，根据变异系数确定限流效果指标权值，如下式(7)运用综合指数法确定所述短路电流抑制方案j的短路电流抑制效果综合指数Y_j″′：

$Y_j^{\′\′\′}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i{y_{\mathrm{ij}}}^{\′\′},j=\mathrm{1,2}...n---\left(7\right)$

式中，n和m分别为方案数量和限流效果指标个数，ω_i为第i项限流限流效果指标的权值，y_ij″为标准化矩阵Y″的元素；

将所述综合指数进行排序确定最优短路电流抑制方案。

进一步的，正指标表示所述限流效果指标值越大其反映的状况越优的限流效果指标；所述负指标为所述限流效果指标值越小表示状况越好的限流效果指标。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的方法提出采用变异系数法计算电网短路电流抑制方案中各限流效果指标的权值；该方法首先根据各指标建立指标评价矩阵，通过对各限流效果指标进行同向化和去量纲化处理后，利用指标均值和标准差计算变异系数；最后，利用计算出的变异系数计算出反映不同指标重要程度的权重相量，变异系数法通过准确地定量分析出各指标对评价结果的影响程度，算法简单明确且实用性强。

2、本发明提供的方法以权值的形式考虑了不同限流效果指标的相对重要程度，从多个角度对方案的限流效果进行综合分析，将电网短路电流抑制方案中不同性质和不同量纲的指标标准化，最后转化为一个综合指标，以准确地评估方案的综合水平，通过对该综合指标的排序实现电网短路电流抑制方案的评估。

3、本发明提供的基于变异系数法及综合指标法的短路电流抑制方案评估方法全面、客观地评估短路电流抑制方案的可行性，为电力部门对短路电流抑制方案进行综合比较提供评价依据。

附图说明

图1为短路电流抑制方案综合评价流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

如图1所示，图1为短路电流抑制方案综合评价流程图，本发明提供了一种短路电流抑制方案评估方法，该评估方法基于变异系数权值的综合指标法，评估方法包括以下步骤：

步骤一、确定短路电流抑制方案集的数量n和序号i；

步骤二、确定短路电流抑制方案的短路电流限流效果指标，构建短路电流限流效果指标的评估矩阵；

步骤三、对所述评价矩阵进行限流效果指标同向化处理及无量纲化处理，获得标准评估矩阵；

步骤四、根据变异系数法和所述标准评估矩阵确定各限流效果指标权值；

步骤五、根据综合指标法和所述指标权值确定限流方案的综合指标，确定最优短路电流抑制方案。

步骤一、确定短路电流抑制方案集的数量n和序号i。

确定各短路电流抑制方案，形成确定短路电流抑制方案集，方案数量以n表示，方案序号以i表示。

步骤二、确定短路电流抑制方案的短路电流限流效果指标，构建短路电流限流效果指标的评估矩阵。

建立评估指矩阵为y_i=[y₁，y₂，…，y_m]^T，y_m表示第m个限流效果指标行向量。

假定有n个短路电流抑制方案，则评价矩阵表示为Y=[y_i1，y_i2，…，y_in]i=1，2，…m，m表示限流效果指标的个数，n表示评估方案的数量。

本实施例中，给出的限流效果指标包括：短路电流水平抑制效果指标、电力平衡情况指标、供电可靠性指标、系统静态安全指标、系统暂态稳定指标和经济性指标等。

若限流效果指标为7，则短路电流抑制效果指标为y_i=[y₁，y₂，y₃,y₄，y₅，y₆,y₇]^T，其中，y₁、y₂分别表示220kV电网的母线三相短路电流和单相短路电流；y₃代表电力平衡指标；y₄代表供电可靠性指标；y₅代表母线电压越限和线路过负荷指标；y₆为两发电机间的最大功角差；y₇代表经济性指标；

评估矩阵为Y=[y_ij]_m×n，m为限流效果指标的数目，n为评价对象即方案数量，ω_i表示指标i的权值，所述指标权值向量为ω_i=[ω₁，ω₂，ω₃，ω₄，ω₅，ω₆，ω₇]。

