CN112952841A - 一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法 - Google Patents

一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法，步骤如下:S1，针对短路电流超标比例最大的节点，根据短路电流分支系数选择支路参与优化；S2，针对当前运行方式设置优化故障集；S3，将不满足安全运行要求的故障加入优化故障集；S4，若优化故障集为空，则转入S7；若否，则转入S5；S5，对优化故障集建立电网限流运行方式优化模型；S6，求解优化模型，获得调整后的运行方式，并转入S2；S7，计算是否存在短路电流超标节点，若存在则返回S1；若不存在，则获得最优重构结果。本发明将超大规模线性混合整数优化问题分解为一系列规模小的线性混合整数优化问题逐一求解，解决了全接线方式下短路电流控制的分区优化难题。

Description

一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法
技术领域
本发明涉及智能电网优化运行领域，更具体地，涉及一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法。
背景技术
随着用电负荷的持续增长，以及电源和电网的持续建设，短路电流超标问题已成为各网、省电力公司关注的重要问题。线路开断、母线分列及500kV线路出串运行是控制电网短路电流水平的主要手段。为控制电网短路电平而采取的线路开断、母线分列或500kV线路出串运行均可能导致电网运行可靠性水平降低，在保持短路电流不超标的同时，需有效保证基态及预想故障态潮流不越限，并尽可能提高电网安全裕度。基于WARD等值的电网限流运行方式优化技术已在实际电网中获得应用，但目前只能解决因电源或局部网架变更引起的短路电流轻微超标下的局部方式优化问题。受限于混合整数优化问题的求解速度，目前仍无法实现电网全接线方式下的限流运行方式优化。
以某实际省网为例，电网共有超过1300条的220kV及以上线路，考虑的预想故障集数量约为2600，全接线方式下，电网短路电流水平超标节点数超过250，最大短路电流超标比例超过100％。为控制电网短路电流水平不超标，需要开断160条以上的线路或母联开关。采用基于WARD等值的电网限流运行方式优化技术进行建模，其变量规模达数千万，其中离散量数量近千，在目前的计算机硬件水平下仍无法求解如此大规模的混合整数优化问题。
发明内容
本发明为克服上述现有技术缺陷，提供一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法，具体步骤如下：
S1，针对短路电流超标比例最大的节点，根据短路电流分支系数选择一定数量的支路参与优化；具体如下：
将并联线路或并列主变划分为设备组。定义流入设备组的有功潮流之和为设备组有功潮流，定义支路有功潮流占设备组有功潮流的比例为分支系数，即
Figure BDA0002936239380000021
式中：Kj表示支路j在其相应设备组g中的分支系数；Pj表示支路j的有功潮流；g表示设备组编号；PΣg表示设备组g的总有功潮流；SG表示设备组的集合；
Figure BDA0002936239380000022
表示设备组g基态下的支路集合。
由于同一设备组内各支路的有功潮流分配比例近似为常数，故每个设备组中仅需对分支系数与允许载流量比值最大的支路进行监视。
S2，针对当前运行方式将S1中的监视支路设置故障所形成的集合作为预想故障集，记为优化故障集；
S3，对当前运行方式进行预想故障分析，将不满足安全运行要求的故障加入优化故障集；具体如下：
对当前运行方式进行潮流计算，并分析在预想故障集中各故障下的运行情况，建立故障前后的有功潮流转移关系列表，将不满足安全运行要求的故障加入优化故障集。
S4，若优化故障集为空，则转入S7；若否，则转入S5；
S5，对优化故障集建立电网限流运行方式优化模型，使用WARD等值缩小优化模型的规模，该优化模型以开断线路数最少为目标，以短路故障时的短路电流限值、非短路节点的节点电流平衡，电网正常运行时的支路潮流、电网结构连通性为约束条件；
S6，求解优化模型，获得调整后的运行方式，并转入S2；
