CN106505555B - 运行方式变化后的矿井高压电网自适应短路计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了运行方式变化后的矿井高压电网自适应短路计算方法，包括如下步骤：依据矿井高压供电系统的供电关系，生成运行方式发生变化前后的第1级的支路节点与支路节点关联矩阵D和NewD、运行方式变化前的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵G；依据关联矩阵NewD、D和G计算运行方式变化后的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵NewG；依据关联矩阵G和NewG完成矿井高压电网自适应短路计算。本发明依据运行方式变化前后的支路节点和支路节点供电关系构建自适应的网络拓扑分析模型，然后只针对拓扑关系发生变化的线路的短路点完成自动短路计算。具有方法简单、效率高等特点。

Description

运行方式变化后的矿井高压电网自适应短路计算方法

技术领域

本发明公开了运行方式变化后的矿井高压电网自适应短路计算方法，属于煤矿高压供电网络短路计算领域。

背景技术

矿井高压供电系统隶属于配电网，为6kV或10kV等级。在配电网中往往存在环状网络或多电源同时供电的网络结构，而矿井高压供电系统一般使用两个电源，并且这两个电源采用分列运行方式，或者是一路使用一路备用，属于单电源开式电网，为辐射形树状网络结构。已有的矿井高压电网自动短路计算方法能够依据煤矿高压供电系统的供电网络结构特点，构建相应的网络拓扑分析模型，并在该模型基础上完成自动短路计算。尽管已有的矿井高压电网自动短路计算方法能够实现矿井高压电网所有线路短路点的自动短路计算，但是当煤矿高压供电系统运行方式发生变化时，已有的矿井高压电网自动短路计算方法会针对整个高压供电系统重新进行网络拓扑分析，对所有短路点重新进行短路计算。而实际上运行方式的变化只会对高压供电系统中部分节点的网络拓扑关系产生影响，直接针对整个高压供电系统所有短路点重新进行自动短路计算其实是没有必要的。如何基于运行方式变化前后的煤矿高压供电系统中电气设备供电关系的变化情况，构建适应性强的网络拓扑模型，能够只针对拓扑关系发生变化的线路的短路点完成自动短路计算是一个需要解决的问题。

本发明基于矿井高压供电系统特点，为了能够提高自动短路计算效率，提出了运行方式变化后的矿井高压电网自适应短路计算方法，该方法依据运行方式变化前的支路节点和支路节点供电关系和运行方式变化后的支路节点和支路节点供电关系构建自适应的网络拓扑分析模型，获取拓扑关系发生变化的节点信息，然后只针对拓扑关系发生变化的节点对应的短路点完成自动短路计算。

发明内容

针对矿井高压供电系统，依据每条支路节点直接控制的供电线路建立支路节点-供电线路邻接表T；通过该邻接表，可以依据相应的支路节点编号查询到其直接控制的供电线路基本参数，包括供电线路长度、供电线路型号、单位电阻和单位电抗信息；并设置矿井高压供电系统最大运行方式下的系统电抗和最小运行方式下的系统电抗；设置矿井高压供电系统的电源支路节点，电源支路节点是指由上级供电部门直接供电的支路节点。

依据矿井高压供电系统的供电关系，生成运行方式发生变化后的第1级的支路节点与支路节点关联矩阵、运行方式发生变化前的第1级的支路节点与支路节点关联矩阵和运行方式变化前的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵；其中，第1级的支路节点与支路节点关联矩阵仅表示矿井高压电网相邻上下级支路节点间的供电关系，支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵表示矿井高压电网所有支路节点之间的供电关系；针对矿井高压供电系统，以高压出线开关连接的支路作为支路节点，如果支路节点有个，则依据矿井高压供电系统图中电气设备之间的连接关系生成关联矩阵、关联矩阵和关联矩阵，关联矩阵、关联矩阵和关联矩阵均为行列，并以支路节点顺序号为行号，以支路节点顺序号为列号；具体步骤如下：

步骤1）、依据运行方式变化前的矿井高压供电系统生成关联矩阵；在生成关联矩阵的过程中，中第行第列的元素用表示；当不等于时，如果第行的行号对应的支路节点由第列的列号对应的支路节点直接供电，且第行的行号对应的支路节点上的高压开关和由第列的列号对应的支路节点上的高压开关均处于合闸状态，则，否则；当等于时，如果第行的行号对应的支路节点上的高压开关处于合闸状态，则，否则；

