CN106684859B - 一种基于动态分区技术的电网短路电流抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态分区技术的电网短路电流抑制方法，属于电力系统运行控制技术领域。所述方法包括以下步骤：读取电网运行状态、模型和参数等信息，并计算电网中母线短路电流；根据短路电流计算结果确定考察集和动态分区可选方案；分别实施动态分区可选方案，确定最终的可选方案空间；建立动态分区方案评价模型，计算可选方案空间中各方案的综合评价指标；根据综合评估结果确定最终的分区方案。本发明依据动态分区技术，兼顾安全性、可靠性和经济性，给出了解决电网短路电流问题的最佳分区方案，保证电网的安全稳定运行。

Description

一种基于动态分区技术的电网短路电流抑制方法

技术领域

本发明涉及电力系统运行控制技术领域，具体来说，涉及一种基于动态分区技术的电网短路电流抑制方法。

背景技术

随着用电负荷的大幅增长以及发电机组容量的增加，电网规模明显提升，导致系统母线短路电流水平不断提升，短路电流控制是电源、负荷密集电网面临的共性问题。短路电流的不断增加，可能导致断路器的开断能力不足而不能有效切除故障，导致故障扩大，对电网的安全稳定造成威胁。

在系统进入紧急状态时，可考虑采用负荷转供、电磁环网解合环等线路投切技术遏制电网不利状态的发展态势，避免系统从紧急状态发展到事故状态，提升电网安全稳定运行水平。相比于传统的切机、切负荷等有功调整措施，负荷转供、电磁环网解合环仅需小范围调整电网的拓扑结构，投切部分线路，即可有效改变网络潮流分布，速度快且控制代价小，具有明显优势。以上海电网为代表，在国内负荷转供措施已经被应用于解决分区电网主变过载问题。然而，目前负荷转移的方案制定通常凭借调度员的运行经验，缺乏有效的分析和决策方法，很难准确解决电网的潮流控制问题。

随着电网规模的扩大以及电网智能化的发展，计算机辅助决策系统必将取代依靠人工经验的传统模式，在短路电流的预警及措施制定方面发挥更大的作用。在国内外短路电流辅助决策的相关文献中，对电网短路电流水平的评价主要依靠电网短路电流值或短路阻抗值，可以由在线数据直接导出计算。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于动态分区技术的电网短路电流抑制方法，以期实现能够快速、准确给出针对特定紧急状态，协调考虑经济性和安全性等目标的动态分区调整方案，减轻调度人员的负担，保证电网的安稳运行。

技术方案：本发明公开了一种基于动态分区技术的电网短路电流抑制方法，包括以下步骤：

A、读取电网运行状态和信息，计算电网中母线短路电流；

B、判断母线短路电流是否越限，如存在短路电流越限母线，则将越限母线加入到考察集中，否则结束；

C、根据考察集确定N种动态分区可选方案；

D、分别实施各动态分区可选方案，根据方案实施后短路电流计算结果确定最终的可选方案空间；

E、利用动态分区量化评价体系计算可选方案空间中各方案的综合评价指标，确定最终的分区方案并输出。

步骤A中：

短路电流通过短路前瞬间短路点节点电压与短路点自阻抗的比值计算，如下式所示：

式中为短路电流，为短路前瞬间短路点的节点电压，Z_f为短路点的自阻抗。

步骤B中：对于大规模电网，局部的电网结构变化不大的情况下，基本不变，从而可以通过网架结构变化后站点的自阻抗变化反映短路电流的变化情况。因此，可以从节点阻抗矩阵入手分析，根据电网短路电流安全裕度判断母线短路电流是否越限，通过网架结构阻抗值与阻抗安全阀值定义运行中电网短路电流安全裕度，计算公式如下：

其中η_I为短路电流计算点的安全裕度，|Z_I|为短路电流计算点的网架结构自阻抗值的绝对值，|Z_I.set|为短路电流计算点的网架结构阻抗安全阀值的绝对值，η_I越大，表示短路电流计算点的面临的短路电流超标的风险越低；当η_I＜0时，短路电流越限。

