CN112751338A - 一种限制电网短路电流的电抗布置方法及相关装置 - Google Patents

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高海翔
苗璐
刘嘉宁
林湘宁
曾凯文
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Abstract

本申请公开了一种限制电网短路电流的电抗布置方法及相关装置，方法包括：对预置电力系统模型进行潮流计算，得到电网的运行状态参数；基于等效电压源定理，根据所述运行状态参数计算电网每个节点的短路电流；通过短路电流阈值在所述短路电流中选取超标短路电流；根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，并将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上。解决了现有技术阻抗的选取布置不具备针对性，导致电抗布置方案有效性和经济性较差的技术问题。

Description

一种限制电网短路电流的电抗布置方法及相关装置
技术领域
本申请涉及电力系统输配电技术领域，尤其涉及一种限制电网短路电流的电抗布置方法及相关装置。
背景技术
电网规模日益扩大，发电厂、负荷容量随之增加，电网的短路电流水平也在不断提高。网架集中和负荷集中导致短路电流严重超标，当电网短路电流增长到一定水平时，就会超过断路器的额定开断电流，存在电网故障时因断路器无法阻断故障电流而使事故扩大的风险。过高的短路电流已严重制约电网方式安排，显著削弱电网可靠性，使电网存在着巨大的安全隐患。
现有技术中采用增加电抗的方式抑制短路电流的方法对电抗大小的选取不具备针对性，且布置方案欠佳，导致成本较高。
发明内容
本申请提供了一种限制电网短路电流的电抗布置方法及相关装置，用于解决现有技术阻抗的选取布置不具备针对性，导致电抗布置方案有效性和经济性较差的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种限制电网短路电流的电抗布置方法，包括：
对预置电力系统模型进行潮流计算，得到电网的运行状态参数；
基于等效电压源定理，根据所述运行状态参数计算电网每个节点的短路电流；
通过短路电流阈值在所述短路电流中选取超标短路电流；
根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，并将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上。
优选地，所述对预置电力系统模型进行潮流计算，得到电网的运行状态参数，之前还包括：
获取当前电网数据和当前运行参数，所述当前电网数据包括机组参数、变压器参数和负荷参数，所述当前运行参数包括节点电压、机组出力和支路传输功率；
根据所述当前电网数据和所述当前运行参数构建预置电力系统模型。
优选地，所述基于等效电压源定理，根据所述运行状态参数计算电网每个节点的短路电流，包括：
采用等效电压源定理将电网简化为等效电路，并根据所述等效电路和所述运行状态参数计算等效电压和等效阻抗；
通过所述等效电压和所述等效阻抗计算电网每个节点的短路电流。
优选地，所述根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，并将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上，包括：
基于电抗计算公式，根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，所述电抗计算公式为：
X0＝(Ic/In-1)Xs；
其中，X0为所述串联电抗，Ic为最大的所述超标短路电流，In为断路器额定开断电流，Xs为系统短路阻抗；
将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上。
本申请第二方面提供了一种限制电网短路电流的电抗布置装置，包括：
潮流计算单元，用于对预置电力系统模型进行潮流计算，得到电网的运行状态参数；
电流计算单元，用于基于等效电压源定理，根据所述运行状态参数计算电网每个节点的短路电流；
超标选取单元，用于通过短路电流阈值在所述短路电流中选取超标短路电流；
电抗布置单元，用于根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，并将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上。
优选地，还包括：
模型构建单元，用于获取当前电网数据和当前运行参数，所述当前电网数据包括机组参数、变压器参数和负荷参数，所述当前运行参数包括节点电压、机组出力和支路传输功率；
根据所述当前电网数据和所述当前运行参数构建预置电力系统模型。
优选地，所述电流计算单元，具体用于：
采用等效电压源定理将电网简化为等效电路，并根据所述等效电路和所述运行状态参数计算等效电压和等效阻抗；
通过所述等效电压和所述等效阻抗计算电网每个节点的短路电流。
优选地，所述电抗布置单元，包括：