步骤2)、依据运行方式变化后的矿井高压供电系统生成关联矩阵；在生成关联矩阵的过程中，中第行第列的元素用表示；当不等于时，如果第行的行号对应的支路节点由第列的列号对应的支路节点直接供电，且第行的行号对应的支路节点上的高压开关和由第列的列号对应的支路节点上的高压开关均处于合闸状态，则，否则；当等于时，如果第行的行号对应的支路节点上的高压开关处于合闸状态，则，否则；

步骤3)、在生成关联矩阵的过程中，中第行第列的元素用表示；当不等于时，如果第行的行号对应的支路节点由第列的列号对应的支路节点供电，且第行的行号对应的支路节点上的高压开关和由第列的列号对应的支路节点上的高压开关均处于合闸状态，则，否则；当等于时，如果第行的行号对应的支路节点上的高压开关处于合闸状态，则，否则。

依据关联矩阵、关联矩阵和关联矩阵计算运行方式变化后的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵； 默认情况下，矩阵与矩阵运算为普通的十进制矩阵运算；具体步骤如下：

步骤1）、集合和初始情况下不包含任何元素，依据关联矩阵和关联矩阵生成关联矩阵，；

步骤2）、矩阵为1行列的矩阵，中第个元素用表示，且，；依据关联矩阵生成矩阵，中第行第列的元素用表示，中第行第列的元素用表示，如果，则；如果，则；

步骤3）、依据矩阵和矩阵生成矩阵，，中第个元素用表示，在中找出所有数值不等于0的元素，并将数值不等于0的所有元素的序号加入到集合中；依据矩阵生成矩阵，且；

步骤4）、从中任意取出一个序号；

步骤5）、查找矩阵第行中数值为1元素对应的列号，如果列号不存在，将矩阵中第行对应的所有元素全部置为0得到一个新的矩阵，依据矩阵生成矩阵，矩阵等于矩阵，执行步骤8）；如果列号存在，将矩阵中第行的内容用第行的内容替换得到矩阵，将矩阵中第行第列对应的元素设置为1得到一个新的矩阵；将矩阵第列中数值为1的所有元素对应的行号加入到集合，将集合中行号为的元素从集合中删除，执行步骤6）；

步骤6）、从中任意取出一个行号；如果在中存在行号，执行步骤7）；如果在中不存在行号，矩阵等于矩阵，执行步骤8）；

步骤7）、将矩阵中第行所有元素全部置为0，将矩阵第行内容用矩阵第行的内容替换得到矩阵，将矩阵中第行第列对应的元素数值设置为1；依据矩阵生成矩阵，矩阵等于矩阵；如果集合中存在未遍历的行号，重复执行步骤6）；如果集合中不存在未遍历的行号，执行步骤8）；

步骤8）、依据矩阵生成矩阵，矩阵等于矩阵，删除集合中的所有元素；如果集合仍然存在未遍历的序号，重复执行步骤4）和步骤5）；如果集合中不存在未遍历的序号，执行步骤9）；

步骤9）、依据矩阵生成关联矩阵，且。

依据运行方式变化前的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵和运行方式变化后的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵完成矿井高压电网自适应短路计算； 默认情况下，矩阵与矩阵运算为普通的十进制矩阵运算；具体步骤如下：

步骤1）、依据关联矩阵和生成矩阵，且；然后将矩阵中所有数值为-1的元素的值全部用1代替；

步骤2）、依据和矩阵生成矩阵，，中第个元素用表示，在中找出所有数值不等于0的元素，并将数值不等于0的所有元素的序号加入到集合中；集合中所有序号对应的支路节点就是运行方式变化后拓扑关系发生改变的需要重新进行短路计算的支路节点集合；

