CN110176755B - 一种故障限流器配置方法及装置 - Google Patents

一种故障限流器配置方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种故障限流器配置方法及装置，根据由多个HVDC换流站之间的电压交互因子获取的第一目标函数，以及根据发生短路故障的节点处安装故障限流器前后的短路故障电流变化值获取的第二目标函数，获取第三目标函数，再结合故障限流器的若干限制条件，获取故障限流器配置模型；最终根据限流器配置模型，确定每台故障限流器的目标参数和目标位置；将每台故障限流器按照目标参数和目标位置在电网中配置，同时考虑了故障限流器的限流作用和抑制换相失败的风险的作用，每次仅配置一台故障限流器，从而保证了每台故障限流器的参数和位置均为最优，且上一台故障限流器的参数和位置对于下一台故障限流器而言均为最优，由此保证了资源的最佳利用。

Description

一种故障限流器配置方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统自动化控制技术领域，尤其涉及一种故障限流器配置方法及装置。
背景技术
在高压直流输电(HVDC)系统中，最常见的故障为换流站换相失败，造成换流站换相失败，主要是由于外部故障发生时，换流站AC侧的电压幅值迅速跌落；其次是由于发生单相故障时，换流站AC侧的相角迅速变化。
而在多馈入高压直流输电(MI-HVDC)系统中，各个HVDC换流站之间有着较为紧密的联系，各个换流站之间的电气距离较近。这表明，在MI-HVDC系统中，直流线路与直流线路之间，以及直流线路与交流线路之间有着非常紧密的电压交互作用，这些线路中如果部分发生故障，则可能使整个系统发生恶化，因此，MI-HVDC系统中最常见的故障是继发性换相失败，并且由于继发性换相失败而扩大故障范围，对电网的安全稳定运行造成极大的影响。继发性换相失败具体指的是：MI-HVDC系统中的逆变站，由于先后遭受交流系统故障而导致的换相电压跌落冲击，以及相邻逆变站发生换相失败而导致的换相电压二次跌落冲击，从而发生换相失败的现象。
针对MI-HVDC系统经常发生继发性换相失败的问题，目前通常采用在电网中安装故障限流器(FCL)来进行改善。故障限流器在电网中可以等效为一个与断路器并联的大电抗，在电网正常运行时，故障限流器表现为零阻抗或极小阻抗，几乎无损耗地通过额定电流，不影响电网的正常运行；而在电网发生故障时，电网中的短路电流大于临界电流时，故障限流器能在毫秒级的时间内呈现出非线性高阻抗特性，从而起到限制条件短路电流的作用。同时，由于故障限流器的接入相当于增加了各个换流站之间的电气距离，因此相当于削弱了各个换流站之间的电气联系和电气交互作用，因此其还能够起到抑制继发性换相失败的发生。
进一步地，无论是用于降低电网发生时的短路电流，还是抑制继发性换相失败的发生风险，都与故障限流器的安装位置、数量和容量有关；其中，故障限流器在电网中起到的效果与其安装数量和容量成正比。考虑故障限流器的投资成本较高，因此在高压输电线路中的每条线路上安装故障限流器是不现实的；同时，还需要对故障限流器的安装位置、数量和容量进行优化配置。
然后，现有的故障限流器配置方案基本上都仅针对其限制条件度短路电流的作用展开，而鲜有同时考虑故障限流器的限流作用和抑制换相失败的风险的作用的方案。因此，针对MI-HVDC系统经常发生继发性换相失败的问题，目前亟需一种同时考虑故障限流器的限流作用和抑制换相失败的风险的作用的方案。
发明内容
为了解决目前的现有的故障限流器配置方案基本上都仅针对其限制条件度短路电流的作用展开，而鲜有同时考虑故障限流器的限流作用和抑制换相失败的风险的作用的方案的问题，本发明实施例提供一种障限流器配置方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种故障限流器配置方法，该方法包括确定电网中互相连接的多个HVDC换流站之间的电压交互因子；根据每个电压交互因子和每个电压交互因子对应的第一权重系数，获取第一目标函数；根据多个换流站之间发生短路故障的节点处的原始短路电流，以及安装故障限流器后节点处的短路故障电流之差，获取该节点处的短路故障电流变化值；根据每个短路故障电流变化值和每个短路故障电流变化值对应的第二权重系数，获取第二目标函数；根据阻抗化的第一目标函数和阻抗化的第二目标函数，获取第三目标函数；根据第三目标函数，以及故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，获取故障限流器配置模型；根据限流器配置模型，确定每台故障限流器的目标参数和目标位置；将每台故障限流器按照目标参数和目标位置在电网中配置。
第二方面，本发明实施例提供一种故障限流器配置装置，该装置包括第一优化单元，用于确定电网中互相连接的多个HVDC换流站之间的电压交互因子；根据每个电压交互因子和每个电压交互因子对应的第一权重系数，获取第一目标函数；第二优化单元，用于根据多个换流站之间发生短路故障的节点处的原始短路电流，以及安装故障限流器后节点处的短路故障电流之差，获取节点处的短路故障电流变化值；根据每个短路故障电流变化值和每个短路故障电流变化值对应的第二权重系数，获取第二目标函数；第三优化单元，用于根据阻抗化的第一目标函数和阻抗化的第二目标函数，获取第三目标函数；建模单元，用于根据第三目标函数，以及故障限流器的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，获取故障限流器配置模型；配置单元，用于根据限流器配置模型，确定每台故障限流器的目标参数和目标位置；将每台故障限流器按照目标参数和目标位置在电网中配置。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，该电子设备包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的故障限流器配置方法。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序使计算机执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的故障限流器配置方法。
