專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法
一種基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)仿真與計(jì)算分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法。
背景技術(shù)：
短路是指一切不正常的相與相之間或相與地(對(duì)于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng))發(fā)生通路的情況。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的破壞多半是由短路故障引起的。發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)從一種狀態(tài)劇變到另一種狀態(tài)，并伴隨產(chǎn)生復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象。產(chǎn)生短路的主要原因(1)元件破損， 如絕緣材料的自然老化，設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不良所帶來(lái)的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路。(2)氣象條件惡化，如雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動(dòng)作。(3)人為事故，如帶負(fù)荷拉刀閘。(4)其它， 如挖溝損傷電纜，鳥(niǎo)獸跨接在裸露的載流部分。
短路的危害主要有以下幾個(gè)方面(1)短路故障使短路點(diǎn)附近的支路中出現(xiàn)比正常值大許多倍的電流，由于短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)，導(dǎo)體間將產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，可能使導(dǎo)體支架破壞而使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。(2)短路持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)，設(shè)備可能過(guò)熱以致?lián)p壞。(3)短路時(shí)系統(tǒng)電壓大幅下降，對(duì)用戶(hù)影響很大。(4)當(dāng)短路發(fā)生點(diǎn)離電源不遠(yuǎn)而持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)可能失去同步，造成大片地區(qū)停電，這是短路最嚴(yán)重的后果。
短路計(jì)算就是在某種故障下，求出流過(guò)短路點(diǎn)及各支路的故障電流，全網(wǎng)各母線電壓的計(jì)算。短路計(jì)算的目的在電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，短路計(jì)算是解決一系列技術(shù)問(wèn)題所不可缺少的基本計(jì)算，主要用于
(I)選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備。
(2)配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù)。
(3)設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)主接線時(shí)，為了比較不同方案的接線圖，確定是否需要采取限制短路電流的措施。
(4)進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，研究短路對(duì)用戶(hù)工作的影響。
短路電流計(jì)算的一般方法是利用對(duì)稱(chēng)分量法實(shí)現(xiàn)ABC系統(tǒng)與正負(fù)零序系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換；列出正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)方程；推導(dǎo)出故障點(diǎn)的邊界條件方程；將網(wǎng)絡(luò)方程與邊界條件方程聯(lián)立求解，求出短路電流及其他分量。
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，社會(huì)對(duì)電力的需求也不斷增加，從而帶動(dòng)了電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展。由于電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)電機(jī)組容量、發(fā)電廠容量和變壓器容量不斷增加以及城市中心負(fù)荷密度的持續(xù)增長(zhǎng)，電網(wǎng)的聯(lián)系越來(lái)越緊密，許多區(qū)域電網(wǎng)特別是發(fā)達(dá)地區(qū)電網(wǎng)的短路電流水平已經(jīng)逼近甚至超過(guò)斷路器的最大遮斷容量，需采取有效措施進(jìn)行限制。在實(shí)際運(yùn)行中，由于新設(shè)備投產(chǎn)、電壓水平變化等原因，使得在規(guī)劃或者設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)接近極限的母線和線路的短路電流可能會(huì)超過(guò)斷路器的額定遮斷容量。以往，按照最大短路電流計(jì)算原則校核各點(diǎn)的短路電流，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)時(shí)，通過(guò)運(yùn)行方式人員的經(jīng)驗(yàn)人工改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，生成多種運(yùn)行方式來(lái)限制短路電流，從這多種運(yùn)行方式中篩選出幾種可行方案。這種人工設(shè)置電網(wǎng)運(yùn)行方式的工作耗時(shí)、耗力、對(duì)工作人員要求高而且不能考慮全部的可行方案。