步骤3）、从中任意取出一个序号；

步骤4）、当由支路节点直接供电的线路末端发生短路时，因线路由支路节点控制，支路节点在关联矩阵中对应的行号为，因此首先依据支路节点在关联矩阵中找到相应的行，然后找到第行中数值为1的所有元素对应的列号，再依据获得的列号找到对应的支路节点集合P，P是所有给线路供电的支路节点集合；如果集合P中不存在电源支路节点，则说明线路没有电源供电，不进行短路计算；如果集合P中存在电源支路节点，则说明线路有电源供电，则执行步骤5）；

步骤5）、针对P中每个支路节点的编号查询支路节点-供电线路邻接表T，获取所有支路节点对应的供电线路信息；依据获取的每条供电线路长度、单位电阻和单位电抗计算出每条线路的电阻和电抗，执行步骤6）和7）；

步骤6）、根据每条线路的电阻、电抗和预先设置的最大运行方式下的系统电抗计算获得最大运行方式下的系统总电阻和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最大运行方式下的三相短路电流；

步骤7）、根据每条线路的电阻、电抗和预先设置的最小运行方式下的系统电抗计算获得最小运行方式下的系统总电阻和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最小运行方式下的二相短路电流；

步骤8）、如果集合仍然存在未遍历的序号，重复执行步骤3）和步骤4）；如果集合中不存在未遍历的序号，运行方式变化后拓扑关系发生改变的需要重新进行短路计算的支路节点短路计算完成。

附图说明

图1是运行方式变化前的矿井高压供电系统图；图2是运行方式变化后的矿井高压供电系统图。

具体实施方式

附图1和附图2中用黑色填充的支路节点上的高压开关为分闸状态，未填充的支路节点上的高压开关为合闸状态；在附图1和附图2的矿井高压供电系统中，电源支路节点为(1)和(2)。附图1为运行方式变化前的矿井高压供电系统图，该矿井高压供电系统因联络开关和支路节点上高压开关开关状态的变化导致高压供电系统运行方式发生变化，附图2为运行方式变化后的矿井高压供电系统图。

依据矿井高压供电系统的供电关系，生成运行方式发生变化后的第1级的支路节点与支路节点关联矩阵、运行方式发生变化前的第1级的支路节点与支路节点关联矩阵和运行方式变化前的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵；依据附图1和附图2所示的运行方式变化前后的矿井高压供电系统计算得到的关联矩阵如下所示：

；

；

。

依据关联矩阵、关联矩阵和关联矩阵计算运行方式变化后的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵； 默认情况下，矩阵与矩阵运算为普通的十进制矩阵运算；具体步骤如下：

步骤1）、依据关联矩阵和关联矩阵生成关联矩阵，；依据附图1和附图2所示的运行方式变化前后的矿井高压供电系统计算可得：

；

步骤2）、矩阵为1行列的矩阵，中第个元素用表示，且，；依据关联矩阵生成矩阵，中第行第列的元素用表示，中第行第列的元素用表示，如果，则；如果，则；依据附图1和附图2所示的运行方式变化前后的矿井高压供电系统计算可得：

；

；

步骤3）、依据矩阵和矩阵生成矩阵，，中第个元素用表示，在中找出所有数值不等于0的元素，并将数值不等于0的所有元素的序号加入到集合中；依据矩阵生成矩阵，且；则：；；

；

步骤4）、从中取出序号3；查找矩阵第3行中数值为1元素对应的列号，因为列号不存在，将矩阵中第3行对应的所有元素全部置为0得到一个新的矩阵，矩阵等于矩阵，用矩阵替换矩阵，则

；

步骤5）、从中取出序号7，查找矩阵第7行中数值为1元素对应的列号，等于4，将矩阵中第7行的内容用第4行的内容替换得到矩阵，将矩阵中第7行第7列对应的元素设置为1得到一个新的矩阵，

；

将矩阵第7列中数值为1的所有元素对应的行号加入到集合中，将集合中行号为7的元素从集合中删除，则；将矩阵中第13行和第14行所有元素全部置为0，将矩阵第13行和第14行内容用矩阵第7行的内容替换得到矩阵；

，

用矩阵替换矩阵，删除集合中的所有元素；则

，；

步骤6）、从中取出序号8，查找矩阵第8行中数值为1元素对应的列号，等于4，将矩阵中第8行的内容用第4行的内容替换得到矩阵，将矩阵中第8行第8列对应的元素设置为1得到一个新的矩阵，