本发明实施例提供一种故障限流器配置方法及装置，根据多个HVDC换流站之间的电压交互因子及各个电压交互因子对应的权重系数，获取第一目标函数；同时根据发生短路故障的节点处的原始短路电流，和该节点处安装了故障限流器之后的短路故障电流之差的短路故障电流变化值，以及每个短路故障电流变化值对应的权重系数，获取第二目标函数；然后根据第一目标函数和第二目标函数，获取作为最终优化目标的第三目标函数；第三目标函数，以及故障限流器的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，获取故障限流器配置模型；最终根据限流器配置模型，确定每台故障限流器的目标参数和目标位置；将每台故障限流器按照目标参数和目标位置在电网中配置。本发明实施例同时考虑了故障限流器的限流作用和抑制换相失败的风险的作用，一台故障限流器通过上述流程进行配置之后再配置另一台故障限流器，以此类推，从而保证了每台故障限流器的参数和位置均为最优，且上一台故障限流器的参数和位置对于下一台故障限流器而言均为最优，由此保证了资源的最佳利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的故障限流器配置方法的总体流程示意图；
图2为本发明实施例的故障限流器配置方法的具体流程示意图；
图3为本发明实施例的故障限流器配置方法的迭代流程示意图；
图4为本发明实施例的故障限流器配置方法的仿真实验的一次接线图；
图5为本发明实施例的故障限流器配置装置的结构示意图；
图6为本发明实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了衡量电网中与继发性换相失败相关的HVDC换流站之间的电压交互作用，需要引入电压交互作用因子(MIIF因子)作为对该电压交互作用进行量化指标。根据国际大电网会议组织(CIGRE)对MIIF因子的定义可知，在换流母线m中投入对称三相电抗器之后，换流母线n的电压下降量与换流母线m的电压下降量之比，为换流母线m和换流母线n之间的电压交互作用因子MIIFn,m。其中，MIIFn,m如式(1)所示：
Figure BDA0002098324930000051
其中，MIIFn,m为换流母线m和换流母线n之间的电压交互作用因子，0＜MIIFn,m＜1；ΔVm为在换流母线m中投入对称三相电抗器瞬间，换流母线m的电压下降量；ΔVn为在换流母线m中投入对称三相电抗器瞬间，换流母线n的电压下降量。
进一步地，MIIF指标基于节点导纳矩阵Z还可以如式(2)表示：
Figure BDA0002098324930000052
其中，MIIFn,m为换流母线m和换流母线n之间的电压交互作用因子；Zmm为换流母线m上的节点的自阻抗；Znm为换流母线m上的节点和换流母线n上的节点之间的互阻抗。
需要说明的是，Zmm和Znm均为节点导纳矩阵Z中的元素，节点导纳矩阵Z为节点导纳矩阵Y的逆。
首先，现有的故障限流器配置方法的优化目标为：
Figure BDA0002098324930000053
其中，t为故障限流器的编号，NFCL为故障限流器的个数，Zt,FCL为第t个故障限流器的限流阻抗值，ωFCL为每台故障限流器的投资成本。
现有的故障限流器配置方法的约束条件为：
Figure BDA0002098324930000054
Figure BDA0002098324930000055
其中，Zt,FCL为第t个故障限流器的限流阻抗值，
Figure BDA0002098324930000056
为Zt,FCL的上限，
Figure BDA0002098324930000057
为Zt,FCL的下限，a为短路电流超标节点的编号，BN为短路电流超标节点的个数，
Figure BDA0002098324930000061
为短路电流超标节点a的短路电流，
Figure BDA0002098324930000062
短路电流超标节点a的限流目标值。
从现有的故障限流器配置方法可以看出，目前是以故障限流器的安装总数、安装位置和限流阻抗值为决策变量的大规模、非连续、非线性的多目标优化问题，该问题的求解具有难度，而且，现有方法仅考虑了故障限流器在限制电流方面的作用，未考虑故障限流器在抑制换相失败的风险的作用。
图1为本发明实施例的故障限流器配置方法的总体流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种故障限流器配置方法，该方法包括：
S1、确定电网中多个HVDC换流站之间的电压交互因子；根据每个电压交互因子和每个电压交互因子对应的第一权重系数，获取第一目标函数。
具体地，由于在多馈入高压直流输电(MI-HVDC)系统中发生继发性换相失败，主要是由于多个HVDC换流站之间的交互作用，因此采用电压交互作用因子(MIIF因子)作为对该电压交互作用进行量化指标，即系统中发生继发性换相失败的风险正比于电压交互作用因子。而每两个相连的HVDC换流站之间的电压交互因子不一定相同，因此步骤S1中，根据每个电压交互因子和每个电压交互因子对应的第一权重系数，获取第一目标函数。
S2、根据多个换流站之间发生短路故障的节点处的原始短路电流，以及安装故障限流器后节点处的短路故障电流之差，获取该节点处的短路故障电流变化值；根据每个短路故障电流变化值和每个短路故障电流变化值对应的第二权重系数，获取第二目标函数。
具体地，步骤S2中，将发生短路故障的节点处的原始短路电流，与该节点处安装故障限流器之后的短路故障电流之差，作为该节点处的短路故障电流变化值。根据每个发生短路故障的节点处的短路故障电流变化值与其对应的第二权重系数，获取第二目标函数。
S3、根据阻抗化的第一目标函数和阻抗化的第二目标函数，获取第三目标函数。