另一方面，目前運(yùn)行方式處進(jìn)行短路電流計(jì)算的數(shù)據(jù)均是離線數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行方式是不同的，基于方式使用的離線數(shù)據(jù)是無(wú)法分析當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行工況的。因此，把在線數(shù)據(jù)導(dǎo)出離線計(jì)算數(shù)據(jù)格式，并基于在線數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析更能逼近當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行工況。運(yùn)行方式處采用基于在線數(shù)據(jù)的短路電流及輔助決策十分必要。
隨著大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的技術(shù)水平和復(fù)雜程度越來(lái)越高，特別是存在電磁環(huán)網(wǎng)，電網(wǎng)短路電流水平也日益增高，電網(wǎng)短路電流超標(biāo)問(wèn)題已成為各地區(qū)電網(wǎng)近年來(lái)運(yùn)行最突出的問(wèn)題之一，尤其是220kV以上電網(wǎng)的短路電流超標(biāo)問(wèn)題。電網(wǎng)短路電流水平超標(biāo)問(wèn)題，不但威脅系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，而且直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。解決短路電流問(wèn)題有兩個(gè)方向，一是直接更換一次設(shè)備，二是采取限制短路電流的措施。更換一次設(shè)備適用于局部短路電流過(guò)大的情況，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)短路電流水平提高時(shí)，更換一次設(shè)備的費(fèi)用很大，這時(shí)應(yīng)考慮采取限制短路電流的措施，改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是行之有效的方法。改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)限制短路電流的方法主要有開(kāi)斷線路、母線分列運(yùn)行、跳通線路、分區(qū)運(yùn)行等，目前上述方法大多是通過(guò)人工調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)限制短路電流，程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的較為少見(jiàn)。這些工作完全可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，將部分人工經(jīng)驗(yàn)結(jié)合靈敏度分析篩選出各種限制短路電流的措施，根據(jù)生成的限流措施自動(dòng)生成電網(wǎng)的運(yùn)行方式，并進(jìn)行潮流和短路電流校核最終確定有效的限流措施。目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有短路電流輔助決策的相關(guān)研究。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，基于改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的限流措施實(shí)現(xiàn)，如果當(dāng)前運(yùn)行方式下存在短路電流超標(biāo)問(wèn)題，則自動(dòng)分析當(dāng)前運(yùn)行方式下廠站接線方式、線路和機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，給出拉停線路、母線分裂運(yùn)行或者停運(yùn)發(fā)電機(jī)等輔助決策建議。
能夠發(fā)現(xiàn)EMS狀態(tài)估計(jì)給出的實(shí)時(shí)運(yùn)行方式存在短路電流超標(biāo)問(wèn)題，針對(duì)存在短路電流超標(biāo)的運(yùn)行方式進(jìn)行輔助決策計(jì)算，并向電網(wǎng)調(diào)度人員及時(shí)提供輔助決策建議。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案
提供一種基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，所述方法包括以下步驟
步驟I :獲取在線數(shù)據(jù)或離線方式數(shù)據(jù)，并獲取物理母線的連接關(guān)系，設(shè)定電網(wǎng)范圍、遮斷電流和降低短路電流措施優(yōu)先級(jí)；
步驟2 :計(jì)算故障點(diǎn)的開(kāi)路電壓和短路電流，確定電網(wǎng)范圍內(nèi)的短路電流超標(biāo)點(diǎn)， 并對(duì)短路電流超標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行告警；
步驟3 :針對(duì)超標(biāo)母線，搜索降低短路電流措施；
步驟4 :計(jì)算各降低短路電流措施的節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度，并根據(jù)降低短路電流措施的節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度和優(yōu)先級(jí)對(duì)降低短路電流措施進(jìn)行排序；
步驟5 :生成短路電流超標(biāo)輔助決策，并對(duì)短路電流超標(biāo)輔助決策進(jìn)行校驗(yàn)。
所述步驟2包括以下步驟
步驟2-1 :計(jì)算故障點(diǎn)的開(kāi)路電壓和短路電流；具體過(guò)程如下
