CN110739700B - 一种确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法 - Google Patents

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Abstract

一种确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法，属于电力系统继电保护领域；系统中存在多个敏感负荷时，为了减小重合闸重合失败对敏感负荷用户造成的影响，首先通过比较目标节点与故障线路之间的互阻抗大小，得出系统中所有线路的重合时序；根据电压暂降幅值百分比将节点分为一级、二级、三级、无负荷节点，并给出系统中各级负荷安装点位置图。若时序存在矛盾，则需根据电压暂降幅值大小、经济性等问题作出进一步评估，最后确定系统各级负荷安装位置的重合时序。根据PSCAD/EMTDC仿真结果可知，当各级负荷按位置图安装时，再通过重合时序的优化可改善敏感负荷及大多数负荷的电压质量，提高负荷运行的稳定性且不需要额外投资。

Description

一种确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法。
背景技术
当重合闸重合于单相或三相短路故障时，可以通过控制输电线路上重合闸重合时序的方法，来抑制电网中单一敏感负荷节点上的电压暂降。但以上手段都只针对系统中仅有单一负荷的情况，对系统中含有多个敏感负荷的情况并未做出分析。当系统中存在多个敏感负荷时，若只针对其中一个敏感负荷进行时序的优化，可能会对系统中的其他敏感负荷造成重大损失。多目标的同时优化可能会产生重合时序矛盾的问题，如何兼顾多个敏感负荷的电压电能质量，目前尚未提出明确的方法。
电力系统中，根据负荷对供电可靠性的要求以及若中断供电对人身、经济造成的影响，将负荷分为一、二、三级负荷。对于一级负荷，在有双电源供电的情况下还要增设应急电源，保证一级负荷供电不能中断；对于二级负荷，一般采用双回路供电或采用专用架空线。但是应急电源如UPS等，造价高昂，当二级负荷采用双回路、专用架空线供电时，又需要多投入一倍线路的成本。这对电力系统运行的经济性造成了很大的影响。且目前系统对各级负荷尚未明确指出其合理的安装位置。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法，可以使各级负荷分配在合理的位置处，再通过重合闸时序的优化，全面的改善各级负荷的电压电能质量。
本发明采用以下技术方案：
本发明所述确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法，首先通过比较目标节点与故障线路之间的互阻抗大小，得出系统中所有线路的重合时序；其次根据电压暂降幅值百分比的范围选出一级、二级、三级和无负荷节点，并给出系统中各级负荷安装点位置图；最后对线路重合时序进行判断，确定系统各级负荷安装位置的重合时序；
所述给出系统中各级负荷安装点位置图包括如下具体步骤：
步骤1、收集电网网络拓扑结构及参数；
步骤2、在线路故障、保护动作跳闸后，利用比较目标节点与故障线路ij之间的互阻抗的大小；选择阻抗小的一侧为检无压侧，得出三相重合闸的重合时序；
步骤3、在步骤2的基础上计算出任意线路故障时的重合时序；
步骤4、在步骤3的基础上，选出经过重合时序优化后电压暂降幅值百分比均可保持在10％以内的多个节点作为敏感负荷节点，即一级负荷节点；选出电压暂降幅值百分比在10％～20％、20％～30％、30％以上的节点分别作为二级、三级、无负荷节点；
步骤5、根据仿真结果，给出各级负荷安装点位置图。
本发明所述确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法，所述对线路重合时序进行判断包括如下步骤：
步骤1、判断线路的重合时序是否存在矛盾；
若重合时序不存在矛盾，则重合闸可根据现有的重合时序动作；
若重合时序存在矛盾，则进行步骤2；
步骤2、判断是否是同级负荷时序存在矛盾；
若为同级负荷时序矛盾，则通过经济评估及电压暂降幅值确定时序；
若不是同级负荷时序矛盾，则进行步骤3；
步骤3、判断是否仅是一级负荷时序与其他负荷时序矛盾；
若不是一级负荷时序与其他负荷时序矛盾，则根据一级负荷时序>二级负荷时序>三级负荷时序>无负荷时序的原则，结合经济评估将重合时序统一；
若仅是一级负荷时序与其他负荷时序矛盾，则进行步骤4；
步骤4、判断两种不同时序优化后，矛盾节点电压暂降百分比是否均≤10％；若该节点电压暂降幅值百分比均≤10％，则将一级负荷时序与其他负荷时序统一；若该节点电压暂降幅值百分比>10％，则仍按一级负荷时序>二级负荷时序>三级负荷时序>无负荷时序的原则，结合经济评估将重合时序统一。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法，明确了系统中各级负荷的选择方法，可以使各级负荷分配在合理的位置处，再通过重合闸时序的优化，大范围的改善各级负荷的电压电能质量，提高负荷正常运行的概率且不用增加额外投资。
附图说明
图1为本发明所述各级负荷安装点位置图；
图2为本发明所述确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法流程图。
具体实施方式
下面通过附图及实施例对本发明所述确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法进行详细说明。