具体地，步骤S3中，为了方便问题的求解，需要将第一目标函数和第二目标函数分别阻抗化，从而依据阻抗化的第一目标函数和阻抗化的第二目标函数，获取第三目标函数。
需要说明的是，在第一目标函数中，是将电压交互因子阻抗化；在第二目标函数中，是将原始短路电流和短路故障电流阻抗化，由此将短路故障电流变化值阻抗化。
S4、根据第三目标函数，以及故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，获取故障限流器配置模型。
具体地，步骤S4中，将第三目标函数作为本发明实施例求解问题的优化目标，将故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件作为求解问题的约束条件；根据上述优化目标和上述约束条件，建立故障限流器配置模型。
S5、根据限流器配置模型，确定每台故障限流器的目标参数和目标位置；将每台故障限流器按照目标参数和目标位置在电网中配置。
具体地，步骤S5中，基于限流器配置模型，由于第三目标函数已为阻抗化的表示形式，因此方便用于确定故障限流器的目标位置，结合故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，方便用于确定故障限流器的目标参数，由此，将每台故障限流器按照目标参数和目标位置在电网中配置。
本发明实施例不仅考虑了故障限流器的限流作用，还考虑了故障限流器的抑制换相失败的风险的作用，很好地将故障限流器的限流作用和抑制换相失败的风险的作用结合，以使得每台故障限流器的参数和位置为最优。
图2为本发明实施例的故障限流器配置方法的具体流程示意图，如图2所示，步骤S5中的将每台故障限流器按照目标参数和目标位置在电网中配置之前，还包括：A1、将任意一台故障限流器按照任意一台故障限流器对应的目标参数和目标位置在电网中配置，并更新故障限流器配置模型；A2、根据更新后的故障限流器配置模型，获取另一台故障限流器对应的目标参数和目标位置，并按照另一台故障限流器对应的目标参数和目标位置安装另一台故障限流器；A3、重复步骤A1和A2，直至在电网中安装待配置的每台故障限流器。
具体地，图3为本发明实施例的故障限流器配置方法的迭代流程示意图，如图2和图3所示，本发明实施例采用贪婪算法，对每台故障限流器的目标参数和目标位置的选取均为最优的，每台故障限流器的目标参数和目标位置的求解均可被视为一个子优化问题，该子优化问题已在上一实施例中进行详细说明。图3中，将每台故障限流器的目标参数和目标位置的求解视为该贪婪算法中的一步，例如第t台故障限流器的目标参数和目标位置的求解为该贪婪算法的第t步。由此不断迭代求解每台故障限流器的目标参数和目标位置，直至需要优化的全部故障限流器均在电网中配置完毕，则该贪婪算法停止。其中，t为故障限流器的编号，也为迭代次数；nFCL为故障限流器的个数，nFCL,max为故障限流器的最大安装台数。
基于上述实施例，步骤A1中，更新故障限流器配置模型之前，还包括：分别更新第一目标函数和第二目标函数；根据更新后的第一目标函数和第二目标函数，更新第三目标函数；更新任意一台的故障限流器对应的网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件；根据更新后的第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数，以及更新后的任意一台故障限流器对应的网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，更新故障限流器配置模型。
具体地，每次安装一台故障限流器之后，均需要进行上述更新故障，以用于更新故障限流器配置模型，从而为下一台故障限流器的配置做准备。
基于上述实施例，第一目标函数为：
Figure BDA0002098324930000081
其中，f1为第一目标函数，t为故障限流器的编号，
Figure BDA0002098324930000082
和
Figure BDA0002098324930000083
为多馈入交互因子
Figure BDA0002098324930000084
关联的两个HVDC换流站的编号，i为多馈入交互因子
Figure BDA0002098324930000085
的编号，
Figure BDA0002098324930000086
为多馈入交互因子
Figure BDA0002098324930000087
的个数，
Figure BDA0002098324930000088
为每个多馈入交互因子
Figure BDA0002098324930000091
对应的权重系数；
基于上述实施例，第二目标函数为：
Figure BDA0002098324930000092
其中，f2为第二目标函数，i为多馈入交互因子
Figure BDA0002098324930000093
的编号，
Figure BDA0002098324930000094
为多馈入交互因子
Figure BDA0002098324930000095
的个数，t为故障限流器的编号，
Figure BDA0002098324930000096
为多馈入交互因子
Figure BDA0002098324930000097
关联的两个HVDC换流站之间的任一发生短路故障的节点处的原始短路电流，
Figure BDA0002098324930000098
为该节点处安装故障限流器之后的短路故障电流，
Figure BDA0002098324930000099
为该节点处的短路故障电流变化值，βi为该节点处的短路故障电流变化值的权重系数。
需要说明的是，短路电流的计算可以近似用阻抗进行表示，即：
Figure BDA00020983249300000910
其中，
Figure BDA00020983249300000911
为任一发生短路故障的节点处安装故障限流器之后的短路故障电流，Zii为该节点处的自阻抗。
