CN111181126A - 一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法及系统，其中方法包括：对限流开关的电流进行实时检测，获取限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，限流开关断开；当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。

Description

一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统短路电流控制技术领域，更具体地，涉及一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法及系统。
背景技术
随着电网的迅速发展，电网规模日益增大，我国电力系统中短路电流水平逐年增长。过大的短路电流会对电力系统的安全稳定运行以及电气设备本身产生危害。为保证电力系统安全运行，必须加强或更换电网中的电气设备以解决短路电流超标带来的问题，这一方面会导致系统对电气设备的投资及技术要求大幅提高，此外受断路器开断容量限制，还可能出现无合适断路器可选的情况。因此，为避免短路电流超标带来的一系列危害，如何将短路电流水平限制在安全裕度以内已经成为当代电网发展过程中一个必须予以解决的问题。
实际电网中采取的短路电流常规控制手段主要有500千伏线路出串、线路开断、装设小电抗、220千伏母线分列等，采取上述措施后往往会存在局部电网供电可靠性下降、潮流分布不均、主变停电安排困难等问题。故障电流限制器(Fault Current Limiter,FCL)原理上能较好的兼顾系统正常运行和限制短路电流，能避免上述常规措施带来的问题，但现有故障限流器受到技术经济性限制，推广应用困难。
因此，需要一种技术，以实现基于输电系统拓扑动态调整短路电流的技术。
发明内容
本发明技术方案提供一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法及系统，以解决如何基于输电系统拓扑动态调整短路电流的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法，方法包括：
对限流开关的电流进行实时检测，获取限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；
当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，限流开关断开；
当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
优选地，当故障切除后，将断开后的限流开关闭合。
优选地，当输电系统正常运行时，限流开关闭合。
优选地，限流开关为单个或多个。
优选地，对多个限流开关的电流进行实时检测，获取多个限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；
当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，或者多个限流开关的电流值总和超过预先设定的第一阈值时，多个限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，多个限流开关断开；
当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
基于本发明的另一方面，提供一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的系统，系统包括：
检测单元，用于对限流开关的电流进行实时检测，获取限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；
判断单元，用于当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，限流开关断开；
执行单元，用于当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
优选地，还包括恢复单元，用于当故障切除后，将断开后的限流开关闭合。
优选地，还包括运行单元，用于当输电系统正常运行时，限流开关闭合。
优选地，限流开关为单个或多个。
优选地，检测单元，还用于：对多个限流开关的电流进行实时检测，获取多个限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；
判断单元，还用于：当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，或者多个限流开关的电流值总和超过预先设定的第一阈值时，多个限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，多个限流开关断开；
执行单元，还用于当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
本发明技术方案提供一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法及系统，其中方法包括：对限流开关的电流进行实时检测，获取限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，限流开关断开；当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。本发明技术方案采用成熟开关设备，可靠性高，能有效的限制断路器开断短路电流水平，避免了短路电流超标时需要更换大容量开断能力的断路器。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的基于系统拓扑动态调整的短路电流限制装置结构图；
图3为根据本发明优选实施方式的支路电流与故障电流示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的系统接线原理示意图；
图5为根据本发明优选实施方式的采用限制措施后的原理示意图；