电抗计算子单元，用于基于电抗计算公式，根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，所述电抗计算公式为：
X0＝(Ic/In-1)Xs；
其中，X0为所述串联电抗，Ic为最大的所述超标短路电流，In为断路器额定开断电流，Xs为系统短路阻抗；
电抗布置子单元，用于将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上。
本申请第三方面提供了一种限制电网短路电流的电抗布置设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一项所述的限制电网短路电流的电抗布置方法。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面任一项所述的限制电网短路电流的电抗布置方法。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请中，提供了一种限制电网短路电流的电抗布置方法，包括：对预置电力系统模型进行潮流计算，得到电网的运行状态参数；基于等效电压源定理，根据运行状态参数计算电网每个节点的短路电流；通过短路电流阈值在短路电流中选取超标短路电流；根据最大的超标短路电流计算串联电抗，并将串联电抗布置在最大的超标短路电流对应的节点所在的支路上。
本申请提供的限制电网短路电流的电抗布置方法，计算每个节点的短路电流，将超标的短路电路挑选出来，针对超标短路电流进行电抗布置，选取的最大超标短路电流所在的支路进行电抗布置的优势在于，不仅可以限制最大超标短路电流，还可以缓解其他超标节点的短路电流，尽可能的减少电网布置的电抗数量，可以对剩余的节点作同样分析处理，逐步将所有超标的节点布置完，最后得到的电抗布置方案既可以达到电抗布置量最少，又可以限制电网短路电流。因此，本申请能够解决现有技术阻抗的选取布置不具备针对性，导致电抗布置方案有效性和经济性较差的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种限制电网短路电流的电抗布置方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种限制电网短路电流的电抗布置装置的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的电力系统对应的等效电路图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种限制电网短路电流的电抗布置方法的实施例，包括：
步骤101、对预置电力系统模型进行潮流计算，得到电网的运行状态参数。
预置电力系统模型用于反映电网结构以及当前的运行情况，是根据电网的必要参数构建得到的，为分析计算提供便利。
潮流计算可以根据给定的电网结构和相关参数确定电力系统各部分的运行状态参数，从而明确电网的运行状态。运行状态参数较多，例如节点电压、线路有功功率和无功功率、发电机组出力和负荷功率等，这些参数大小不同的组合可以反映出电力系统不同的运行状态。具体的，电力系统实际分析过程中，经常会粗略划定一些电力系统的运行状态大类，例如高负荷运行状态，低负荷运行状态等。每一种运行状态又可以包含多种局部的电力系统状态。
潮流计算可以采用P-Q分解法进行迭代完成，P-Q分解法的原理为：将节点功率表示为电压向量的极坐标方程式，将有功功率误差作为修正电压向量角度的依据，无功功率误差作为修正电压幅值的依据，有功功率和无功功率迭代分开进行。P-Q分解法简单、快速、和收敛可靠，其成立的基础要满足三个假设条件：①在高压输电网中，元件参数的电抗远远大于电阻，有功功率的变化主要取决于电压相角的变化，无功功率的变化主要取决于电压幅值的变化；②考虑非长距离及非重载电路，其线路两端的相角相差在预置范围内；③与节点无功功率相对应的导纳元素远小于节点的自导纳。
进一步地，步骤101之前还包括：
获取当前电网数据和当前运行参数，当前电网数据包括机组参数、变压器参数和负荷参数，当前运行参数包括节点电压、机组出力和支路传输功率；
根据当前电网数据和当前运行参数构建预置电力系统模型。
当前电网数据除了包括以上内容外，还可以根据系统需要增加其他数据，例如线路参数和断路器额定开断电流等。同理，当前运行参数也可以增加一些其他数据，例如系统负荷等。其中节点电压可以细分为节点电压幅值和节点电压相角。数据的选取可以根据实际情况调整，具体的调整过程在此不作赘述。
步骤102、基于等效电压源定理，根据运行状态参数计算电网每个节点的短路电流。
进一步地，步骤102包括：
采用等效电压源定理将电网简化为等效电路，并根据等效电路和运行状态参数计算等效电压和等效阻抗；
通过等效电压和等效阻抗计算电网每个节点的短路电流。
等效电压源定理即为戴维南定理，又称等效电压源定律，含独立电源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压uoc；电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N0的等效电阻。
短路电流可以包括短路电流交流分量初始值、短路电流峰值、开路短路电流和稳态短路电流等。