由此，可将第一目标函数中的电压交互因子阻抗化，得到阻抗化的第一目标函数为：
Figure BDA00020983249300000912
其中，f1为第一目标函数，t为故障限流器的编号，
Figure BDA00020983249300000913
为编号为
Figure BDA00020983249300000914
和
Figure BDA00020983249300000915
的关联的两个HVDC换流站的互阻抗，
Figure BDA00020983249300000916
为编号为
Figure BDA00020983249300000917
的HVDC换流站的自阻抗，
Figure BDA00020983249300000918
为每个多馈入交互因子
Figure BDA00020983249300000919
对应的权重系数，i为多馈入交互因子
Figure BDA00020983249300000920
的编号。
同理，可将第二目标函数中的原始短路电流和短路故障电流阻抗化，得到阻抗化的第二目标函数为：
Figure BDA0002098324930000101
其中，f2为第二目标函数，i为多馈入交互因子
Figure BDA0002098324930000102
的编号，
Figure BDA0002098324930000103
为多馈入交互因子
Figure BDA0002098324930000104
的个数，t为故障限流器的编号，
Figure BDA0002098324930000105
为多馈入交互因子
Figure BDA0002098324930000106
关联的两个HVDC换流站之间的任一发生短路故障的节点处的自阻抗，
Figure BDA0002098324930000107
为该节点处安装故障限流器之后的自阻抗，
Figure BDA0002098324930000108
为该节点处的自阻抗变化值，βi为该节点处的自阻抗变化值的权重系数。
基于上述实施例，根据阻抗化的第一目标函数和阻抗化的第二目标函数，得到第三目标函数为：
Figure BDA0002098324930000109
其中，f3为第三目标函数，i为多馈入交互因子
Figure BDA00020983249300001010
的编号，
Figure BDA00020983249300001011
为多馈入交互因子
Figure BDA00020983249300001012
的个数，t为故障限流器的编号，
Figure BDA00020983249300001013
为多馈入交互因子
Figure BDA00020983249300001014
关联的两个HVDC换流站之间的任一发生短路故障的节点处的自阻抗，
Figure BDA00020983249300001015
为该节点处安装故障限流器之后的自阻抗，
Figure BDA00020983249300001016
为该节点处的自阻抗变化值，βi为该节点处的自阻抗变化值的权重系数；
Figure BDA00020983249300001017
为编号为
Figure BDA00020983249300001018
和
Figure BDA00020983249300001019
的关联的两个HVDC换流站的互阻抗，
Figure BDA00020983249300001020
为编号为
Figure BDA00020983249300001021
的HVDC换流站的自阻抗，
Figure BDA00020983249300001022
为每个多馈入交互因子
Figure BDA00020983249300001023
对应的权重系数，i为多馈入交互因子
Figure BDA00020983249300001024
的编号。
基于上述实施例，获取故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，具体包括：
B1、根据第一矩阵，针对每台故障限流器，确定安装数限制条件为1；
第一矩阵为：
Figure BDA0002098324930000111
其中，σ为第一矩阵，j为故障限流器的候选线路的编号，NL为候选线路的个数；σ1，…，σj，…，
Figure BDA0002098324930000112
分别为0或1，若候选线路上安装有故障限流器，则σj为1；若候选线路上未安装故障限流器，则σj为0；
安装数限制条件为：
σTσ＝1 (11)
其中，σ为第一矩阵，σT为第一矩阵σ的转置矩阵。
该约束条件表示：每次迭代求解一个子优化问题时，仅对一台限流器的参数进行限定。
B2、根据第二矩阵确定网络参数限制条件，网络参数限制条件用于根据第二矩阵获取多个HVDC换流站之间的任一节点处的自阻抗；
第二矩阵为：
Figure BDA0002098324930000113
其中，CL为第二矩阵，j为故障限流器的候选线路的编号，NL为候选线路的个数；C1，…，Cj，…，
Figure BDA0002098324930000114
为多个HVDC换流站之间的任一节点处的自阻抗；CL为
Figure BDA0002098324930000115
维的矩阵，Cj为
Figure BDA0002098324930000116
维的矩阵；
例如，表1为第二矩阵CL的元素索引表，表1中，pj，qj和zj分别表示第j条候选线路的起点、终点和线路阻抗。
Figure BDA0002098324930000117
代表的是第t次迭代过程中新的阻抗矩阵中的对应元素。
表1
Figure BDA0002098324930000118
第二矩阵CL为信息矩阵，根据对信息矩阵的定义，可以得到网络参数限制条件为：
Figure BDA0002098324930000121
其中，σT为第一矩阵σ的转置矩阵，CL为第二矩阵，Z1，…，
Figure BDA0002098324930000122
为根据σTCL得到的变量。
B3、根据变量和故障限流器的阻抗xFCL，更新编号为
Figure BDA0002098324930000123
