一种控制短路电流水平的电网运行方式优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种控制短路电流水平的电网运行方式优化方法，其特征在于包括以下步骤：1)确定候选断线支路集S；2)基于节点电压法建立断线组合优化模型。本发明的一种控制短路电流水平的电网运行方式的优化方法，基于节点电压法，所建模型为混合整数线性规划模型，可以调用CPLEX优化器进行求解，借助CPLEX优化器强大的计算能力，可快速确定最优断线策略。最后以IEEE39节点系统和浙江电网为例，对模型的有效性进行仿真验证。
【专利说明】-种控制短路电流水平的电网运行方式优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统领域，尤其涉及电力系统的电网运行方法，具体地说是一种 控制短路电流水平的电网运行方式优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的持续快速发展，电力系统的负荷不断增长，为了保证供电的安全 性和可靠性，电网结构逐渐增强，电源项目不断投入。逐渐增强的电网结构中环网增多，缩 短了变电所之间的电气距离，从而使短路电流水平提升；负荷的增长需要电源项目的不断 投入，而综合考虑电厂建设用地的紧张以及有效利用能源多方面，就出现了发电机单机容 量增大，单个发电厂机组数目增多，或者几个发电厂集中一带建设形成发电厂群的现象，都 直接引起电网短路电流的增大。近年来，短路电流增大的趋势越来越严重，已成为电力系统 规划和运行方式安排时需要考虑的主要问题。
[0003] 随着电源建设的加快和区域电网的互联，电力系统规模迅速扩大，短路容量随之 增大，部分变电站母线的短路电流水平已接近甚至超过了断路器的开断能力。短路电流 超标是电网安全运行的严重隐患，万一断路器不能灭弧，将引起爆炸，并可能引发系统性事 故，严重威胁电气设备及电网的安全运行。在目前断路器开断能力和短路限流技术仍难以 取得突破性进展的情况下，改变电网的运行结构（如线路开断、母线分裂运行等）是控制短 路电流的重要手段。采取有效的措施限制电网短路电流水平迫在眉睫。
[0004] 目前常用的限流措施主要有线路开断及母线分裂运行、加装故障电流限制器、采 用高阻抗变压器等。但后两项受到技术上的限制，且投资较高，还会对继电保护带来较大 影响；且对于同一支路而言，采用支路开断的限流效果最优，并且操作方便、成本低，应优 先考虑。但线路开断可能导致电网的可靠性水平降低，不合理的线路开断方案甚至可能会 破坏网架的连通性，因此应尽量减少开断线路的数目，保持网架的完整性。同时，电网中往 往存在多个短路电流超标站点，要找到综合考虑各个站点限流效果的最优断线策略并非 易事。文献1《限制500kV电网短路电流的网架调整优化算法[J]》（张永康，蔡泽祥，李 爱民等，电力系统自动化，2009, 33 (22) : 34-39)采用自阻抗灵敏度系数对限流效果进行评 价，可以找到开断较少线路且有效控制短路电流水平的断线组合，但采用隐枚举法，计算量 大且解的最优性难以得到有效保证，应用范围受到限制。文献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)以快速电压稳 定指标作为几种可行措施的选择依据，采用的也是枚举算法，断线策略的给出严重依赖运 行人员的经验。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，旨在提供一种控制短路电流水平的 电网运行方式的优化方法。
[0006] 为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种控制短路电流水平的电网运行 方式优化方法，其特征在于包括以下步骤：
[0007] 1)确定候选断线支路集
[0008] 1. 1)采用故障分量法按公式（1. 1)计算短路点电流为：
【权利要求】
1. 一种控制短路电流水平的电网运行方式优化方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 确定候选断线支路集 1.1) 采用故障分量法按公式（I. 1)计算短路点电流为：
其中Zff为节点f的自阻抗，是节点阻抗矩阵中的对角线元素，代表该节点的网络等值 阻抗；Vfltll为短路点初始电压； 1. 2)在原支路上并联一个与原支路阻抗数值相同，相位相反的阻抗来模拟支路开断， 原支路阻抗和模拟支路阻抗Zp的数值关系如下：
式中z% 4分别为第k条支路开断前，节点阻抗矩阵的对应元素， i，j，f?分别表示被开断支路两端节点及短路节点，为被开断支路的阻抗值； 1. 3)根据式（I. 1)，对超标站点f，计算出开断第k条线路的短路电流变化量为：
1. 4)计算开断电网中任意一条线路时超标站点f的短路电流变化量，得到如下向量： AIf= [Alfl，AIf2，…，AIJt 其中，b为电网可开断支路数； 1. 5)从AIfk为负数且对应支路电压等级等于或低于超标站点f的值中选出绝对值最 大的前Ns个值，对应的线路就组成了f?节点的候选断线支路集Sf;若符合要求的线路小于 Ns,则后面几条候选支路均采用最后一条符合条件的线路；针对所有短路电流超标节点进 行上述分析，合并重复的支路，便得到最终的候选断线支路集S; 2) 基于节点电压法建立断线组合优化模型 2.1) 给出两个目标函数：
其中，S是候选断线支路集，L为首、末端节点分别为i，j的支路，UU为0-1变量，表 示支路Iu的开闭状态，Uu= 0表示线路开断，Uu= 1表示线路闭合，Su表示线路传输容 量； 2.2)优化模型的约束则为控制短路电流水平在限值以内；针对短路节点，根据节点电 压法有：
其中，Nf为短路电流超标站点集合，I为节点i的短路电流限值，Fw7:为节点i短路时 节点j的电压，为不属于候选断线支路集的支路1 ^的导纳，I(%为节点i短路时候选 断线支路L上流向节点i的电流值；式（1. 7)为二次约束方程，等价于如下线性不等式：
E"g，7"8分别为发电机的次暂态电势和次暂态导纳； 2. 3)上述式（1. 5)、（1. 6)、（1. 8)、（1. 9)、（1. 11)和（1. 12)便构成了控制短路电流水 平的电网运行方式优化模型。
2.如权利要求1所述的一种控制短路电流水平的电网运行方式优化方法，其特征在于 还包括以下步骤： 2)添加网络连通性约束 2. 1)进行辐射状网络的搜索；对于属于环状网络的每个节点，添加与其相连的环状网 络线路不少于两条的约束； 2. 2)添加功率平衡约束保证网络连通。
3. 如权利要求2所述的一种控制短路电流水平的电网运行方式优化方法，其特征在于 步骤2. 1)采用以下方法进行辐射状网络的搜索：首先进行辐射状网络的搜索，先寻找网络 中只与一条支路相连的节点，将该节点和与其相连的线路从原网络中分离出来；继续这样 的搜索，直到系统中不再有只与一条支路相连的节点为止，从网络中分离出来的节点和线 路便属于辐射状网络，剩余的为环状网络，这样就初步缩小了候选断线支路范围。
4. 如权利要求2所述的一种控制短路电流水平的电网运行方式优化方法，其特征在于 步骤2. 2)按以下方法获得功率平衡约束： 首先，根据节点功率平衡约束有：
其中Tu表示与节点i相连的支路集，Pu表示支路Iu上流向节点i的有功功率，Pei表 示节点i上并网机组发出的有功功率，PDi表示节点i上负荷消耗的有功功率，N为网络节 点集；
【文档编号】H02J3/00GK104505821SQ201410635925
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】李丰伟, 龚向阳, 王威, 王波, 谢宇哲, 王晴, 华建良 申请人:国家电网公司, 国网浙江省电力公司宁波供电公司