步骤D中：可选方案空间确定步骤为：方案实施后，考察集中母线短路电流是否越限，若不越限，进一步判断是否会引发新的母线短路电流越限，反之则实施下一个方案，当方案实施后，集中母线短路电流不越限且也不会引起新的母线短路电流越限，则将该方案加入到可选方案空间中，反之则实施下一个方案。

步骤E中所述的动态分区量化评价体系包含单个评价指标和综合评价指标：

单个评价指标包含三类：安全性指标、可靠性指标和经济性指标；

其中：安全性指标包含线路负载率、变压器负载率、节点电压水平和短路电流水平；可靠性指标包含供电回路数和旋转备用指标；经济性指标包含系统网损和操作代价。

各指标计算方法如下：

第一类，安全性指标：

(1)线路负载率

式中：i＝1,2,…,n_l；η_pl,i为线路i的过载安全裕度；n_l为线路条数；α_li为线路重要性修正因子。

(2)变压器负载率

式中：i＝1,2,…,n_t；η_pl,i为变压器i的过载安全裕度；n_t为变压器个数；α_ti为变压器重要性修正因子。

(3)电压水平

式中：i＝1,2,…,n_u；η_v,i为母线i的电压安全裕度；α_ui为母线电压重要性修正因子。

(4)短路电流水平

式中：i＝1,2,…,n_sc；I_i,sc为第i个短路故障下的短路电流值；n_sc为母线个数；I_i,sc.lim为短路母线相连的断路器的遮断容量的最小值。

第二类，可靠性指标：

(1)供电回路数

供电回路数指标主要用末端变电站供电容量来考核。定义只有两个及以下供电通道的220kV变电站为末端变电站，所有这些变电站的供电容量之和为末端变电站供电容量。

式中：S_i为末端变电站的容量。

(2)旋转备用指标

式中：P_SR为有功旋转备用容量；P_SR.lim为有功旋转备用容量的最低限值。

第三类，经济性指标：

(1)系统网损

式中：P_loss为总的有功功率损耗，Q_loss为总的无功功率损耗。

(2)操作代价

式中：n为线路开合的次数；f_i为每次开合产生的操作费用，与开关的造价和使用寿命有关。

综合评价指标采用线性加权的方法获取：

式中：为各指标集的权重；β_j为各指标集中单个指标的权重；x_j为指标集中的单个评价指标；n为每个指标集中指标的个数。

根据综合评价指标的大小可对多个动态分区方案进行优劣排序，综合评价指标值越小，该方案的性能越好。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.利用动态分区技术解决地区电网短路电流问题，相比传统的根据经验分区方式更具灵活性；

2.从安全性、可靠性、经济性方面综合评估动态分区方案的优劣，可获得最优的分区方案。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的动态分区方案量化评价指标体系；

图3为本实施例的某地区电网网架结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的实施例。

以某地区电网为例，其网架结构示意图如图2所示。该地区750/220kV环网合环运行方式下，计算该地区750kV及220kV母线短路电流，结果显示，部分220kV母线短路电流超过开关遮断电流(50kA)，具体结果见表1。

表1 220kV短路电流超标母线

将上述短路电流超标母线加入到考察集中，并根据考察集确定动态分区可选方案。基于所提的动态分区算法，本算例主要考虑母线分列和环网解环两种措施，根据该地区电网运行方式以及主要站点的短路电流来源，主要考虑以下几种分区备选方案：

针对FH 220kV母线短路电流超标问题，将750/220kV FH-YZ、FH-WB电磁环网解环，考虑以下三种方式：

(1)断开MD-LTY三回线；

(2)MD 220kV母线分列运行；

(3)断开MD-SHZD、MD-SHZX以及MD-MS三条线路。

针对WB、MQ以及HGY 220kV母线短路电流超标问题，考虑以下三种方式：

(1)WB 220kV母线分列运行；

(2)WB、MQ 220kV母线分列；

(3)WB、MQ以及HED 220kV母线分列运行，断开HD-BHL线路。

综合上述方式组合，共有9种可选动态分区方案，上述各方案实施后，MQ、HGY220kV母线短路电流超标问题均可得到解决，且未引发新的母线短路电流超标问题。部分方案未能解决WB、FH 220kV母线短路电流问题，结果如下表所示。

