CN107944688A - 一种降低电网短路电流的分区方法 - Google Patents

一种降低电网短路电流的分区方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低电网短路电流的分区方法，包括：步骤1，通过深度优先搜索法读取网络拓扑信息；步骤2，读入初始潮流信息，形成站点断面集并进行优先级排序；步骤3，对该组合下的潮流断面，按照优先级依次进行断开；步骤4，潮流计算、断路电流计算；步骤5，判断是否满足约束，如果满足约束，则执行步骤7；步骤6，储存方案，计算目标函数，对方案进行排序输出；步骤7，判断所有断面是否已遍历完全，如果所有断面已遍历完全，则结束。本发明所得分区方案在满足主变负载更加均衡的同时，大幅降低系统短路电流，分区效果明显；可以进行自动计算，减少了运行人员手动进行大量潮流和短路计算的工作量，提高了工作效率。

Description

一种降低电网短路电流的分区方法
技术领域
本发明涉及电网分区领域，具体涉及一种降低电网短路电流的分区方法。
背景技术
近年来，我国电网建设不断加快，500kV、220kV电磁环网联系越来越紧密。同时，随着经济的快速发展，城市电网的规模也越来越大。这些都使得系统电气联系得以加强的同时，220kV母线短路电流大量超过开关遮断容量存在可能。限制短路电流的措施较多，如改变电网接线方式、多母线分裂运行或母线分段运行、采用高阻抗变压器等。解开部分500kV/220kV电磁环网，对220kV电网进行分区运行，是大面积降低短路电流水平的有效方法。同时，电网的分层分区运行也已成为我国电力系统的发展趋势，在某些负荷大、负荷密度高的城市电网，已经采取了电力系统分区措施。
分区是指断开某些220kV线路，形成以1个或多个500kV变电站为中心，带动220kV地区负荷分片运行的网络格局，即不同分区的220kV电网间解环(或部分解环)运行。220kV电网分区运行时，以500kV网作为骨干网架，在各220kV电网之间传输功率；而各分区内的220kV变电站则主要对区域内110kV电网供电。
目前，各电网分区主要为了限制短路电流。现有分区方案，大多依靠运行人员的工作经验，手动断开关键线路，在进行大量的潮流计算和短路计算之后形成。现有人工分区方法由于依靠经验进行人工计算，人工考虑到的方案有限，造成了短路电流较高。
发明内容
本发明针对上述问题提供了一种降低电网短路电流的分区方法，替代人工计算电网分区方案，提高电网分区的智能化，降低电网系统的短路电流。
本发明通过下述技术方案实现：
一种降低电网短路电流的分区方法，包括：
步骤1，通过深度优先搜索法读取网络拓扑信息；
步骤2，读入初始潮流信息，形成站点断面集并进行优先级排序；
步骤3，对该组合下的潮流断面，按照优先级依次进行断开；
步骤4，潮流计算、断路电流计算；
步骤5，判断是否满足约束，如果满足约束，则执行步骤7；
步骤6，储存方案，计算目标函数，对方案进行排序输出；
步骤7，判断所有断面是否已遍历完全，如果所有断面已遍历完全，则结束。进一步地，一种降低电网短路电流的分区方法，还包括：
Step1，置初始分区数m＝0，m＝m+1；判断m是否小于Mmax，如果m小于Mmax，则执行step2；如果m不小于Mmax，则执行Step4；
Step2，置初始组合数k＝0，k＝k+1；判断k是否小于Kmax，如果k不小于Kmax，则执行Step1；如果k小于Kmax，则执行Step3；
Step3，置初始断面数i＝0，i＝i+1；判断I是否小于Imax，如果I小于Imax，则执行步骤6，如果I不小于Imax，则执行Step2；
Step4，结束。
进一步地，一种降低电网短路电流的分区方法，步骤5中，如果不满足所有约束，则执行Step3。
进一步地，一种降低电网短路电流的分区方法，步骤7中，如果所有断面未遍历完全，则执行Step3。