；

将矩阵第8列中数值为1的所有元素对应的行号加入到集合中，将集合中行号为8的元素从集合中删除，则；则矩阵

，

。

依据运行方式变化前的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵和运行方式变化后的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵完成矿井高压电网自适应短路计算； 默认情况下，矩阵与矩阵运算为普通的十进制矩阵运算；

步骤1）、依据关联矩阵和生成矩阵，且；然后将矩阵中所有数值为-1的元素全部用1代替，则：

；

步骤2）、依据和矩阵生成矩阵，，中第个元素用表示，在中找出所有数值不等于0的元素，并将数值不等于0的所有元素的序号加入到集合中；则，；

步骤3）、从取出序号3，支路节点3对应的支路节点集合P={}，集合P中不存在电源支路节点，因此支路节点3不需要进行短路计算；

步骤4）、从取出序号7，支路节点7对应的支路节点集合P={(1)，(4)，(7)}，集合P中存在电源支路节点；从取出序号8，支路节点8对应的支路节点集合P={(1)，(4)，(8)}，集合P中存在电源支路节点；从取出序号13，支路节点13对应的支路节点集合P={(1)，(4)，(7)，(13)}，集合P中存在电源支路节点；从取出序号14，支路节点7对应的支路节点集合P={(1)，(4)，(7)，（14）}，集合P中存在电源支路节点；针对序号7，8，13，14各自对应的集合P分别执行步骤5），计算当序号7，8，13，14对应的支路节点控制的线路末端发生短路时对应的短路电流；

步骤5）、针对P中每个支路节点的编号查询支路节点-供电线路邻接表T，获取所有支路节点对应的供电线路信息；依据获取的每条供电线路长度、单位电阻和单位电抗计算出每条线路的电阻和电抗，执行步骤6）和7）；

步骤6）、根据每条线路的电阻、电抗和预先设置的最大运行方式下的系统电抗计算获得最大运行方式下的系统总电阻和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最大运行方式下的三相短路电流；

步骤7）、根据每条线路的电阻、电抗和预先设置的最小运行方式下的系统电抗计算获得最小运行方式下的系统总电阻和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最小运行方式下的二相短路电流。

Claims (3)

1.运行方式变化后的矿井高压电网自适应短路计算方法，其特征在于，所描述的自适应短路计算方法包括如下步骤：

步骤11，依据矿井高压供电系统的供电关系，生成运行方式发生变化后的第1级的支路节点与支路节点关联矩阵、运行方式发生变化前的第1级的支路节点与支路节点关联矩阵和运行方式变化前的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵；

步骤12，依据关联矩阵、关联矩阵和关联矩阵计算运行方式变化后的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵；

步骤13，依据运行方式变化前的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵和运行方式变化后的支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵完成矿井高压电网自适应短路计算；

在步骤12中，主要进行如下步骤：

步骤121、集合和初始情况下不包含任何元素，依据关联矩阵和关联矩阵生成关联矩阵，；

步骤122、矩阵为1行列的矩阵，中第个元素用表示，且，；依据关联矩阵生成矩阵，中第行第列的元素用表示，中第行第列的元素用表示，如果，则；如果，则；

步骤123、依据矩阵和矩阵生成矩阵，，中第个元素用表示，在中找出所有数值不等于0的元素，并将数值不等于0的所有元素的序号加入到集合中；依据矩阵生成矩阵，且；

步骤124、从中任意取出一个序号；

步骤125、查找矩阵第行中数值为1元素对应的列号，如果列号不存在，将矩阵中第行对应的所有元素全部置为0得到一个新的矩阵，依据矩阵生成矩阵，矩阵等于矩阵，执行步骤128；如果列号存在，将矩阵中第行的内容用第行的内容替换得到矩阵，将矩阵中第行第列对应的元素设置为1得到一个新的矩阵；将矩阵第列中数值为1的所有元素对应的行号加入到集合，将集合中行号为的元素从集合中删除，执行步骤126；