和
Figure BDA0002098324930000124
的关联的两个HVDC换流站的互阻抗
Figure BDA0002098324930000125
和编号为
Figure BDA0002098324930000126
的HVDC换流站的自阻抗
Figure BDA0002098324930000127
根据变量、故障限流器的阻抗xFCL、更新后的
Figure BDA0002098324930000128
和
Figure BDA0002098324930000129
获取电压交互指标限制条件为：
Figure BDA00020983249300001210
其中，
Figure BDA00020983249300001211
为多馈入交互因子，
Figure BDA00020983249300001212
为更新后的编号为
Figure BDA00020983249300001213
和
Figure BDA00020983249300001214
的关联的两个HVDC换流站的互阻抗，
Figure BDA00020983249300001215
为更新后的编号为
Figure BDA00020983249300001216
的HVDC换流站的自阻抗；
以及，
Figure BDA00020983249300001217
Figure BDA00020983249300001218
c＝z1+z2-2z3+zFCL
Figure BDA00020983249300001219
其中，
Figure BDA00020983249300001220
为更新后的编号为
Figure BDA00020983249300001221
和
Figure BDA00020983249300001222
的关联的两个HVDC换流站的互阻抗，
Figure BDA00020983249300001223
为更新后的编号为
Figure BDA00020983249300001224
的HVDC换流站的自阻抗，
Figure BDA00020983249300001225
为编号为
Figure BDA00020983249300001226
和
Figure BDA00020983249300001227
的关联的两个HVDC换流站的互阻抗，
Figure BDA00020983249300001228
为编号为
Figure BDA00020983249300001229
的HVDC换流站的自阻抗，xFCL为故障限流器的阻抗，z1、z2、z3、z4i+1、z4i+2、z4i+3和z4i+4均为网络参数限制条件中Z1，…，
Figure BDA0002098324930000131
中的变量，j为故障限流器的候选线路的编号，c和zFCL为运算中间值。
B4、根据多个HVDC换流站之间的任一发生短路故障的节点处安装故障限流器之后的短路故障电流，不超过多该节点对应的断路器的遮断电流，确定节点短路电流限制条件为：
Figure BDA0002098324930000132
其中，
Figure BDA0002098324930000133
为该节点处安装故障限流器之后的短路故障电流，
Figure BDA0002098324930000134
为该节点对应的断路器的遮断电流。
B5、根据故障限流器的阻抗不大于故障限流器的额定电抗，获取阻抗限制条件为：
xFCL＜xFCL，max (15)
其中，xFCL为故障限流器的阻抗，xFCL，max为故障限流器的额定电抗。
综上所述，将式(10)作为每个子问题的优化目标，将式(11)～式(15)作为每个子问题的约束条件，建立故障限流器配置模型。基于故障限流器配置模型，在每一步迭代中，获取每台故障限流器的目标参数和目标位置，从而在电网中配置每台故障限流器。
基于上述实施例，下面给出该故障限流器的配置方法的一个仿真实验，以详细说明该方法的过程和效果。图4为本发明实施例的故障限流器配置方法的仿真实验的一次接线图，如图4所示，该电网中有两个HVDC换流站(用两个三角形表示)，分别设置在母线104及110上，同时104和110两条母线间的8条交流线路被视作安装故障限流器的候选线路，后续故障限流器的安装将在这8条线路上进行。故障限流器的额定电抗，在当前阻抗基准值的情况下设置为0.2p.u.。
通过对该故障限流器的配置方法对优化问题进行求解，可以得到如下的优化结果，分别对安装一台故障限流器和安装两台故障限流器的情况进行了研究。实验结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002098324930000141
如表2所示，若选择安装一台故障限流器，则该台故障限流器的目标位置为线路104-105为最优；若选择安装两台故障限流器，则其中一台故障限流器的目标位置为104-105，另一台故障限流器的目标位置为103-104为最优。
图5为本发明实施例的故障限流器的配置装置的结构示意图，如图5所示，本发明实施例提供一种故障限流器的配置装置，该装置包括第一优化单元501、第二优化单元502、第三优化单元503、建模单元504和配置单元505，其中：
第一优化单元501，用于确定电网中互相连接的多个HVDC换流站之间的电压交互因子；根据每个所述电压交互因子和每个所述电压交互因子对应的第一权重系数，获取第一目标函数。
具体地，由于在多馈入高压直流输电(MI-HVDC)系统中发生继发性换相失败，主要是由于多个HVDC换流站之间的交互作用，因此采用电压交互作用因子(MIIF因子)作为对该电压交互作用进行量化指标，即系统中发生继发性换相失败的风险正比于电压交互作用因子。而每两个相连的HVDC换流站之间的电压交互因子不一定相同，因此通过第一优化单元501根据每个电压交互因子和每个电压交互因子对应的第一权重系数，获取第一目标函数。
第二优化单元502，用于根据所述多个换流站之间发生短路故障的节点处的原始短路电流，以及安装故障限流器后所述节点处的短路故障电流之差，获取所述节点处的短路故障电流变化值；根据每个所述短路故障电流变化值和每个所述短路故障电流变化值对应的第二权重系数，获取第二目标函数。
