一種控制短路電流水平的電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種控制短路電流水平的電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟：1)確定候選斷線支路集S；2)基于節(jié)點(diǎn)電壓法建立斷線組合優(yōu)化模型。本發(fā)明的一種控制短路電流水平的電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化方法，基于節(jié)點(diǎn)電壓法，所建模型為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，可以調(diào)用CPLEX優(yōu)化器進(jìn)行求解，借助CPLEX優(yōu)化器強(qiáng)大的計(jì)算能力，可快速確定最優(yōu)斷線策略。最后以IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和浙江電網(wǎng)為例，對模型的有效性進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
【專利說明】-種控制短路電流水平的電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及電力系統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行方法，具體地說是一種 控制短路電流水平的電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的負(fù)荷不斷增長，為了保證供電的安全 性和可靠性，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐漸增強(qiáng)，電源項(xiàng)目不斷投入。逐漸增強(qiáng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中環(huán)網(wǎng)增多，縮 短了變電所之間的電氣距離，從而使短路電流水平提升；負(fù)荷的增長需要電源項(xiàng)目的不斷 投入，而綜合考慮電廠建設(shè)用地的緊張以及有效利用能源多方面，就出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)單機(jī)容 量增大，單個(gè)發(fā)電廠機(jī)組數(shù)目增多，或者幾個(gè)發(fā)電廠集中一帶建設(shè)形成發(fā)電廠群的現(xiàn)象，都 直接引起電網(wǎng)短路電流的增大。近年來，短路電流增大的趨勢越來越嚴(yán)重，已成為電力系統(tǒng) 規(guī)劃和運(yùn)行方式安排時(shí)需要考慮的主要問題。
[0003] 隨著電源建設(shè)的加快和區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)，電力系統(tǒng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，短路容量隨之 增大，部分變電站母線的短路電流水平已接近甚至超過了斷路器的開斷能力。短路電流 超標(biāo)是電網(wǎng)安全運(yùn)行的嚴(yán)重隱患，萬一斷路器不能滅弧，將引起爆炸，并可能引發(fā)系統(tǒng)性事 故，嚴(yán)重威脅電氣設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。在目前斷路器開斷能力和短路限流技術(shù)仍難以 取得突破性進(jìn)展的情況下，改變電網(wǎng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)（如線路開斷、母線分裂運(yùn)行等）是控制短 路電流的重要手段。采取有效的措施限制電網(wǎng)短路電流水平迫在眉睫。
[0004] 目前常用的限流措施主要有線路開斷及母線分裂運(yùn)行、加裝故障電流限制器、采 用高阻抗變壓器等。但后兩項(xiàng)受到技術(shù)上的限制，且投資較高，還會對繼電保護(hù)帶來較大 影響；且對于同一支路而言，采用支路開斷的限流效果最優(yōu)，并且操作方便、成本低，應(yīng)優(yōu) 先考慮。但線路開斷可能導(dǎo)致電網(wǎng)的可靠性水平降低，不合理的線路開斷方案甚至可能會 破壞網(wǎng)架的連通性，因此應(yīng)盡量減少開斷線路的數(shù)目，保持網(wǎng)架的完整性。同時(shí)，電網(wǎng)中往 往存在多個(gè)短路電流超標(biāo)站點(diǎn)，要找到綜合考慮各個(gè)站點(diǎn)限流效果的最優(yōu)斷線策略并非 易事。文獻(xiàn)1《限制500kV電網(wǎng)短路電流的網(wǎng)架調(diào)整優(yōu)化算法[J]》（張永康，蔡澤祥，李 愛民等，電力系統(tǒng)自動化，2009, 33 (22) : 34-39)采用自阻抗靈敏度系數(shù)對限流效果進(jìn)行評 價(jià)，可以找到開斷較少線路且有效控制短路電流水平的斷線組合，但采用隱枚舉法，計(jì)算量 大且解的最優(yōu)性難以得到有效保證，應(yīng)用范圍受到限制。文獻(xiàn)2《Transmission network reconfiguration algorithm considering short-circuit curtailment and voltage stability index[C])) (Kumpee Boonsuwan, Naebboon Hoonchareon. The 8thElectrical Engineering/Electronics，Computer，Telecommunications，and Information Technology(ECTI)Association of Thailand-Conference，2011:877-880)以快速電壓穩(wěn) 定指標(biāo)作為幾種可行措施的選擇依據(jù)，采用的也是枚舉算法，斷線策略的給出嚴(yán)重依賴運(yùn) 行人員的經(jīng)驗(yàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，旨在提供一種控制短路電流水平的 電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化方法。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種控制短路電流水平的電網(wǎng)運(yùn)行 方式優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟：
[0007] 1)確定候選斷線支路集
