地区电网短路电流分析方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种地区电网短路电流分析方法和装置，包括：对电网系统进行区域划分：将需要分析计算短路电流水平的地区划分为研究区域，将与研究区域存在直接联络的地区划分为边界区域，将除研究区域和边界区域以外的地区划分为外部区域；将边界区域和外部区域进行等值化简，形成等值后的边界区域，得到由研究区域和等值后的边界区域组成的等值后的电网系统；根据等值后的电网系统，分析计算研究区域的短路电流水平。本发明解决了现有技术中难以在保证短路电流计算精度的同时，减少短路电流分析时的数据量的技术问题，达到了在保证短路电流计算精度的基础上，减少短路电流分析时的数据量和计算量的技术效果。
【专利说明】地区电网短路电流分析方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统【技术领域】，特别涉及一种地区电网短路电流分析方法和装置。
【背景技术】
[0002]短路电流计算，是电力系统的设计和运行中必不可少的一项基本计算，短路电流计算的结果一般应用于电气设备和载流导体的选择、继电保护装置的确定、主接线方案及运行方式的确定等。此外，在进行电力系统的暂态稳定分析、确定输电线路对通讯的干扰等方面也都必须进行短路电流计算。
[0003]近年来随着电力系统规模的不断扩大，电网间的联系逐渐增强，大规模互联电网的发展一方面能够实现资源的合理开发及优化配置、提高供电的可靠性和运行的经济性，另一方面由于电网结构的加强使得电气距离缩短，部分厂站的短路电流增加较多，甚至已经超过了开关的遮断容量，短路电流问题已经越来越引起电力规划、调度运行部门的重视。
[0004]目前，对某个电网进行短路电流计算的时候，往往只关注该电网所在地区(可以称为研究区域)的短路电流水平，然而，因为电网之间相互会产生影响和干扰，如何要保证对研究区域进行短路电流计算的准确性，就需要对电力系统中除研究区域之外的区域进行计算和分析。如果对整个电力网络的数据都进行分析计算，那么计算速度将会很慢，同时还需要对除研究区域之外的其它地区的电网数据进行维护，这将极大地增加短路电流分析的数据量和计算量。
[0005]同时，随着电网规模的不断扩大，为了保证短路电流计算的准确性，电网运行人员在进行短路电流分析计算时的数据量变得越来越庞大，进行数据分析的数据量也越来越多，这样也就必然导致了对仿真软件和计算机配置的要求变得越来越高。同时，一些商用软件由于受到程序本身算法的限制，对电网的规模也存在一定的要求。
[0006]如何在保证短路电流计算精度的同时，减少短路电流分析时的数据量，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种地区电网短路电流分析方法和装置，以至少解决现有技术中难以在保证短路电流计算精度的同时，减少短路电流分析时的数据量的技术问题。
[0008]本发明实施例提供了一种地区电网短路电流分析方法，包括:对电网系统进行区域划分:将需要分析计算短路电流水平的地区划分为研究区域，将与研究区域存在直接联络的地区划分为边界区域，将除研究区域和边界区域以外的地区划分为外部区域；将边界区域和外部区域进行等值化简，形成等值后的边界区域，得到由研究区域和等值后的边界区域组成的等值后的电网系统；根据等值后的电网系统，分析计算研究区域的短路电流水平。
[0009]在一个实施例中，将边界区域和外部区域进行等值化简，形成等值后的边界区域，得到由研究区域和等值后的边界区域组成的等值后的电网系统，包括:按照外部区域、边界区域和研究区域的顺序构建电网系统的节点导纳矩阵；利用高斯消元法消去节点导纳矩阵中外部区域的部分，形成仅保留边界区域和研究区域的等值后节点导纳矩阵；确定等值后节点导纳矩阵中边界区域对应的矩阵元素的变化量矩阵；根据所述变化量矩阵确定等值后的边界区域中增加的发电机、增加的连接支路，以及增加的发电机的电抗参数和增加的连接支路的电抗参数；根据确定出的增加的发电机、增加的连接支路，增加的发电机的电抗参数、以及增加的连接支路的电抗参数进行网络重构形成等值后的电网系统。
[0010]在一个实施例中，根据所述变化量矩阵确定等值后的边界区域中增加的连接支路的电抗参数，包括:确定增加的连接支路两端的节点号；取变化量矩阵中与两端的节点号对应的元素的负倒数，作为增加的连接支路的电抗参数。
[0011]在一个实施例中，根据所述变化量矩阵确定等值后的边界区域中增加的发电机的电抗参数，包括:确定与增加的发电机相连的节点的节点号；将外部区域中与该节点号的节点直接相连的连接支路的导纳、变化量矩阵中该节点号所在行上的各个元素作相加运算得到总导纳；取总导纳的倒数作为增加的发电机的电抗参数。