具体地，通过第二优化单元502，将发生短路故障的节点处的原始短路电流，与该节点处安装故障限流器之后的短路故障电流之差，作为该节点处的短路故障电流变化值。根据每个发生短路故障的节点处的短路故障电流变化值与其对应的第二权重系数，获取第二目标函数。
第三优化单元503，用于根据阻抗化的所述第一目标函数和阻抗化的所述第二目标函数，获取第三目标函数。
具体地，为了方便问题的求解，通过第三优化单元503将第一目标函数和第二目标函数分别阻抗化，从而依据阻抗化的第一目标函数和阻抗化的第二目标函数，获取第三目标函数。
建模单元504，用于根据所述第三目标函数，以及故障限流器的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，获取故障限流器配置模型。
具体地，通过建模单元504，将第三目标函数作为本发明实施例求解问题的优化目标，将故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件作为求解问题的约束条件；根据上述优化目标和上述约束条件，建立故障限流器配置模型。
配置单元505，用于根据所述限流器配置模型，确定每台故障限流器的目标参数和目标位置；将每台所述故障限流器按照所述目标参数和所述目标位置在电网中配置。
具体地，通过配置单元505，基于限流器配置模型，由于第三目标函数已为阻抗化的表示形式，因此方便用于确定故障限流器的目标位置，结合故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，方便用于确定故障限流器的目标参数，由此，将每台故障限流器按照目标参数和目标位置在电网中配置。
本发明实施例不仅考虑了故障限流器的限流作用，还考虑了故障限流器的抑制换相失败的风险的作用，很好地将故障限流器的限流作用和抑制换相失败的风险的作用结合，以使得每台故障限流器的参数和位置为最优。
图6为本发明实施例的电子设备的结构示意图，如图6所示，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器(processor)601、通信接口(CommunicationsInterface)602、存储器(memory)603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信。处理器601可以调用存储器603上并可在处理器601上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的故障限流器配置方法，例如包括：确定电网中多个HVDC换流站之间的电压交互因子；根据每个电压交互因子和每个电压交互因子对应的第一权重系数，获取第一目标函数；根据多个换流站之间发生短路故障的节点处的原始短路电流，以及安装故障限流器后节点处的短路故障电流之差，获取节点处的短路故障电流变化值；根据每个短路故障电流变化值和每个短路故障电流变化值对应的第二权重系数，获取第二目标函数；根据阻抗化的第一目标函数和阻抗化的第二目标函数，获取第三目标函数；根据第三目标函数，以及故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，获取故障限流器配置模型；根据限流器配置模型，确定每台故障限流器的目标参数和目标位置；将每台故障限流器按照目标参数和目标位置在电网中配置。
此外，上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的故障限流器配置方法，例如包括：确定电网中多个HVDC换流站之间的电压交互因子；根据每个电压交互因子和每个电压交互因子对应的第一权重系数，获取第一目标函数；根据多个换流站之间发生短路故障的节点处的原始短路电流，以及安装故障限流器后节点处的短路故障电流之差，获取节点处的短路故障电流变化值；根据每个短路故障电流变化值和每个短路故障电流变化值对应的第二权重系数，获取第二目标函数；根据阻抗化的第一目标函数和阻抗化的第二目标函数，获取第三目标函数；根据第三目标函数，以及故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，获取故障限流器配置模型；根据限流器配置模型，确定每台故障限流器的目标参数和目标位置；将每台故障限流器按照目标参数和目标位置在电网中配置。
以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制条件；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种故障限流器配置方法，其特征在于，包括：
确定电网中互相连接的多个HVDC换流站之间的电压交互因子；根据每个所述电压交互因子和每个所述电压交互因子对应的第一权重系数，获取第一目标函数；
根据多个换流站之间发生短路故障的节点处的原始短路电流，以及安装故障限流器后所述节点处的短路故障电流之差，获取所述节点处的短路故障电流变化值；根据每个所述短路故障电流变化值和每个所述短路故障电流变化值对应的第二权重系数，获取第二目标函数；
根据阻抗化的所述第一目标函数和阻抗化的所述第二目标函数，获取第三目标函数；
根据所述第三目标函数，以及故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，获取故障限流器配置模型；
根据所述限流器配置模型，确定每台故障限流器的目标参数和目标位置；将每台所述故障限流器按照所述目标参数和所述目标位置在电网中配置。
2.根据权利要求1所述的故障限流器配置方法，其特征在于，所述将每台所述故障限流器按照所述目标参数和所述目标位置在电网中配置之前，还包括：
A1、将任意一台故障限流器按照所述任意一台故障限流器对应的目标参数和目标位置在电网中配置，并更新所述故障限流器配置模型；