限流效果指标

本实施例中，限流效果指标包括：短路电流水平抑制效果指标、电力平衡情况指标、供电可靠性指标、系统静态安全指标、系统暂态稳定指标和经济性指标。

1)短路电流水平指标

该指标的计算主要考虑220kV电网三相短路电流水平和单相短路电流水平，采用大于45kA的母线短路电流进行计算。短路电流水平指标μ_short采用下式进行计算：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{short}}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|I_{45}/I_0|---\left(1\right)$

式中，I₄₅为采取措施后大于45kA的母线短路电流，n为母线数，I₀为相应变电站的断路器额定遮断电流。

2)电力平衡指标

电力平衡指标根据电网各分区后的电力平衡情况确定，其分值由专家根据下表所示分区内发电与最大负荷的比值进行确定，根据不同实际电网情况分值也可不同，如下表1。

表1为电力平衡评分规则

发电负荷比	0.8以下0.8-0.950.95-11-1.051.05-1.21.2以上
		分值	50以下50-7070-9595-10070-9570以下

确定某方案下电网各分区的电力平衡分值后，采用下式计算分区后的电力平衡指标B_ind：

$B_{\mathrm{ind}}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Score}}_i---\left(2\right)$

其中，m为方案下的电网分区数量；Score_i为第i个分区的电力平衡分值。

3)供电可靠性指标

供电可靠性主要考虑电网分区互供能力，分区互供能力越强的方案其供电可靠性越高。供电可靠性指标分值由专家根据方案的供电可靠性高低进行评分确定，根据不同实际电网情况评分规则也可不同，本实施例中如下表2所示：

表2为供电可靠性评分规则

4)系统静态安全指标

如式(3)所示，系统静态安全指标μ利用母线电压越限指标μ_U和线路过负荷指标μ_L计算得到：

μ=μ_U+μ_L    (3)

母线电压越限指标μ_U的计算如式(4)所示：

${\mathrm{\μ}}_U=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left|\frac{U_i-(U_i^H+U_i^L)/2}{(U_i^H-U_i^L)/2}\right|---\left(4\right)$

其中，m为母线数，U_i为母线i的电压幅值，

和

分别为其上下限值。

线路过负荷指标的计算如式(5)所示：

${\mathrm{\μ}}_L=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|\frac{S_i}{S_{\mathrm{ie}}}\right|---\left(5\right)$

其中，n为线路的集合，S_i为线路i的实际传输功率，S_ie为线路i的允许传输功率。

5)系统暂态稳定性指标(发电机最大功角差)

δ_max=max|δ_i-δ_j|    (6)

式中，δ_i和δ_j为故障切除后暂态过程中任意两台发电机的功角。

6)经济性指标

限流方案的经济性指标主要是所采取措施的直接和间接投资费用，以及系统运行网损费用。直接投资主要是采用高阻抗变压器、串联电抗器等设备增加的投资，间接投资主要包括工程建设等相关费用。

经济性指标E_loss的计算如式(7)所示：评估方案

E_loss=M_invd+M_invind+M_Ploss    (7)

其中，M_invd为直接投资费用；M_invind为间接投资费用；M_Ploss为增加的网损费用。

假设本实施例中有n种限流方案，各方案的7个限流效果指标值如表3所示：

表3不同方案的短路电流抑制效果指标

指标	方案1	方案2	方案3	...	方案n
						220kV电网三相短路电流指标	y11	y12	y13	...	y1n
220kV电网单相短路电流指标	y21	y22	y23	...	y2n
						电力平衡指标	y31	y32	y33	...	y3n
供电可靠性指标	y41	y42	y43	...	y4n
						静态安全性指标	y51	y52	y53	...	y5n
暂态稳定性指标	y61	y62	y63	...	y6n
						经济性指标	y71	y72	y73	...	y7n