利用對(duì)稱(chēng)分量法實(shí)現(xiàn)ABC系統(tǒng)與正負(fù)零序系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換；列出正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)方程；推導(dǎo)出故障點(diǎn)的邊界條件方程；將網(wǎng)絡(luò)方程與邊界條件方程聯(lián)立求解，求出全網(wǎng)母線分別故障的情況下，流過(guò)故障點(diǎn)的開(kāi)路電壓和短路電流；
步驟2-2 :若滿足設(shè)定范圍內(nèi)所有母線的短路電流Iscbus大于故障點(diǎn)短路電流的遮斷電流Ib。，即可確定此故障點(diǎn)為電流超標(biāo)點(diǎn)，并對(duì)短路電流超標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行告警。
所述故障點(diǎn)的開(kāi)路電壓表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 步驟I :獲取在線數(shù)據(jù)或離線方式數(shù)據(jù)，并獲取物理母線的連接關(guān)系，設(shè)定電網(wǎng)范圍、遮斷電流和降低短路電流措施優(yōu)先級(jí)； 步驟2 :計(jì)算故障點(diǎn)的開(kāi)路電壓和短路電流，確定電網(wǎng)范圍內(nèi)的短路電流超標(biāo)點(diǎn)，并對(duì)短路電流超標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行告警； 步驟3 :針對(duì)超標(biāo)母線，搜索降低短路電流措施； 步驟4:計(jì)算各降低短路電流措施的節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度，并根據(jù)降低短路電流措施的節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度和優(yōu)先級(jí)對(duì)降低短路電流措施進(jìn)行排序； 步驟5 :生成短路電流超標(biāo)輔助決策，并對(duì)短路電流超標(biāo)輔助決策進(jìn)行校驗(yàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，其特征在于所述步驟2包括以下步驟 步驟2-1 :計(jì)算故障點(diǎn)的開(kāi)路電壓和短路電流；具體過(guò)程如下 利用對(duì)稱(chēng)分量法實(shí)現(xiàn)ABC系統(tǒng)與正負(fù)零序系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換；列出正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)方程；推導(dǎo)出故障點(diǎn)的邊界條件方程；將網(wǎng)絡(luò)方程與邊界條件方程聯(lián)立求解，求出全網(wǎng)母線分別故障的情況下，流過(guò)故障點(diǎn)的開(kāi)路電壓和短路電流； 步驟2-2:若滿足設(shè)定范圍內(nèi)所有母線的短路電流Israus大于故障點(diǎn)短路電流的遮斷電流Ib。，即可確定此故障點(diǎn)為電流超標(biāo)點(diǎn)，并對(duì)短路電流超標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行告警。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，其特征在于所述故障點(diǎn)的開(kāi)路電壓表達(dá)式為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，其特征在于所述開(kāi)路電壓和短路電流的計(jì)算支持同步發(fā)電機(jī)模型、可設(shè)定比例的馬達(dá)和恒阻抗復(fù)合模型、η型等值電路模型、兩繞組變壓器模型和三繞組變壓器模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，其特征在于所述步驟3中，降低短路電流措施包括 O拉停線路在不嚴(yán)重影響系統(tǒng)可靠性的前提下，拉停某些線路，增大電網(wǎng)的等值阻抗，抑制短路電流； 2)母線分裂運(yùn)行打開(kāi)母線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，使變壓器分裂運(yùn)行，可以增大系統(tǒng)阻抗，降低短路電流； 3)500kV線路出串運(yùn)行即當(dāng)廠站500kV側(cè)采用一臺(tái)半斷路器的接線方式時(shí)，采用連接兩側(cè)母線的斷路器斷開(kāi)，中間斷路器閉合，增大系統(tǒng)阻抗，降低短路電流； ·4 )停運(yùn)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)提供短路電流的大小取決于其機(jī)端電壓和其對(duì)短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗，降低短路電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，其特征在于所述步驟4中采用并行計(jì)算平臺(tái)對(duì)降低短路電流措施進(jìn)行任務(wù)分配和調(diào)度，進(jìn)而計(jì)算節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度，并根據(jù)降低短路電流措施的節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度和優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序； 所述并行計(jì)算平臺(tái)由管理節(jié)點(diǎn)服務(wù)器和計(jì)算節(jié)點(diǎn)服務(wù)器組成，采用適合電力系統(tǒng)分析計(jì)算特點(diǎn)的并行計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)；管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、計(jì)算任務(wù)調(diào)度、結(jié)果回收匯總和計(jì)算軟件接口 ；計(jì)算節(jié)點(diǎn)為各類(lèi)計(jì)算進(jìn)程提供并行計(jì)算的環(huán)境和控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，其特征在于所述并行計(jì)算平臺(tái)對(duì)降低短路電流措施進(jìn)行任務(wù)分配和調(diào)度過(guò)程如下 1)并行計(jì)算平臺(tái)采用預(yù)分配優(yōu)先、動(dòng)態(tài)分配補(bǔ)充的任務(wù)管理策略，根據(jù)不同的并行計(jì)算需要選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)度機(jī)制，提高系統(tǒng)的通信效率和整體并行計(jì)算的速度； 2)并行計(jì)算平臺(tái)采用UDP/IP物理、邏輯組播和單播技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可靠高效的內(nèi)部數(shù)據(jù)通信機(jī)制，提供平臺(tái)內(nèi)跨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換和集成服務(wù)； 3)并行計(jì)算平臺(tái)采用分時(shí)控制的機(jī)制，對(duì)各類(lèi)計(jì)算任務(wù)進(jìn)行有序管理，簡(jiǎn)化計(jì)算任務(wù)的調(diào)度，保證計(jì)算結(jié)果傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和工作效率； 4)并行計(jì)算平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)的并行化接口，保證計(jì)算軟件能方便地實(shí)現(xiàn)自身計(jì)算任務(wù)的并行化處理，平臺(tái)應(yīng)提供任務(wù)預(yù)分配和任務(wù)動(dòng)態(tài)分配兩種方式的并行化接口，保證實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度和并行計(jì)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，其特征在于根據(jù)新形成的電網(wǎng)運(yùn)行方式數(shù)據(jù)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣，并計(jì)算節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度，所述節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度表征為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化前后自阻抗幅值的變化量與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化前自阻抗幅值的比值，其表達(dá)式為
9.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，其特征在于分別對(duì)用戶(hù)設(shè)定的降低短路電流措施優(yōu)先級(jí)和各降低短路電流措施的節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度乘以相應(yīng)的權(quán)重并求和，得到所有降低短路電流措施的有效系數(shù)，按照有效系數(shù)從大到小對(duì)降低短路電流措施進(jìn)行排序。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，其特征在于所述步驟5中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度篩選降低短路電流措施，并對(duì)篩選后的降低短路電流措施進(jìn)行組合，生成短路電流超標(biāo)輔助決策，并對(duì)短路電流超標(biāo)輔助決策中的短路電流、熱穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度的短路電流超標(biāo)輔助決策方法，包括以下步驟獲取在線數(shù)據(jù)或離線方式數(shù)據(jù)，并獲取物理母線的連接關(guān)系，設(shè)定電網(wǎng)范圍、遮斷電流和降低短路電流措施優(yōu)先級(jí)；計(jì)算故障點(diǎn)的開(kāi)路電壓和短路電流，確定電網(wǎng)范圍內(nèi)的短路電流超標(biāo)點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行告警；針對(duì)超標(biāo)母線，搜索降低短路電流措施；計(jì)算各降低短路電流措施的節(jié)點(diǎn)阻抗靈敏度，并對(duì)降低短路電流措施進(jìn)行排序；生成短路電流超標(biāo)輔助決策，并對(duì)短路電流超標(biāo)輔助決策進(jìn)行校驗(yàn)。本發(fā)明基于改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的限流措施實(shí)現(xiàn)，如果當(dāng)前運(yùn)行方式下存在短路電流超標(biāo)問(wèn)題,則自動(dòng)分析廠站接線方式、線路和機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，給出輔助決策建議。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102982230SQ20121041905
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者魯廣明, 嚴(yán)劍峰, 于之虹, 胡建勇, 黃彥浩, 史東宇, 呂穎, 丁平, 邱健, 江興凌, 陸俊, 蔡順有, 曹學(xué)書(shū), 高強(qiáng), 王天琪, 李剛, 劉宇星, 高波, 謝梅, 牛琳琳, 劉釗呈, 李偉, 何春江 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司