具体的计算过程为：针对实际比较复杂的电力网络而言，不可能用电阻串或者并联等手段直接将电力网络简化后求解，因此，必须充分利用电力网络中的原理来简化表达。请参阅图3，采用等效电压源定理将电网简化为等效电路，电路中可以得到一个等效电源U，等效电阻R，等效电感L，其中L0为串联电抗器的电感，k为短路故障发生点。根据等效电路可以得到等效阻抗和等效电压，然后根据等效阻抗和等效电压计算得到短路电流。
步骤103、通过短路电流阈值在短路电流中选取超标短路电流。
短路电流阈值可以设置为对应节点相连线路断路器的额定开断电流。
选取的过程实则是一个判定的过程：将所有节点的短路电流分别与短路电流阈值进行比较，若是短路电流大于额定开断电流，则判定短路电流超标。将这些短路电流超标的节点筛选出来，统一分析处理。
步骤104、根据最大的超标短路电流计算串联电抗，并将串联电抗布置在最大的超标短路电流对应的节点所在的支路上。
串联电抗的计算可以执行多次，即每次均选择最大的超标短路电流得到对应节点所在支路上的串联电抗，增加一个串联电抗可能不仅缓解一个节点的短路电流超标，还可能基于支路之间的联系，缓解其他相关节点的短路电流超标。完成一个串联电抗的布置任务后，可以继续进行潮流计算，进而得到更新的短路电流超标的节点，理论上分析，再次计算的节点比上一次的超标节点数量少；同理再选取最大的超标短路电流计算串联电抗，直至所有的短路电流均小于短路电流阈值即可截止迭代过程。通过优化电抗布置方案可以减少电路的复杂度，根据短路电流结果进行电抗布局调整不仅响应速度快，也能有效的保证电力系统的安全可靠性，而且，可以降低电抗布置的总成本。
进一步地，步骤104包括：
基于电抗计算公式，根据最大的超标短路电流计算串联电抗，电抗计算公式为：
X0＝(Ic/In-1)Xs；
其中，X0为串联电抗，Ic为最大的超标短路电流，In为断路器额定开断电流，Xs为系统短路阻抗；
将串联电抗布置在最大的超标短路电流对应的节点所在的支路上。
通过图3的等效电路图可以发现，在k点发生三相短路故障时，可以根据计算分析出，随着电抗值的不断增大，短路电流幅值就会随之较小，因此，通过串联电抗限制短路电流的方法是有效可行的。
本申请实施例提供的限制电网短路电流的电抗布置方法，计算每个节点的短路电流，将超标的短路电路挑选出来，针对超标短路电流进行电抗布置，选取的最大超标短路电流所在的支路进行电抗布置的优势在于，不仅可以限制最大超标短路电流，还可以缓解其他超标节点的短路电流，尽可能的减少电网布置的电抗数量，可以对剩余的节点作同样分析处理，逐步将所有超标的节点布置完，最后得到的电抗布置方案既可以达到电抗布置量最少，又可以限制电网短路电流。因此，本申请实施例能够解决现有技术阻抗的选取布置不具备针对性，导致电抗布置方案有效性和经济性较差的技术问题。
以上为一种限制电网短路电流的电抗布置方法的实施例，以下为一种限制电网短路电流的电抗布置装置的实施例。
为了便于理解，请参阅图2，本申请提供了一种限制电网短路电流的电抗布置装置的实施例，包括：
潮流计算单元201，用于对预置电力系统模型进行潮流计算，得到电网的运行状态参数；
电流计算单元202，用于基于等效电压源定理，根据运行状态参数计算电网每个节点的短路电流；
超标选取单元203，用于通过短路电流阈值在短路电流中选取超标短路电流；
电抗布置单元204，用于根据最大的超标短路电流计算串联电抗，并将串联电抗布置在最大的超标短路电流对应的节点所在的支路上。
进一步地，还包括：
模型构建单元205，用于获取当前电网数据和当前运行参数，当前电网数据包括机组参数、变压器参数和负荷参数，当前运行参数包括节点电压、机组出力和支路传输功率；
根据当前电网数据和当前运行参数构建预置电力系统模型。
进一步地，电流计算单元202，具体用于：
采用等效电压源定理将电网简化为等效电路，并根据等效电路和运行状态参数计算等效电压和等效阻抗；
通过等效电压和等效阻抗计算电网每个节点的短路电流。
进一步地，电抗布置单元204，包括：
电抗计算子单元2041，用于基于电抗计算公式，根据最大的超标短路电流计算串联电抗，电抗计算公式为：
X0＝(Ic/In-1)Xs；
其中，X0为串联电抗，Ic为最大的超标短路电流，In为断路器额定开断电流，Xs为系统短路阻抗；
电抗布置子单元2042，用于将串联电抗布置在最大的超标短路电流对应的节点所在的支路上。
以上为一种限制电网短路电流的电抗布置装置的实施例，以下为一种限制电网短路电流的电抗布置设备的实施例。
本申请还提供了一种限制电网短路电流的电抗布置设备，设备包括处理器以及存储器：
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行上述方法实施例中任一种限制电网短路电流的电抗布置方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行上述方法实施例中任一种限制电网短路电流的电抗布置方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述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单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以