步骤三、对所述评价矩阵进行指标同向化处理及无量纲化处理，获得标准评估矩阵。

1、指标同化处理

若m个限流效果指标中存在有负指标，即指标值越小表示状况越好的指标，需进行指标同向化处理，将其转化为正指标，然后再将其进行统一处理。其中，正指标表示指标值越大其反映的状况越优。

指标同化处理包括以下步骤：

建立原始评估矩阵，

m为限流效果指标的数目，n为评估方案的数量，y_mn为评估方案n中限流效果指标m对应的数值；

根据所述原始评估矩阵如下式(8)对指标进行处理，将所述指标中的负指标转化为正指标：

$Y_i^{\′}=\frac{1}{k+\max \left|Y_i\right|+Y_i},i=\mathrm{1,2}...m---\left(8\right)$

其中，k为系数；m为限流效果指标的数目，max|Y_i|表示评估矩阵Y的限流效果指标向量Y_i所在行元素中的最大值。

本实施例中，给出7种限流效果指标，则，评估矩阵

如式i=1，2…7对指标进行处理，将其转化为正指标，其中，n为评价对象即方案数量，k一般取0.1。

2、无量纲化处理包括以下步骤：

对所述正评估矩阵Y′进行无量纲化处理，获得标准矩阵Y″，各矩阵元素值如式(9)确定：

$y_{\mathrm{ij}}^{\′\′}=\frac{y_{\mathrm{ij}}}{\sqrt{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{ij}}^2}},i=\mathrm{1,2}...m---\left(\text{9}\right)$

其中，m为限流效果指标的数目，n为评价方案的数量。

本实施例中，对正评估矩阵Y′进行无量纲化处理，获得标准矩阵

各矩阵元素值为

i=1,2…m。其中，m为限流效果指标的数目，n为评估方案数量。

步骤四、根据变异系数法和所述标准评估矩阵确定各指标权值。具体包括以下步骤：

S401、如下式(10)确定经无量纲化处理后的指标均值：

${\stackrel{\‾}{y}}_i^{\′\′}=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{ij}}^{\′\′},i=\mathrm{1,2}...m---\left(10\right)$

S402、如下式(11)确定指标的标准差：

$s_i=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_{\mathrm{ij}}^{\′\′}-{\stackrel{\‾}{y}}_i^{\′\′})}^2},i=\mathrm{1,2}...m---\left(11\right)$

S403、如下式(12)运用均值和标准差确定变异系数V_i：

$V_i=s_i/\left|{\stackrel{\‾}{y}}_i^{\′\′}\right|---\left(12\right)$

S404、根据短路电流抑制方案的各限流效果指标构造评价矩阵，利用变异系数法定量计算各限流效果指标的影响程度，即限流效果指标权值；如下式(13)根据变异系数V_i确定各指标权值ω_i：

${\mathrm{\ω}}_i=V_i/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i---\left(13\right);$

i=1，2，…m，m表示限流效果指标的数目，权值向量为ω_i=[ω₁，ω₂，…，ω_m]。

本实施例中，给出7种限流效果指标，则：

步骤S401确定经无量纲化处理后的指标均值为：

i＝1，2…7

步骤S402确定指标的标准差为：

i＝1，2…7

步骤S403运用均值和标准差确定变异系数为：

(i＝1，2，…7)。

步骤S404根据变异系数V_i确定各指标权值为：

步骤五、根据综合指标法和所述指标权值确定限流方案的综合指标，确定最优短路电流抑制方案。

所述步骤V中，根据变异系数确定指标权值，如下式(14)运用综合指数法确定任一短路电流抑制方案j的短路电流抑制效果综合指数Y_j″′：

$Y_j^{\′\′\′}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i{y_{\mathrm{ij}}}^{\′\′},i=\mathrm{1,2},...,m;j=\mathrm{1,2}...n---\left(14\right)$