步骤126、从中任意取出一个行号；如果在中存在行号，执行步骤127；如果在中不存在行号，矩阵等于矩阵，执行步骤128；

步骤127、将矩阵中第行所有元素全部置为0，将矩阵第行内容用矩阵第行的内容替换得到矩阵，将矩阵中第行第列对应的元素数值设置为1；依据矩阵生成矩阵，矩阵等于矩阵；如果集合中存在未遍历的行号，重复执行步骤126；如果集合中不存在未遍历的行号，执行步骤128；

步骤128、依据矩阵生成矩阵，矩阵等于矩阵，删除集合中的所有元素；如果集合仍然存在未遍历的序号，重复执行步骤124和步骤125；如果集合中不存在未遍历的序号，执行步骤129；

步骤129、依据矩阵生成关联矩阵，且。

2.根据权利要求1所述的运行方式变化后的矿井高压电网自适应短路计算方法，其特征在于，在步骤11中，主要进行如下步骤：

步骤21、依据运行方式变化前的矿井高压供电系统生成关联矩阵；在生成关联矩阵的过程中，中第行第列的元素用表示；当不等于时，如果第行的行号对应的支路节点由第列的列号对应的支路节点直接供电，且第行的行号对应的支路节点上的高压开关和由第列的列号对应的支路节点上的高压开关均处于合闸状态，则，否则；当等于时，如果第行的行号对应的支路节点上的高压开关处于合闸状态，则，否则；

步骤22、依据运行方式变化后的矿井高压供电系统生成关联矩阵；在生成关联矩阵的过程中，中第行第列的元素用表示；当不等于时，如果第行的行号对应的支路节点由第列的列号对应的支路节点直接供电，且第行的行号对应的支路节点上的高压开关和由第列的列号对应的支路节点上的高压开关均处于合闸状态，则，否则；当等于时，如果第行的行号对应的支路节点上的高压开关处于合闸状态，则，否则；

步骤23、在生成关联矩阵的过程中，中第行第列的元素用表示；当不等于时，如果第行的行号对应的支路节点由第列的列号对应的支路节点供电，且第行的行号对应的支路节点上的高压开关和由第列的列号对应的支路节点上的高压开关均处于合闸状态，则，否则；当等于时，如果第行的行号对应的支路节点上的高压开关处于合闸状态，则，否则。

3.根据权利要求1所述的运行方式变化后的矿井高压电网自适应短路计算方法，其特征在于，在步骤13中，主要进行如下步骤：

步骤31、依据关联矩阵和生成矩阵，且；然后将矩阵中所有数值为-1的元素的值全部用1代替；

步骤32、依据矩阵和矩阵生成矩阵，，中第个元素用表示，在中找出所有数值不等于0的元素，并将数值不等于0的所有元素的序号加入到集合中；集合中所有序号对应的支路节点就是运行方式变化后拓扑关系发生改变的需要重新进行短路计算的支路节点集合；

步骤33、从中任意取出一个序号；

步骤34、当由支路节点直接供电的线路末端发生短路时，因线路由支路节点控制，支路节点在关联矩阵中对应的行号为，因此首先依据支路节点在关联矩阵中找到相应的行，然后找到第行中数值为1的所有元素对应的列号，再依据获得的列号找到对应的支路节点集合P，P是所有给线路供电的支路节点集合；如果集合P中不存在电源支路节点，则说明线路没有电源供电，不进行短路计算；如果集合P中存在电源支路节点，则说明线路有电源供电，则执行步骤35；

步骤35、针对P中每个支路节点的编号查询支路节点-供电线路邻接表T，获取所有支路节点对应的供电线路信息；依据获取的每条供电线路长度、单位电阻和单位电抗计算出每条线路的电阻和电抗，执行步骤36和37；

步骤36、根据每条线路的电阻、电抗和预先设置的最大运行方式下的系统电抗计算获得最大运行方式下的系统总电阻和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最大运行方式下的三相短路电流；

步骤37、根据每条线路的电阻、电抗和预先设置的最小运行方式下的系统电抗计算获得最小运行方式下的系统总电阻和总电抗，然后依据高压供电系统短路点所在线路的平均电压和总电阻、总电抗计算最小运行方式下的二相短路电流；

步骤38、如果集合仍然存在未遍历的序号，重复执行步骤33和步骤34；如果集合中不存在未遍历的序号，运行方式变化后拓扑关系发生改变的支路节点短路计算完成。