进一步地，一种降低电网短路电流的分区方法，步骤1中的深度优先搜索法包括：
访问搜索到的未被访问的邻接点；
将顶点的visited数组元素值置1；
搜索顶点的未被访问的邻接点，若该邻接点存在，则从此邻接点开始进行同样的访问和搜索。
进一步地，一种降低电网短路电流的分区方法，步骤2中的优先级排序所依据的确定原则包括：
同一路径中，优先断开潮流负载轻的(输电线路；
同一路径中，优先断开两个500kV站间路径出现次数多的输电线路；
同一路径中，优先断开220kV站点之间的输电线路；
对所有路径，优先断开短路径中的输电线路。
进一步地，一种降低电网短路电流的分区方法，步骤5中的约束包括：
500kV主变下网潮流约束：
其中：Pi为第i台500kV主变的额定功率；Lj为第i台500kV主变所连的第j条交流线输送的有功功率；ni为第i台500kV主变所连交流线路总数；
线路潮流约束：
Ij＜Ijmax (3)
式中：Ij为第j条线路的实际电流；Ijmax为第j条线路的最大允许电流；
母线短路电流约束：
Ik＜Iklimit (4)
其中：Ik为第k条母线的短路电流；Iklimit为第k条母线的开关遮断容量；
供电可靠性约束：
nk≥1 (5)
式中：nk为第k分区中500kV主变数量，nk≥1意味着每个分区至少应有一个500kV变电站。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明本方法同时实现了电力系统主流分析的数据修改、循环调用计算以及结果的读取功能；所得分区方案在满足主变负载更加均衡的同时，大幅降低系统短路电流，分区效果明显，从而验证了算法的有效性。同时，该分区方法可以进行自动计算，减少了运行人员手动进行大量潮流和短路计算的工作量，提高了工作效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明流程示意图；
图2为本发明实施例1中优先级排序确定原则举例说明示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1至图2所示，一种降低电网短路电流的分区方法，包括：
步骤1，通过深度优先搜索法读取网络拓扑信息；
步骤2，读入初始潮流信息，形成站点断面集并进行优先级排序；
步骤3，对该组合下的潮流断面，按照优先级依次进行断开；
步骤4，潮流计算、断路电流计算；
步骤5，判断是否满足约束，如果满足约束，则执行步骤7；
步骤6，储存方案，计算目标函数，对方案进行排序输出；
步骤7，判断所有断面是否已遍历完全，如果所有断面已遍历完全，则结束。
一种降低电网短路电流的分区方法，还包括：
Step1，置初始分区数m＝0，m＝m+1；判断m是否小于Mmax，如果m小于Mmax，则执行step2；如果m不小于Mmax，则执行Step4；
Step2，置初始组合数k＝0，k＝k+1；判断k是否小于Kmax，如果k不小于Kmax，则执行Step1；如果k小于Kmax，则执行Step3；
Step3，置初始断面数i＝0，i＝i+1；判断I是否小于Imax，如果I小于Imax，则执行步骤6，如果I不小于Imax，则执行Step2；
Step4，结束。
步骤5中，如果不满足所有约束，则执行Step3。
步骤7中，如果所有断面未遍历完全，则执行Step3。
步骤1中的深度优先搜索法包括：
访问搜索到的未被访问的邻接点；
将顶点的visited数组元素值置1；
搜索顶点的未被访问的邻接点，若该邻接点存在，则从此邻接点开始进行同样的访问和搜索。
步骤2中的优先级排序所依据的确定原则包括：
原则1，同一路径中，优先断开潮流负载轻的(输电线路；
原则2，同一路径中，优先断开两个500kV站间路径出现次数多的输电线路；
原则3，同一路径中，优先断开220kV站点之间的输电线路；
原则4，对所有路径，优先断开短路径中的输电线路。