图6为根据本发明优选实施方式的故障后电流波形图；
图7为根据本发明优选实施方式的系统接线原理示意图；以及
图8为根据本发明优选实施方式的一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法流程图。由于现有技术通过改变系统结构降低系统短路电流的措施，对系统正常运行的影响相对较大，针对现有技术限流措施的弊端，本申请提出一种基于系统拓扑动态调整的短路电流限制方法，在故障期间动态改变系统接线限制断路器开断时的短路电流，同时降低对系统正常运行的影响。本申请提出一种基于系统拓扑动态调整的短路电流限制装置及其配置方法，在故障期间动态改变系统接线限制断路器开断时的短路电流，同时降低对系统正常运行的影响。如图1所示，本申请提供一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法，方法包括：
优选地，在步骤101：对限流开关的电流进行实时检测，获取限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值。
优选地，在步骤102：当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，限流开关断开。
优选地，在步骤103：当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
优选地，当故障切除后，将断开后的限流开关闭合。
优选地，当输电系统正常运行时，限流开关闭合。
优选地，限流开关为单个或多个。
优选地，对多个限流开关的电流进行实时检测，获取多个限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；
当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，或者多个限流开关的电流值总和超过预先设定的第一阈值时，多个限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，多个限流开关断开；
当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
本申请提出的基于系统拓扑动态调整的短路电流限制装置原理图如图2所示。限流装置具体包括以下部分：
限流开关：限流开关可采用与装置安装所在系统中应用的相同型式断路器，并要求其分闸时间不低于常规断路器。系统正常运行时，限流开关处于闭合状态，在系统发生故障时限流开关断开从而改变系统拓扑结构；该开关数量可以1个或多个，系统正常运行时可作为常规断路器使用。
控制装置：包括测量模块和控制模块。测量模块实时采集限流开关电流，同时采集限流范围内相关断路器电流。控制模块用于控制限流开关状态，并与系统其它继电保护装置进行通信。
本申请基于系统拓扑动态调整的短路电流限制装置控制策略为，当系统正常运行状态，限流开关处于闭合状态，其作为系统正常开关设备运行。本申请通过控制装置实时监测限流开关及限流保护范围内的相关断路器的电流，具体如下：
a.检测限流开关电流瞬时值；如果有多个限流开关，分别检测各个限流开关的电流值，iS1、iS2...iSn。
b.检测与限流保护范围直接相连的断路器电流瞬时值，例如保护范围为母线1，与母线1有n个断路器与限流范围直接相连，检测其电流量分别为iCB1、iCB2...iCBn。
(1)当限流开关电流超过定值，且故障电流也超过定值时，命令限流开关分闸。动作策略为：
a.各限流开关电流超过定值iST，或者限流开关电流之和超过定值，即下式其中之一满足时，即命令多个限流开关分闸。
Figure BDA0002372073830000061
b.限流范围内，断路器电流之和超过定值iCBT时，即
Figure BDA0002372073830000062
命令多个限流开关分闸。
(2)限流开关动作后经过时间td，控制装置发命令给系统继电保护装置，允许保护出口断路器动作，此时断路器分闸切除故障。
(3)断路器分闸，故障切除后，限流开关重合，恢复故障前状态。
如图2所示，本申请基于系统拓扑动态调整的短路电流限制装置配置方法，主要包括：
(1)确定限流装置限流范围，装置一般在短路电流超标的变电站应用，首先计算变电站短路电流水平，确定保护范围。计算母线故障短路电流，各元件(主变、出线)等故障时的短路电流水平。将不同故障位置下的短路电流水平与断路器开断能力进行比较，如果超过断路器开断能力，则将其作为限流装置限流范围。例如，母线为限流装置限流范围，即发生母线故障时，需要进行限流。
(2)分析限流范围支路故障电流，当存在电力系统中故障电流超标的情况，均为多条支路故障电流汇集引起，计算限流范围内所汇集的各支路的故障电流i1、i2...，in，各支路包括变压器、输电线路等提供短路电流的回路。如图3所示。
(3)确定系统拓扑调整方案及限流装置配置，具体步骤如下：
a.将所有支路分为两部分，每部分至少包括一条支路，确保每部分故障电流和均小于断路器开断能力。当两部分均包括多个支路时，需要考虑变电站接线方式，使得两部分支路间连接方式容易实现。
b.采用系统仿真的方法，对以上各种满足要求的组合进行分析，研究在正常系统运行方式下，两部分通过限流开关隔离后，与不隔离方式下的差异，具体包括：过电压、稳定、潮流分布等；确定影响最小的拓扑调整方案。
c.根据确定的拓扑调整方案，确定限流装置配置。两部分支路之间通过单个限流开关，或多个限流开关并联进行连接。
(4)确定限流装置动作定值，本申请限流装置安装位置确定后，通过不同位置故障时的短路电流水平，确定限流装置动作定值。
采用典型系统结构，对上述措施的有效性进行了初步仿真。典型系统接线原理示意图如图4所示。该系统为特高压变电站典型结构，变电站2台1000kV主变，1000kV出线6回，500kV出线4回。500kV侧短路电流水平为64kA。
图5给出了安装限流装置后的接线示意图，限流装置限流范围为500kV母线，通过限流装置将500kV侧分为两部分，每部分均包括1台主变和两条500kV线路。
图6给出了采用限流装置后的故障电流典型波形。研究中考虑限流开关在故障后20ms内开断，可以看出在快速开关断开后，短路电流明显降低，由64kA降低到50kA。