式中，n和m分别为方案数量和限流效果指标个数，ω_i为第i项限流效果指标的权值，y_ij″为标准化矩阵Y″的元素；

通过将所述综合指数进行排序确定最优短路电流抑制方案。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种短路电流抑制方案评估方法，其特征在于：所述评估方法基于变异系数权值的综合指标法，所述评估方法包括以下步骤：

I、确定短路电流抑制方案集的数量n和序号i；

II、确定短路电流抑制方案的短路电流限流效果指标，构建所述限流效果指标的评估矩阵；

III、对所述评价矩阵进行所述限流效果指标同向化处理及无量纲化处理，获得标准评估矩阵；

IV、根据变异系数法和所述标准评估矩阵确定各指标权值；

V、根据综合指标法和所述指标权值确定限流方案的综合指标，确定最优短路电流抑制方案。

2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于：所述步骤II中，

S201、建立评估矩阵为y_i=[y₁，y₂，…，y_m]^T，y_m表示第m个限流效果指标行向量；

S202、确定评估矩阵为Y=[y_i1，y_i2，…，y_in]i＝m表示限流效果指标的个数，n表示评估方案的数量。

3.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于：所述步骤III中，所述限流效果指标同化处理包括以下步骤：

S301、建立原始评估矩阵，m为限流效果指标的数目，n为评估方案的数量，y_mn为评估方案n中限流效果指标m对应的数值；

S302、根据所述原始评估矩阵如下式(1)对限流效果指标进行处理，将所述限流效果指标中的负指标转化为正指标：

$Y_i^{\′}=\frac{1}{k+\max \left|Y_i\right|+Y_i},i=\mathrm{1,2}...m---\left(1\right)$

其中，k为系数；m为限流效果指标的数目，max|Y_i|表示评估矩阵Y的限流效果指标向量Y_i所在行元素中的最大值。

4.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于：所述步骤III中，所述无量纲化处理包括以下步骤：

对所述正评估矩阵Y′进行无量纲化处理，获得标准矩阵Y″，各矩阵元素值如式(2)确定：

$y_{\mathrm{ij}}^{\′\′}=\frac{y_{\mathrm{ij}}}{\sqrt{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{ij}}^2}},i=\mathrm{1,2}...m---\left(2\right)$

其中，m为限流效果指标的数目，n为评估方案的数量。

5.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于：所述步骤IV包括以下步骤：

S401、如下式(3)确定经无量纲化处理后的限流效果指标均值：

${\stackrel{\‾}{y}}_i^{\′\′}=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{ij}}^{\′\′},i=\mathrm{1,2}...m---\left(3\right)$

S402、如下式(4)确定限流效果指标的标准差：

$s_i=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_{\mathrm{ij}}^{\′\′}-{\stackrel{\‾}{y}}_i^{\′\′})}^2},i=\mathrm{1,2}...m---\left(4\right)$

S403、如下式(5)运用均值和标准差确定变异系数V_i：

$V_i=s_i/\left|{\stackrel{\‾}{y}}_i^{\′\′}\right|---\left(5\right)$

S404、如下式(6)根据变异系数V_i确定各限流效果指标权值ω_i：

${\mathrm{\ω}}_i=V_i/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i---\left(6\right)$

其中，m为限流效果指标的数目，n为评估方案的数量。

6.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于：所述步骤V中，根据变异系数确定限流效果指标权值，如下式(7)运用综合指数法确定所述短路电流抑制方案j的短路电流抑制效果综合指数Y_j″′：

$Y_j^{\′\′\′}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i{y_{\mathrm{ij}}}^{\′\′},j=\mathrm{1,2}...n---\left(7\right)$

式中，n和m分别为方案数量和限流效果指标个数，ω_i为第i项限流限流效果指标的权值，y_ij″为标准化矩阵Y″的元素；

将所述综合指数进行排序确定最优短路电流抑制方案。

7.如权利要求2所述的评估方法，其特征在于：正指标表示所述限流效果指标值越大其反映的状况越优的限流效果指标；所述负指标为所述限流效果指标值越小表示状况越好的限流效果指标。

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