S7，对当前运行方式进行短路计算，若存在短路电流超标的节点，则返回S1；若否，则将当前的线路开断结果作为最优重构结果，并结束。2、根据权利要求1所述的一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法，其特征在于，将500kV线路出串及母线分段也看作支路开断。
进一步地，所述监视支路为有功潮流分配比例最高的支路，记
Figure BDA0002936239380000023
为支路j的允许载流量，则为
Figure BDA0002936239380000024
最大的支路。根据分支系数公式，则可转写为
Figure BDA0002936239380000025
其中的PΣg为确定的值，则仅需计算
Figure BDA0002936239380000026
根据计算结果，选取比值最大的支路进行监视。
进一步地，所述使用WARD等值以缩小优化模型的规模，具体为：首先准备开断保留网络，然后对开断保留网络以外的电网其余部分进行WARD等值。开断保留网络包括：
a.短路电流超标节点、可开断支路及其相连节点；
b.优化故障集中的各个设备及其影响域。
进一步地，步骤S3中，所述不满足安全运行要求的故障具体包括线路过载、变压器过载和节点电压越限等。
本发明的有益效果：将电网限流运行方式优化这一超大规模线性混合整数优化问题分解为一系列规模小得多的线性混合整数优化问题逐一求解，解决了全接线方式下短路电流控制的分区优化难题。
附图说明
图1为本发明提供的控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图并以某个典型电网为例，详细说明方案步骤的实施。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明提供了一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法，具体步骤如下：
S1，针对短路电流超标比例最大的节点，短路电流超标比例指：短路电流实际值大于允许值(超标)时，该实际值与允许值之比。根据短路电流分支系数选择一定数量(如25)的支路参与优化，同时将500kV线路出串及母线分段看作特殊的支路开断；具体如下：
将并联线路或并列主变划分为设备组。定义流入设备组的有功潮流之和为设备组有功潮流，定义支路有功潮流占设备组有功潮流的比例为分支系数，即
Figure BDA0002936239380000031
式中：Kj表示支路j在其相应设备组g中的分支系数；Pj表示支路j的有功潮流；g表示设备组编号；PΣg表示设备组g的总有功潮流；SG表示设备组的集合；
Figure BDA0002936239380000032
表示设备组g基态下的支路集合。
由分支系数的定义公式可知，分支系数受支路的有功潮流影响，而总有功潮流是一个常数，所以支路有功潮流可以根据基态潮流确定，从而确定分支系数。
由于同一设备组内各支路的有功潮流分配比例近似为常数，故每个设备组中仅需对分支系数与允许载流量比值最大的支路进行监视。在一个设备组中选定的监视支路为有功潮流分配比例最高的支路，记
Figure BDA0002936239380000041
为支路j的允许载流量，则为
Figure BDA0002936239380000042
最大的支路。根据分支系数公式，则可转写为
Figure BDA0002936239380000043
其中的PΣg为确定的值，则仅需计算
Figure BDA0002936239380000044
S2，针对当前运行方式将S1中的监视支路设置故障所形成的集合作为预想故障集，记为优化故障集；所述预想故障集表示电网中预先想定的故障的集合，但其中所包含的故障一般各有不同。
S3，对当前运行方式进行预想故障分析，将不满足安全运行要求(如线路过载、变压器过载、节点电压越限等)的故障加入优化故障集；具体如下：
对当前运行方式进行潮流计算，并分析在预想故障集中各故障下的运行情况，建立故障前后的有功潮流转移关系列表，将不满足安全运行要求的故障加入优化故障集。
S4，若优化故障集为空，则转入S7；若否，则转入S5；
S5，对优化故障集建立电网限流运行方式优化模型，使用WARD等值缩小优化模型的规模，该优化模型以开断线路数最少为目标，以短路故障时的短路电流限值、非短路节点的节点电流平衡，电网正常运行时的支路潮流、电网结构连通性为约束条件；