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，本申请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全部或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，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述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(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：RandomAccess Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种限制电网短路电流的电抗布置方法，其特征在于，包括：
对预置电力系统模型进行潮流计算，得到电网的运行状态参数；
基于等效电压源定理，根据所述运行状态参数计算电网每个节点的短路电流；
通过短路电流阈值在所述短路电流中选取超标短路电流；
根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，并将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上。
2.根据权利要求1所述的限制电网短路电流的电抗布置方法，其特征在于，所述对预置电力系统模型进行潮流计算，得到电网的运行状态参数，之前还包括：
获取当前电网数据和当前运行参数，所述当前电网数据包括机组参数、变压器参数和负荷参数，所述当前运行参数包括节点电压、机组出力和支路传输功率；
根据所述当前电网数据和所述当前运行参数构建预置电力系统模型。
3.根据权利要求1所述的限制电网短路电流的电抗布置方法，其特征在于，所述基于等效电压源定理，根据所述运行状态参数计算电网每个节点的短路电流，包括：
采用等效电压源定理将电网简化为等效电路，并根据所述等效电路和所述运行状态参数计算等效电压和等效阻抗；
通过所述等效电压和所述等效阻抗计算电网每个节点的短路电流。
4.根据权利要求1所述的限制电网短路电流的电抗布置方法，其特征在于，所述根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，并将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上，包括：
基于电抗计算公式，根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，所述电抗计算公式为：
X0＝(Ic/In-1)Xs；
其中，X0为所述串联电抗，Ic为最大的所述超标短路电流，In为断路器额定开断电流，Xs为系统短路阻抗；
将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上。
5.一种限制电网短路电流的电抗布置装置，其特征在于，包括：
潮流计算单元，用于对预置电力系统模型进行潮流计算，得到电网的运行状态参数；
电流计算单元，用于基于等效电压源定理，根据所述运行状态参数计算电网每个节点的短路电流；
超标选取单元，用于通过短路电流阈值在所述短路电流中选取超标短路电流；
电抗布置单元，用于根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，并将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上。
6.根据权利要求5所述的限制电网短路电流的电抗布置装置，其特征在于，还包括：
模型构建单元，用于获取当前电网数据和当前运行参数，所述当前电网数据包括机组参数、变压器参数和负荷参数，所述当前运行参数包括节点电压、机组出力和支路传输功率；
根据所述当前电网数据和所述当前运行参数构建预置电力系统模型。
7.根据权利要求5所述的限制电网短路电流的电抗布置装置，其特征在于，所述电流计算单元，具体用于：
采用等效电压源定理将电网简化为等效电路，并根据所述等效电路和所述运行状态参数计算等效电压和等效阻抗；
通过所述等效电压和所述等效阻抗计算电网每个节点的短路电流。
8.根据权利要求5所述的限制电网短路电流的电抗布置装置，其特征在于，所述电抗布置单元，包括：
电抗计算子单元，用于基于电抗计算公式，根据最大的所述超标短路电流计算串联电抗，所述电抗计算公式为：
X0＝(Ic/In-1)Xs；
其中，X0为所述串联电抗，Ic为最大的所述超标短路电流，In为断路器额定开断电流，Xs为系统短路阻抗；
电抗布置子单元，用于将所述串联电抗布置在最大的所述超标短路电流对应的节点所在的支路上。
9.一种限制电网短路电流的电抗布置设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-4任一项所述的限制电网短路电流的电抗布置方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-4任一项所述的限制电网短路电流的电抗布置方法。
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