[0008] 1. 1)采用故障分量法按公式（1. 1)計(jì)算短路點(diǎn)電流為：

【權(quán)利要求】
1. 一種控制短路電流水平的電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 確定候選斷線支路集 1.1) 采用故障分量法按公式（I. 1)計(jì)算短路點(diǎn)電流為：
其中Zff為節(jié)點(diǎn)f的自阻抗，是節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣中的對角線元素，代表該節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)等值 阻抗；Vfltll為短路點(diǎn)初始電壓； 1. 2)在原支路上并聯(lián)一個(gè)與原支路阻抗數(shù)值相同，相位相反的阻抗來模擬支路開斷， 原支路阻抗和模擬支路阻抗Zp的數(shù)值關(guān)系如下：
式中z% 4分別為第k條支路開斷前，節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的對應(yīng)元素， i，j，f?分別表示被開斷支路兩端節(jié)點(diǎn)及短路節(jié)點(diǎn)，為被開斷支路的阻抗值； 1. 3)根據(jù)式（I. 1)，對超標(biāo)站點(diǎn)f，計(jì)算出開斷第k條線路的短路電流變化量為：
1. 4)計(jì)算開斷電網(wǎng)中任意一條線路時(shí)超標(biāo)站點(diǎn)f的短路電流變化量，得到如下向量： AIf= [Alfl，AIf2，…，AIJt 其中，b為電網(wǎng)可開斷支路數(shù)； 1. 5)從AIfk為負(fù)數(shù)且對應(yīng)支路電壓等級等于或低于超標(biāo)站點(diǎn)f的值中選出絕對值最 大的前Ns個(gè)值，對應(yīng)的線路就組成了f?節(jié)點(diǎn)的候選斷線支路集Sf;若符合要求的線路小于 Ns,則后面幾條候選支路均采用最后一條符合條件的線路；針對所有短路電流超標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行上述分析，合并重復(fù)的支路，便得到最終的候選斷線支路集S; 2) 基于節(jié)點(diǎn)電壓法建立斷線組合優(yōu)化模型 2.1) 給出兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)：

其中，S是候選斷線支路集，L為首、末端節(jié)點(diǎn)分別為i，j的支路，UU為0-1變量，表 示支路Iu的開閉狀態(tài)，Uu= 0表示線路開斷，Uu= 1表示線路閉合，Su表示線路傳輸容 量； 2.2)優(yōu)化模型的約束則為控制短路電流水平在限值以內(nèi)；針對短路節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)電 壓法有：
其中，Nf為短路電流超標(biāo)站點(diǎn)集合，I為節(jié)點(diǎn)i的短路電流限值，F(xiàn)w7:為節(jié)點(diǎn)i短路時(shí) 節(jié)點(diǎn)j的電壓，為不屬于候選斷線支路集的支路1 ^的導(dǎo)納，I(%為節(jié)點(diǎn)i短路時(shí)候選 斷線支路L上流向節(jié)點(diǎn)i的電流值；式（1. 7)為二次約束方程，等價(jià)于如下線性不等式：
E"g，7"8分別為發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)導(dǎo)納； 2. 3)上述式（1. 5)、（1. 6)、（1. 8)、（1. 9)、（1. 11)和（1. 12)便構(gòu)成了控制短路電流水 平的電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化模型。
2.如權(quán)利要求1所述的一種控制短路電流水平的電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化方法，其特征在于 還包括以下步驟： 2)添加網(wǎng)絡(luò)連通性約束 2. 1)進(jìn)行輻射狀網(wǎng)絡(luò)的搜索；對于屬于環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，添加與其相連的環(huán)狀網(wǎng) 絡(luò)線路不少于兩條的約束； 2. 2)添加功率平衡約束保證網(wǎng)絡(luò)連通。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種控制短路電流水平的電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化方法，其特征在于 步驟2. 1)采用以下方法進(jìn)行輻射狀網(wǎng)絡(luò)的搜索：首先進(jìn)行輻射狀網(wǎng)絡(luò)的搜索，先尋找網(wǎng)絡(luò) 中只與一條支路相連的節(jié)點(diǎn)，將該節(jié)點(diǎn)和與其相連的線路從原網(wǎng)絡(luò)中分離出來；繼續(xù)這樣 的搜索，直到系統(tǒng)中不再有只與一條支路相連的節(jié)點(diǎn)為止，從網(wǎng)絡(luò)中分離出來的節(jié)點(diǎn)和線 路便屬于輻射狀網(wǎng)絡(luò)，剩余的為環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，這樣就初步縮小了候選斷線支路范圍。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種控制短路電流水平的電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化方法，其特征在于 步驟2. 2)按以下方法獲得功率平衡約束： 首先，根據(jù)節(jié)點(diǎn)功率平衡約束有：
其中Tu表示與節(jié)點(diǎn)i相連的支路集，Pu表示支路Iu上流向節(jié)點(diǎn)i的有功功率，Pei表 示節(jié)點(diǎn)i上并網(wǎng)機(jī)組發(fā)出的有功功率，PDi表示節(jié)點(diǎn)i上負(fù)荷消耗的有功功率，N為網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)集；
【文檔編號】H02J3/00GK104505821SQ201410635925
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】李豐偉, 龔向陽, 王威, 王波, 謝宇哲, 王晴, 華建良 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司