关于确定原则的实际应用，图2中，JS站和JJ站为500kV变电站，其余为220kV变电站。由于图中任意两节点之间边的长度都为1，(不考虑线路的实际长度和阻抗大小)。则JS站到JJ站之间的所有路径，按照长度从小到大排序依次为
路径1：JS-HS-JJ
路径2：JS-SY-HTC-JJ
路径3：JS-XJD-LX-JJ
路径4：JS-SY-HTC-WH-JJ
路径5：JS-WS-XJD-LX-JJ
路径6：JS-DS-XJD-LX-JJ
……
按照原则4，应该断开路径长度较短的路径中的边(线路)，由此前三条路径中的边断开优先级别较高(断开前三条路径中的某些边已经可以彻底断开JS-JJ两站220kV电气联系)，这三条路径中的边(线路)应该首先保证断开；
按照原则1，在同一路径中，应该断开潮流负载轻的线路，则路径1中应首先断开JS-HS线，路径2中应首先断开SY-HTC线，路径3中三条边潮流负载相差不大；
按照原则2，应该优先断开两个站点之间出现次数较多的边(线路)，则路径2中应首先断开SY-HTC线，路径3中应首先断开XJD-LX线；
按照原则3，同一路径中，应该优先断开220kV站点之间的边(线路)，则路径2中应首先断开SY-HTC线，路径3中应首先断开XJD-LX线。
至此，可以确定JS-JJ两站之间需要优先断开的线路为：JS-HS线，SY-HTC线，XJD-LX线。这3条线路就组成了JS-JJ两站之间优先级别最高的断面。
步骤5中的约束包括：
500kV主变下网潮流约束：
其中：Pi为第i台500kV主变的额定功率；Lj为第i台500kV主变所连的第j条交流线输送的有功功率；ni为第i台500kV主变所连交流线路总数；
线路潮流约束：
Ij＜Ijmax (3)
式中：Ij为第j条线路的实际电流；Ijmax为第j条线路的最大允许电流；
母线短路电流约束：
Ik＜Iklimit (4)
其中：Ik为第k条母线的短路电流；Iklimit为第k条母线的开关遮断容量；
供电可靠性约束：
nk≥1 (5)
式中：nk为第k分区中500kV主变数量，nk≥1意味着每个分区至少应有一个500kV变电站。
对电网进行分区运行，最大驱动力来自解决220kV母线短路电流超标问题。在限制短路电流的同时，还需要遵循以下原则：(1)各分区的主变负载要尽可能均衡分布；(2)每个分区至少要有一个500kV变电站以确保供电可靠性；(3)每个分区220kV母线短路电流需留有一定裕度，以便分区后仍可以对电网进行扩展。根据以上原则，并考虑其余因素，从而建立数学模型。
根据主变负载尽量均衡分布原则，将目标函数定义为
式中：为该电网所有500kV主变的平均负载率，计算公式为 N为该电网500kV主变个数；Di为该电网第i台500kV主变的负载率，按照下网潮流求取；ni为该台主变所连的220kV线路出线数，Lj为该220kV线路输送的有功功率。
实施例2
丰大方式下一个电网共有7座500kV、50余座220kV变电站，最大负荷将达到9325MW。在计算中，短路电流主要考虑500kV和220kV母线的三相短路电流，未分区情况下，共计22个站点的短路电流超过开关遮断容量。
本发明遍历所有分区方案进行计算求解，得到优先级别最高的分区方案，将该方案下主变负载率与分区前进行对比，所得结果如表1所示。
表1分区前后500kV主变负载情况
分区前，全网7个500kV变电站主变负载率方差为0.001 06，分区后方差减小为0.00068，主变负载更加均衡。
在使得主变负载更加均衡的同时，该分区方案还有效降低了系统短路电流，表2为分区前后部分母线短路电流对比结果。可以看出，根据分区方法所确定的方案，短路电流水平都呈下降趋势，所有母线短路电流都在50kA以内，整个系统短路容量大幅提高。
表2分区前后短路电流变化情况