表2该地区的9种动态分区可选方案及短路电流结果

根据表中所示的短路电流计算结果，仅方案2、3、8、9可解决该地区电网中全部220kV母线的短路电流超标问题，因此将该4种方案加入到动态分区可选方案空间中。

根据附图3所示的动态分区量化评价指标体系，计算各方案的单个评价指标及综合评价指标值，结果如下表所示。

表3各动态分区可选方案综合评价结果

	方案2	方案3	方案8	方案9
					线路负载率指标	0.789	0.785	0.788	0.785
主变负载率指标	0.744	0.713	0.739	0.716
					节点电压水平指标	0.536	0.472	0.556	0.504
短路电流指标	0.848	0.816	0.829	0.797
					综合评价指标	0.7218	0.6860	0.7209	0.6905

综合评价指标值越小，则该分区方案的性能越好，表中结果表明，分区方案3最优，即断开MD-LTY三回线，同时将WB、MQ以及HED 220kV母线分列运行，断开HD-BHL线路。该分区方案既能有效解决电网的短路电流超标问题，又能保障电网的安全稳定运行。

Claims (4)

1.一种基于动态分区技术的电网短路电流抑制方法，包括以下步骤：

A、读取电网运行信息，计算电网中母线短路电流；

B、判断母线短路电流是否越限，如存在短路电流越限母线，则将越限母线加入到考察集中；

C、根据考察集确定N种动态分区可选方案；

D、分别实施各动态分区可选方案，根据方案实施后短路电流计算结果确定最终的可选方案空间；

E、利用动态分区量化评价体系计算可选方案空间中各方案的综合评价指标，确定最终的分区方案并输出；

其中，所述的动态分区量化评价体系包含单个评价指标和综合评价指标；

单个评价指标包含三类：安全性指标、可靠性指标和经济性指标；

其中：安全性指标包含线路负载率、变压器负载率、节点电压水平和短路电流水平；可靠性指标包含供电回路数和旋转备用指标；经济性指标包含系统网损和操作代价；

综合评价指标采用线性加权的方法获取：

式中：为各指标集的权重；β_j为各指标集中单个指标的权重；x_j为指标集中的单个评价指标；n为每个指标集中指标的个数。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态分区技术的电网短路电流抑制方法，其特征在于，步骤A中：

短路电流通过短路前瞬间短路点节点电压与短路点自阻抗的比值计算，如下式所示：

式中为短路电流，为短路前瞬间短路点的节点电压，Z_f为短路点的自阻抗。

3.根据权利要求1所述的一种基于动态分区技术的电网短路电流抑制方法，其特征在于，步骤B中：根据电网短路电流安全裕度判断母线短路电流是否越限，通过网架结构阻抗值与阻抗安全阀值定义运行中电网短路电流安全裕度，计算公式如下：

其中η_I为短路电流计算点的安全裕度，|Z_I|为短路电流计算点的网架结构自阻抗值的绝对值，|Z_I.set|为短路电流计算点的网架结构阻抗安全阀值的绝对值，η_I越大，表示短路电流计算点的面临的短路电流超标的风险越低；当η_I＜0时，短路电流越限。

4.根据权利要求1所述的一种基于动态分区技术的电网短路电流抑制方法，其特征在于，步骤D中：可选方案空间确定步骤为：方案实施后，考察集中母线短路电流是否越限，若不越限，进一步判断是否会引发新的母线短路电流越限，反之则实施下一方案，当方案实施后，集中母线短路电流不越限且也不会引起新的母线短路电流越限，则将该方案加入到可选方案空间中，反之则实施下一方案。