[0012]在一个实施例中，确定等值后节点导纳矩阵中边界区域对应的矩阵元素的变化量矩阵，包括:确定边界区域中节点的个数；在边界区域中节点的个数小于预定阈值的情况下，采用线性方程求解的方法计算变化量矩阵。
[0013]在一个实施例中，所述预定阈值为6。
[0014]本发明实施例还提供了一种地区电网短路电流分析装置，包括:区域划分模块，用于对电网系统进行区域划分:将需要分析计算短路电流水平的地区划分为研究区域，将与研究区域存在直接联络的地区划分为边界区域，将除研究区域和边界区域以外的地区划分为外部区域；等值简化模块，用于将边界区域和外部区域进行等值化简，形成等值后的边界区域，得到由研究区域和等值后的边界区域组成的等值后的电网系统；分析模块，用于根据等值后的电网系统，分析计算研究区域的短路电流水平。
[0015]在一个实施例中，所述等值简化模块包括:构建单元，用于按照外部区域、边界区域和研究区域的顺序构建电网系统的节点导纳矩阵；简化单元，用于利用高斯消元法消去节点导纳矩阵中外部区域的部分，形成仅保留边界区域和研究区域的等值后节点导纳矩阵；矩阵确定单元，用于确定等值后节点导纳矩阵中边界区域对应的矩阵元素的变化量矩阵；参数确定单元，用于根据所述变化量矩阵确定等值后的边界区域中增加的发电机、增加的连接支路，以及增加的发电机的电抗参数和增加的连接支路的电抗参数；重构单元，用于根据增加的发电机、增加的连接支路，增加的发电机的电抗参数、以及增加的连接支路的电抗参数进行网络重构形成等值后的电网系统。
[0016]在一个实施例中，所述参数确定单元包括:第一节点号确定子单元，用于确定增加的连接支路两端的节点号；第一参数确定子单元，用于取变化量矩阵中与两端的节点号对应的元素的负倒数，作为增加的连接支路的电抗参数。
[0017]在一个实施例中，所述参数确定单元包括:第二节点号确定子单元，用于确定与增加的发电机相连的节点的节点号；累加单元，用于将外部区域中与该节点号的节点直接相连的连接支路的导纳、变化量矩阵中该节点号所在行上的各个元素作相加运算得到总导纳；第二参数确定子单元，用于取总导纳的倒数作为增加的发电机的电抗参数。[0018]在一个实施例中，所述矩阵确定单元包括:节点数确定子单元，用于确定边界区域中节点的个数；计算子单元，用于在边界区域中节点的个数小于预定阈值的情况下，采用线性方程求解的方法计算变化量矩阵。
[0019]在一个实施例中，所述预定阈值为6。
[0020]在本发明实施例中，将电网系统中需要分析计算短路电流水平的地区划分为研究区域，然后将与研究区域存在直接联络的地区划分为边界区域，将除了研究区域和边界区域之外的地区划分为外部区域，然后将该电网系统等值简化为仅包含研究区域和等值后的边界区域的电网系统，最后通过等值后的电网系统分析计算研究区域的短路电流水平，因为等值简化后的电网系统中不再存在外部区域，因此在分析计算短路电流水平时所需的数据量将明显减少。通过上述方式有效解决了现有技术中难以在保证短路电流计算精度的同时，减少短路电流分析时的数据量的技术问题，达到了在保证短路电流计算精度的基础上，减少短路电流分析时的数据量和计算量的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0022]图1是本发明实施例的地区电网短路电流分析方法的流程图；
[0023]图2是本发明实施例的进行网络等值简化的流程图；
[0024]图3是本发明实施例的地区电网短路电流分析方法具体实施例的流程图；
[0025]图4是本发明实施例的网络结构区域划分示意图；
[0026]图5是本发明实施例的各区域之间联络线的线路导纳的示意图；
[0027]图6是本发明实施例的等值简化后边界区域中某个节点的网络接线图；
[0028]图7是本发明实施例的IEEE39节点的网络结构划分示意图；
[0029]图8是本发明实施例的地区电网短路电流分析装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0031]在本发明实施例中提供了一种地区电网短路电流分析，如图1所示，该方法包括以下步骤:
[0032]步骤101:对电网系统进行区域划分:将需要分析计算短路电流水平的地区划分为研究区域，将与研究区域存在直接联络的地区划分为边界区域，将除研究区域和边界区域以外的地区划分为外部区域；
[0033]步骤102:将边界区域和外部区域进行等值化简，形成等值后的边界区域，得到由研究区域和等值后的边界区域组成的等值后的电网系统；
[0034]步骤103:根据等值后的电网系统，分析计算研究区域的短路电流水平。