A2、根据更新后的所述故障限流器配置模型，获取另一台故障限流器对应的目标参数和目标位置，并按照所述另一台故障限流器对应的目标参数和目标位置安装所述另一台故障限流器；
A3、重复步骤A1和A2，直至在电网中安装待配置的每台所述故障限流器。
3.根据权利要求2所述的故障限流器配置方法，其特征在于，步骤A1中，所述更新所述故障限流器配置模型之前，还包括：
分别更新所述第一目标函数和所述第二目标函数；
根据更新后的所述第一目标函数和所述第二目标函数，更新所述第三目标函数；
更新所述任意一台的故障限流器对应的网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件；
根据更新后的所述第一目标函数、所述第二目标函数和所述第三目标函数，以及更新后的所述任意一台故障限流器对应的网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，更新所述故障限流器配置模型。
4.根据权利要求1所述的故障限流器配置方法，其特征在于，所述第一目标函数为：
Figure FDA0002899439350000021
其中，f1为第一目标函数，t为故障限流器的编号，
Figure FDA00028994393500000214
和
Figure FDA00028994393500000215
为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000022
关联的两个HVDC换流站的编号，i为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000023
的编号，
Figure FDA0002899439350000024
为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000025
的个数，
Figure FDA0002899439350000026
为每个多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000027
对应的权重系数；
所述阻抗化的第一目标函数为：
Figure FDA0002899439350000028
其中，f1为第一目标函数，t为故障限流器的编号，
Figure FDA0002899439350000029
为编号为
Figure FDA00028994393500000210
和
Figure FDA00028994393500000211
的关联的两个HVDC换流站的互阻抗，
Figure FDA00028994393500000212
为编号为
Figure FDA00028994393500000213
的HVDC换流站的自阻抗，
Figure FDA0002899439350000031
为每个多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000032
对应的权重系数，i为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000033
的编号。
5.根据权利要求1所述的故障限流器配置方法，其特征在于，所述第二目标函数为：
Figure FDA0002899439350000034
其中，f2为第二目标函数，i为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000035
的编号，
Figure FDA0002899439350000036
为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000037
的个数，t为故障限流器的编号，
Figure FDA0002899439350000038
为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000039
关联的两个HVDC换流站之间的任一发生短路故障的节点处的原始短路电流，
Figure FDA00028994393500000310
为该节点处安装故障限流器之后的短路故障电流，
Figure FDA00028994393500000311
为该节点处的短路故障电流变化值，βi为该节点处的短路故障电流变化值的权重系数；
所述阻抗化的第二目标函数为：
Figure FDA00028994393500000312
其中，f2为第二目标函数，i为多馈入交互因子
Figure FDA00028994393500000313
的编号，
Figure FDA00028994393500000314
为多馈入交互因子
Figure FDA00028994393500000315
的个数，t为故障限流器的编号，
Figure FDA00028994393500000316
为多馈入交互因子
Figure FDA00028994393500000317
关联的两个HVDC换流站之间的任一发生短路故障的节点处的自阻抗，
Figure FDA00028994393500000318
为该节点处安装故障限流器之后的自阻抗，
Figure FDA00028994393500000319
为该节点处的自阻抗变化值，βi为该节点处的自阻抗变化值的权重系数。
6.根据权利要求1所述的故障限流器配置方法，其特征在于，所述第三目标函数为：
Figure FDA0002899439350000041
其中，f3为第三目标函数，i为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000042
的编号，
Figure FDA0002899439350000043
为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000044
的个数，t为故障限流器的编号，
Figure FDA0002899439350000045