本发明以主变负载尽量均衡为目标函数，短路电流、线路潮流、主变负载等为约束条件建立数学模型，并考虑网络拓扑结构和线路潮流信息，通过定义线路断开优先级别准则，从而确定500kV站点之间的断面优先级。本方法同时实现了电力系统主流分析的数据修改、循环调用计算以及结果的读取功能。所得分区方案在满足主变负载更加均衡的同时，大幅降低系统短路电流，分区效果明显，从而验证了算法的有效性。同时，该分区方法可以进行自动计算，减少了运行人员手动进行大量潮流和短路计算的工作量，提高了工作效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种降低电网短路电流的分区方法，其特征在于，包括：
步骤1，通过深度优先搜索法读取网络拓扑信息；
步骤2，读入初始潮流信息，形成站点断面集并进行优先级排序；
步骤3，对该组合下的潮流断面，按照优先级依次进行断开；
步骤4，潮流计算、断路电流计算；
步骤5，判断是否满足约束，如果满足约束，则执行步骤7；
步骤6，储存方案，计算目标函数，对方案进行排序输出；
步骤7，判断所有断面是否已遍历完全，如果所有断面已遍历完全，则结束。
2.根据权利要求1所述的一种降低电网短路电流的分区方法，其特征在于，还包括：
Step1，置初始分区数m＝0，m＝m+1；判断m是否小于Mmax，如果m小于Mmax，则执行step2；如果m不小于Mmax，则执行Step4；
Step2，置初始组合数k＝0，k＝k+1；判断k是否小于Kmax，如果k不小于Kmax，则执行Step1；如果k小于Kmax，则执行Step3；
Step3，置初始断面数i＝0，i＝i+1；判断I是否小于Imax，如果I小于Imax，则执行步骤6，如果I不小于Imax，则执行Step2；
Step4，结束。
3.根据权利要求2所述的一种降低电网短路电流的分区方法，其特征在于，所述步骤5中，如果不满足所有约束，则执行Step3。
4.根据权利要求2所述的一种降低电网短路电流的分区方法，其特征在于，所述步骤7中，如果所有断面未遍历完全，则执行Step3。
5.根据权利要求1所述的一种降低电网短路电流的分区方法，其特征在于，所述步骤1中的深度优先搜索法包括：
访问搜索到的未被访问的邻接点；
将顶点的visited数组元素值置1；
搜索顶点的未被访问的邻接点，若该邻接点存在，则从此邻接点开始进行同样的访问和搜索。
6.根据权利要求1所述的一种降低电网短路电流的分区方法，其特征在于，所述步骤2中的优先级排序所依据的确定原则包括：
同一路径中，优先断开潮流负载轻的(输电线路；
同一路径中，优先断开两个500kV站间路径出现次数多的输电线路；
同一路径中，优先断开220kV站点之间的输电线路；
对所有路径，优先断开短路径中的输电线路。
7.根据权利要求1所述的一种降低电网短路电流的分区方法，其特征在于，所述步骤5中的约束包括：
500kV主变下网潮流约束：
<mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi> </msub> </munderover> <msub> <mi>L</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中：Pi为第i台500kV主变的额定功率；Lj为第i台500kV主变所连的第j条交流线输送的有功功率；ni为第i台500kV主变所连交流线路总数；
线路潮流约束：
Ij＜Ijmax (3)
式中：Ij为第j条线路的实际电流；Ijmax为第j条线路的最大允许电流；
母线短路电流约束：
Ik＜Iklimit (4)
其中：Ik为第k条母线的短路电流；Iklimit为第k条母线的开关遮断容量；
供电可靠性约束：
nk≥1 (5)
式中：nk为第k分区中500kV主变数量，nk≥1意味着每个分区至少应有一个500kV变电站。
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