图7给出了应用的最佳实例。以变电站3/2接线为例，在其中L5、L6支路所在串的两个边开关处应用限流装置，限制母线故障时的短路电流。正常运行方式下限流装置和限流开关作为常规断路器使用。当母线故障时，限流装置动作，限流开关首先断开，将L5、L6支路与故障点隔离，降低故障点短路电流，之后系统断路器正常开断。
本申请基于系统拓扑动态调整的短路电流限制装置，包括限流开关合控制装置。限流开关在系统发生故障时可开断正常的故障电流，进而改变系统拓扑结构，该开关数量可以1个或多个。控制装置包括测量模块和控制模块。测量模块实时采集限流开关电流，同时采集限制范围内相关断路器电流。控制模块用于控制限流开关。
本申请基于系统拓扑动态调整的短路电流限制装置控制策略。系统正常运行时，限流装置的限流开关处于闭合状态，也可作为常规断路器使用。系统故障时，限流装置通过检测限流开关电流和限流范围内断路器电流判断是否需要动作，如果需要动作限流开关断开，降低故障点电流，之后系统断路器正常开断故障电流。
本申请基于系统拓扑动态调整的短路电流限制装置配置方法。考虑变电站接线，及不同支路组合方式，综合系统潮流分布，系统稳定、过电压影响最小，确定限流装置配置方式。
图8为根据本发明优选实施方式的一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的系统结构图。如图8所示，本申请提供一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的系统，系统包括：
检测单元801，用于对限流开关的电流进行实时检测，获取限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值。
判断单元802，用于当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，限流开关断开。
执行单元803，用于当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
优选地，系统还包括恢复单元，用于当故障切除后，将断开后的限流开关闭合。
优选地，系统还包括运行单元，用于当输电系统正常运行时，限流开关闭合。
优选地，系统的限流开关为单个或多个。
优选地，系统的检测单元，还用于：对多个限流开关的电流进行实时检测，获取多个限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；
判断单元，还用于：当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，或者多个限流开关的电流值总和超过预先设定的第一阈值时，多个限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，多个限流开关断开；
执行单元，还用于当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
本发明优选实施方式的一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的系统800与本发明优选实施方式的一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的方法，方法包括：
对限流开关的电流进行实时检测，获取限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；
当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，限流开关断开；
当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
2.根据权利要求1的方法，当故障切除后，将断开后的限流开关闭合。
3.根据权利要求1的方法，当输电系统正常运行时，限流开关闭合。
4.根据权利要求1的方法，限流开关为单个或多个。
5.根据权利要求4的方法，对多个限流开关的电流进行实时检测，获取多个限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；
当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，或者多个限流开关的电流值总和超过预先设定的第一阈值时，多个限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，多个限流开关断开；
当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
6.一种基于输电系统拓扑动态调整短路电流的系统，系统包括：
检测单元，用于对限流开关的电流进行实时检测，获取限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；
判断单元，用于当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，限流开关断开；
执行单元，用于当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
7.根据权利要求6的系统，还包括恢复单元，用于当故障切除后，将断开后的限流开关闭合。
8.根据权利要求6的系统，还包括运行单元，用于当输电系统正常运行时，限流开关闭合。
9.根据权利要求6的系统，限流开关为单个或多个。
10.根据权利要求9的系统，
检测单元，还用于：对多个限流开关的电流进行实时检测，获取多个限流开关的电流值；实时检测保护范围内母线的多个断电路器的电流，获取多个断路器的电流值；
判断单元，还用于：当限流开关的电流值超过预先设定的第一阈值，或者多个限流开关的电流值总和超过预先设定的第一阈值时，多个限流开关断开；或者当多个断路器的电流值之和超过预先设定的第二阈值时，多个限流开关断开；
执行单元，还用于当限流开关断开超过预设时间时，通过断路器切断故障。
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