请参阅图1，本发明提出的确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法，在本实施例中以IEEE39节点系统中任意线路中点处发生三相永久性接地故障为例。
首先通过比较目标节点与故障线路之间的互阻抗大小，得出系统中所有线路的重合时序。假设将节点3作为目标节点。计算出IEEE39节点系统正常运行时的节点导纳矩阵Y，需要注意的是节点4和节点5处的并联电容C4、C5不能漏算。当系统中某条线路ij中点处发生三相短路故障，此时线路两侧的保护动作跳闸。此时，节点导纳矩阵中，节点ij之间的互导纳变为0。另外，在修正时需要考虑到各个变压器的变比，修正后的节点导纳矩阵Y'如式1-1所示。
Figure GDA0004089975880000031
式1-1
将节点导纳矩阵Y'求逆得出节点阻抗矩阵Z，再将Z求幅值，分别取节点i、j与节点3之间的互阻抗Z3i、Z3j。表1-1是节点3与故障线路两端点之间的互阻抗的标幺值。比较阻抗Z3i、Z3j的大小，选择阻抗小的一侧为检无压侧，得出三相重合闸的重合时序。
表1-1节点3与节点i、j之间的互阻抗
Figure GDA0004089975880000041
由于受篇幅限制，本发明只给出部分线路的计算结果。由表1-1可知，重合闸时序可通过计算目标节点和故障线路两端点之间的阻抗的方法优化，选择阻抗值小的一侧作为检无压侧。为了验证线路发生三相故障时计算结果的正确性，本发明对所有节点进行了大量的仿真计算，仿真结果表明，本发明方法正确有效。
其次，根据电压暂降幅值百分比的范围选出一级、二级、三级和无负荷节点，并给出系统中各级负荷安装点位置图，如图1所示。其中，经过大量的仿真验证，可知节点19、22、23经过重合时序的优化后，电压可恢复至90％及以上，可将这些节点作为一级负荷对待。在重合闸时序优化后，根据国标规范，暂降幅值百分比在10％～20％的节点可将其认作为二级负荷，暂降幅值百分比在20％～30％的节点可将其认作为三级负荷。但是，系统中还有部分节点，当线路重合闸重合于故障时，重合时序对他的影响收效甚微，这些节点上的电压暂降相对严重，暂降幅值百分比一般都在30％以上，令这些节点为无负荷节点。因此，不要将负荷分配在这些节点处，以免造成更大的损失。
表1-2为节点19、22、23的残余电压和暂降幅值百分比，表中各节点电压暂降百分比较小的一侧为得出的检无压侧。由于线路过多，本发明中仅选取部分线路故障时的数据作为参考。
表1-2敏感负荷节点电压
Figure GDA0004089975880000051
/>
Figure GDA0004089975880000061
/>
Figure GDA0004089975880000071
由表1-2可知，经过重合时序的优化，节点19、22、23上几乎不发生电压暂降。因此，可将一级负荷尽量分配在这些节点上。对于节点1、2、20、25、28、29而言，经过重合闸时序优化后，该节点上的电压暂降幅度可控制在10％～20％以内。因此，可作为二级负荷的安装点。此外，经过重合闸时序控制后，节点3、9、13、14、15、16、21、24、26所在位置电压暂降幅度可控制在20％～30％以内，因此，可安装三级负荷。
同时，经过仿真，可知线路发生短路故障时，节点4、5、6、7、8、11、12所在位置以及节点17、18、27所在位置电压暂降情况较为严重，且重合时序的优化对这些负荷的影响不大。因此，尽量不要将负荷安装在此区域。
最后，针对多个目标的优化可能会产生重合时序矛盾的问题提出一种重合时序的优化方法。
请参阅图2，本发明提出一种确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、收集电网网络拓扑结构及参数；
步骤2、在线路故障、保护动作跳闸后，利用比较目标节点与故障线路ij之间的互阻抗的大小。选择阻抗小的一侧为检无压侧，得出三相重合闸的重合时序；
步骤3、在步骤2的基础上计算出任意线路故障时的重合时序；
步骤4、在步骤3的基础上，选出经过重合时序优化后电压暂降幅值百分比均可保持在10％以内的多个节点作为敏感负荷节点，即一级负荷节点。选出电压暂降幅值百分比在10％～20％、20％～30％、30％以上的节点分别作为二级、三级、无负荷节点；
步骤5、根据仿真结果，给出各级负荷安装点位置图；
步骤6、判断线路的重合时序是否存在矛盾；
若重合时序不存在矛盾，则重合闸可根据现有的重合时序动作；
若重合时序存在矛盾，则进行步骤7；
步骤7、判断是否是同级负荷时序存在矛盾；
若为同级负荷时序矛盾，则通过经济评估及电压暂降幅值确定时序；
若不是同级负荷时序矛盾，则进行步骤8；
步骤8、判断是否仅是一级负荷时序与其他负荷时序矛盾；
若不是一级负荷时序与其他负荷时序矛盾，则根据一级负荷时序>二级负荷时序>三级负荷时序>无负荷时序的原则，结合经济评估将重合时序统一；
若仅是一级负荷时序与其他负荷时序矛盾，则进行步骤9；
步骤9、判断两种不同时序优化后，矛盾节点电压暂降百分比是否均≤10％；
若该节点电压暂降幅值百分比均≤10％，则将一级负荷时序与其他负荷时序统一；若该节点电压暂降幅值百分比>10％，则仍按一级负荷时序>二级负荷时序>三级负荷时序>无负荷时序的原则，结合经济评估将重合时序统一。
针对IEEE39节点系统，本发明给出了各线路的重合时序，如表1-3所示。
表1-3各故障线路的重合时序
Figure GDA0004089975880000081
/>
Figure GDA0004089975880000091
/>