线路开断的数目能够大致体现间接成本的大小、剩余设备的功率传输负担以及对电网结构的削弱程度，从减小线路开断对电网运行的负面影响出发，该模型以线路开断数目最少为优化目标；从保证电网运行安全性的角度出发，以短路故障时的短路电流限值、非短路节点的节点电流平衡，电网正常运行时的支路潮流、电网结构连通性为约束条件。
使用WARD等值以缩小优化模型的规模。首先准备开断保留网络，其中包括①短路电流超标节点、可开断支路及其相连节点，②优化故障集中的各个设备及其影响域。然后对开断保留网络以外的电网其余部分进行WARD等值。特别地，由于首次执行该步骤时优化故障集为空，因此不需进行WARD等值。
对于实际电网，短路电流水平超标的站点往往集中在少数限定的几个区域，而节点电压方程、功率平衡方程等均涉及全网的变量和约束。
S6，求解优化模型，获得调整后的运行方式，并转入S2；
S7，对当前运行方式进行短路计算，若存在短路电流超标的节点，则返回S1；若否，则将当前的线路开断结果作为最优重构结果，并结束。若未进行任何优化，则表示初始运行方式满足安全运行要求，不需进行优化重构。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1，针对短路电流超标比例最大的节点，根据短路电流分支系数选择一定数量的支路参与优化；具体如下：
将并联线路或并列主变划分为设备组。定义流入设备组的有功潮流之和为设备组有功潮流，定义支路有功潮流占设备组有功潮流的比例为分支系数，即
Figure FDA0002936239370000011
式中：Kj表示支路j在其相应设备组g中的分支系数；Pj表示支路j的有功潮流；g表示设备组编号；PΣg表示设备组g的总有功潮流；SG表示设备组的集合；
Figure FDA0002936239370000012
表示设备组g基态下的支路集合；
由于同一设备组内各支路的有功潮流分配比例近似为常数，故每个设备组中仅需对分支系数与允许载流量比值最大的支路进行监视。
S2，针对当前运行方式将S1中的监视支路设置故障所形成的集合作为预想故障集，记为优化故障集。
S3，对当前运行方式进行预想故障分析，将不满足安全运行要求的故障加入优化故障集；具体如下：
对当前运行方式进行潮流计算，并分析在预想故障集中各故障下的运行情况，建立故障前后的有功潮流转移关系列表，将不满足安全运行要求的故障加入优化故障集。
S4，若优化故障集为空，则转入S7；若否，则转入S5。
S5，对优化故障集建立电网限流运行方式优化模型，使用WARD等值缩小优化模型的规模，该优化模型以开断线路数最少为目标，以短路故障时的短路电流限值、非短路节点的节点电流平衡，电网正常运行时的支路潮流、电网结构连通性为约束条件。
S6，求解优化模型，获得调整后的运行方式，并转入S2。
S7，对当前运行方式进行短路计算，若存在短路电流超标的节点，则返回S1；若否，则将当前的线路开断结果作为最优重构结果，并结束。
2.根据权利要求1所述的一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法，其特征在于，将500kV线路出串及母线分段也看作支路开断。
3.根据权利要求1所述的一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法，其特征在于，所述监视支路为有功潮流分配比例最高的支路，记
Figure FDA0002936239370000013
为支路j的允许载流量，则为
Figure FDA0002936239370000021
最大的支路。根据分支系数公式，则可转写为
Figure FDA0002936239370000022
其中的PΣg为确定的值，则仅需计算
Figure FDA0002936239370000023
根据计算结果，选取比值最大的支路进行监视。
4.根据权利要求1所述的一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法，其特征在于，所述使用WARD等值以缩小优化模型的规模，具体为：首先准备开断保留网络，然后对开断保留网络以外的电网其余部分进行WARD等值。开断保留网络包括：
a.短路电流超标节点、可开断支路及其相连节点；
b.优化故障集中的各个设备及其影响域。
5.根据权利要求1所述的一种控制电网短路电流水平的输电网分步优化重构方法，其特征在于，步骤S3中，所述不满足安全运行要求的故障具体包括线路过载、变压器过载和节点电压越限等。
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