为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000046
关联的两个HVDC换流站之间的任一发生短路故障的节点处的自阻抗，
Figure FDA0002899439350000047
为该节点处安装故障限流器之后的自阻抗，
Figure FDA0002899439350000048
为该节点处的自阻抗变化值，βi为该节点处的自阻抗变化值的权重系数；
Figure FDA0002899439350000049
为编号为
Figure FDA00028994393500000410
和
Figure FDA00028994393500000411
的关联的两个HVDC换流站的互阻抗，
Figure FDA00028994393500000412
为编号为
Figure FDA00028994393500000413
的HVDC换流站的自阻抗，
Figure FDA00028994393500000414
为每个多馈入交互因子
Figure FDA00028994393500000415
对应的权重系数。
7.根据权利要求1所述的故障限流器配置方法，其特征在于，获取所述故障限流器对应的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，具体包括：
B1、根据第一矩阵，针对每台故障限流器，确定所述安装数限制条件为1；
所述第一矩阵为：
Figure FDA00028994393500000416
其中，σ为第一矩阵，j为故障限流器的候选线路的编号，NL为候选线路的个数；
Figure FDA00028994393500000417
分别为0或1，若所述候选线路上安装有故障限流器，则σj为1；若候选线路上未安装故障限流器，则σj为0；
所述安装数限制条件为：
σTσ＝1
其中，σ为第一矩阵，σT为第一矩阵σ的转置矩阵；
B2、根据第二矩阵确定所述网络参数限制条件，所述网络参数限制条件用于根据所述第二矩阵获取所述多个HVDC换流站之间的任一节点处的自阻抗；
所述第二矩阵为：
Figure FDA0002899439350000051
其中，CL为第二矩阵，j为故障限流器的候选线路的编号，NL为候选线路的个数；
Figure FDA0002899439350000052
为多个HVDC换流站之间的任一节点处的自阻抗；CL为
Figure FDA0002899439350000053
维的矩阵，Cj为
Figure FDA0002899439350000054
维的矩阵，
Figure FDA0002899439350000055
为多馈入交互因子
Figure FDA0002899439350000056
的个数；
所述网络参数限制条件为：
Figure FDA0002899439350000057
其中，σT为第一矩阵σ的转置矩阵，CL为第二矩阵，
Figure FDA0002899439350000058
为根据σTCL得到的变量；
B3、根据所述变量和所述故障限流器的阻抗xFCL，更新编号为
Figure FDA00028994393500000518
和
Figure FDA0002899439350000059
的关联的两个HVDC换流站的互阻抗
Figure FDA00028994393500000510
和编号为
Figure FDA00028994393500000517
的HVDC换流站的自阻抗
Figure FDA00028994393500000511
根据所述变量、所述故障限流器的阻抗xFCL、更新后的
Figure FDA00028994393500000512
和
Figure FDA00028994393500000513
获取所述电压交互指标限制条件；
B4、根据多个HVDC换流站之间的任一发生短路故障的节点处安装故障限流器之后的短路故障电流，不超过多该节点对应的断路器的遮断电流，确定所述节点短路电流限制条件为：
Figure FDA00028994393500000514
其中，
Figure FDA00028994393500000515
为该节点处安装故障限流器之后的短路故障电流，
Figure FDA00028994393500000516
为该节点对应的断路器的遮断电流；
B5、根据所述故障限流器的阻抗不大于所述故障限流器的额定电抗，获取所述阻抗限制条件为：xFCL＜xFCL，max，其中，xFCL为故障限流器的阻抗，xFCL，max为故障限流器的额定电抗。
8.一种故障限流器配置装置，其特征在于，包括：
第一优化单元，用于确定电网中互相连接的多个HVDC换流站之间的电压交互因子；根据每个所述电压交互因子和每个所述电压交互因子对应的第一权重系数，获取第一目标函数；
第二优化单元，用于根据多个换流站之间发生短路故障的节点处的原始短路电流，以及安装故障限流器后所述节点处的短路故障电流之差，获取所述节点处的短路故障电流变化值；根据每个所述短路故障电流变化值和每个所述短路故障电流变化值对应的第二权重系数，获取第二目标函数；
第三优化单元，用于根据阻抗化的所述第一目标函数和阻抗化的所述第二目标函数，获取第三目标函数；
建模单元，用于根据所述第三目标函数，以及故障限流器的安装数限制条件、网络参数限制条件、电压交互指标限制条件、节点短路电流限制条件和阻抗限制条件，获取故障限流器配置模型；
配置单元，用于根据所述限流器配置模型，确定每台故障限流器的目标参数和目标位置；将每台所述故障限流器按照所述目标参数和所述目标位置在电网中配置。
9.一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的故障限流器配置方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的故障限流器配置方法。
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