Claims (1)

1.一种确定系统各级负荷安装位置的重合时序优化方法，其特征在于：首先通过比较目标节点与故障线路之间的互阻抗大小，得出系统中所有线路的重合时序；其次根据电压暂降幅值百分比的范围选出一级、二级、三级和无负荷节点，并给出系统中各级负荷安装点位置图；最后对线路重合时序进行判断，确定系统各级负荷安装位置的重合时序；
所述给出系统中各级负荷安装点位置图包括如下步骤：
步骤1、收集电网网络拓扑结构及参数；
步骤2、在线路故障、保护动作跳闸后，利用比较目标节点与故障线路ij之间的互阻抗的大小，选择阻抗小的一侧为检无压侧，得出三相重合闸的重合时序；
步骤3、在步骤2的基础上计算出任意线路故障时的重合时序；
步骤4、在步骤3的基础上，选出经过重合时序优化后电压暂降幅值百分比均可保持在10％以内的多个节点作为敏感负荷节点，即一级负荷节点；选出电压暂降幅值百分比在10％～20％、20％～30％、30％以上的节点分别作为二级、三级、无负荷节点；
步骤5、根据仿真结果，给出各级负荷安装点位置图；
所述对线路重合时序进行判断包括如下步骤：
步骤1、判断线路的重合时序是否存在矛盾；
若重合时序不存在矛盾，则重合闸可根据现有的重合时序动作；
若重合时序存在矛盾，则进行步骤2；
步骤2、判断是否是同级负荷时序存在矛盾；
若为同级负荷时序矛盾，则通过经济评估及电压暂降幅值确定时序；
若不是同级负荷时序矛盾，则进行步骤3；
步骤3、判断是否仅是一级负荷时序与其他负荷时序矛盾；
若不是一级负荷时序与其他负荷时序矛盾，则根据一级负荷时序>二级负荷时序>三级负荷时序>无负荷时序的原则，结合经济评估将重合时序统一；
若仅是一级负荷时序与其他负荷时序矛盾，则进行步骤4；
步骤4、判断两种不同时序优化后，矛盾节点电压暂降百分比是否均≤10％；
若该节点电压暂降幅值百分比均≤10％，则将一级负荷时序与其他负荷时序统一；若该节点电压暂降幅值百分比>10％，则仍按一级负荷时序>二级负荷时序>三级负荷时序>无负荷时序的原则，结合经济评估将重合时序统一。
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