[0035]在上述实施例中，将电网系统中需要分析计算短路电流水平的地区划分为研究区域，然后将与研究区域存在直接联络的地区划分为边界区域，将除了研究区域和边界区域之外的地区划分为外部区域，然后将该电网系统等值简化为仅包含研究区域和等值后的边界区域的电网系统，最后通过等值后的电网系统分析计算研究区域的短路电流水平，因为等值简化后的电网系统中不再存在外部区域，因此在分析计算短路电流水平时所需的数据量将明显减少。通过上述方式有效解决了现有技术中难以在保证短路电流计算精度的同时，减少短路电流分析时的数据量的技术问题，达到了在保证短路电流计算精度的基础上，减少短路电流分析时的数据量和计算量的技术效果。
[0036]在一个实施例中，可以通过电网系统的节点导纳矩阵进行电网系统的等值简化，在一个实施例中，上述步骤102将边界区域和外部区域进行等值化简，形成等值后的边界区域，得到由研究区域和等值后的边界区域组成的等值后的电网系统，可以如图2所示，包括以下步骤:
[0037]步骤201:按照外部区域、边界区域和研究区域的顺序构建电网系统的节点导纳矩阵；
[0038]步骤202:利用高斯消元法消去节点导纳矩阵中外部区域的部分，形成仅保留边界区域和研究区域的等值后节点导纳矩阵；
[0039]步骤203:确定等值后节点导纳矩阵中边界区域对应的矩阵元素的变化量矩阵；
[0040]步骤204:根据所述变化量矩阵确定等值后的边界区域中增加的发电机、增加的连接支路，以及增加的发电机的电抗参数和增加的连接支路的电抗参数；
[0041]步骤205:根据确定出的增加的发电机、增加的连接支路，增加的发电机的电抗参数、增加的连接支路的电抗参数、以及发电机与连接支路之间的连接方式进行网络重构形成等值后的电网系统。
[0042]S卩，先构建电网系统的节点导纳矩阵，然后通过高斯消元法消除节点导纳矩阵中外部区域对应的矩阵元素，通过高斯消元后，外部区域对应的矩阵元素就会被等值到边界区域对应的矩阵元素中，最终可以发现等值简化后的节点导纳矩阵中仅边界区域对应的矩阵元素发生了变化，可以直接根据边界区域对应的矩阵元素的变化确定等值后的电网结构中边界区域中增加的发电机和连接支路，以及增加的发电机和连接支路的电抗参数。进行等值简化并重构电网系统的时候，可以保持边界区域中原有的节点和连接支路都不变，而是将新增的发电机和连接支路添加到边界区域中的相应位置。
[0043]具体的，根据所述变化量矩阵确定等值后的边界区域增加的发电机的电抗参数和增加的连接支路的电抗参数可以包括:
[0044]I)确定增加的连接支路两端的节点号；取变化量矩阵中与两端的节点号对应的元素的负倒数，作为增加的连接支路的电抗参数；
[0045]2)确定与增加的发电机相连的节点的节点号；将外部区域中与该节点号的节点直接相连的连接支路的导纳、变化量矩阵中该节点号所在行上的各个元素作相加运算得到总导纳；取总导纳的倒数作为增加的发电机的电抗参数。
[0046]为了对上述步骤201至205的原理进行具体说明，下面结合一个具体的例子来对本发明实施例所提供的地区电网短路电流分析方法进行具体说明。
[0047]在本实施例中，地区电网短路电流分析方法如图3所示，包括以下步骤:
[0048]步骤301:区域划分
[0049]具体的，选取需要分析计算短路电流水平的地区作为研究区域，与研究区域存在直接联络的地区作为边界区域，除研究区域和边界区域以外的地区作为外部区域。经过网络划分后，研究区域与边界区域通过联络线相连，边界区域与外部区域通过联络线相连，研究区域与外部区域则不存在直接联系。
[0050]步骤302:网络化简
[0051]具体的，按照外部区域、边界区域和研究区域的顺序构建全系统节点导纳矩阵Y。例如:可以利用高斯消元法进行网络的等值简化，以消去Y中外部区域的部分，形成仅保留
边界区域和研究区域的等值后的节点导纳矩阵
【权利要求】
1.一种地区电网短路电流分析方法，其特征在于，包括: 对电网系统进行区域划分:将需要分析计算短路电流水平的地区划分为研究区域，将与研究区域存在直接联络的地区划分为边界区域，将除研究区域和边界区域以外的地区划分为外部区域； 将边界区域和外部区域进行等值化简，形成等值后的边界区域，得到由研究区域和等值后的边界区域组成的等值后的电网系统； 根据等值后的电网系统，分析计算研究区域的短路电流水平。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将边界区域和外部区域进行等值化简，形成等值后的边界区域，得到由研究区域和等值后的边界区域组成的等值后的电网系统，包括: 按照外部区域、边界区域和研究区域的顺序构建电网系统的节点导纳矩阵； 利用高斯消元法消去节点导纳矩阵中外部区域的部分，形成仅保留边界区域和研究区域的等值后节点导纳矩阵； 确定等值后节点导纳矩阵中边界区域对应的矩阵元素的变化量矩阵； 根据所述变化量矩阵确定等值后的边界区域中增加的发电机、增加的连接支路，以及增加的发电机的电抗参数和增加的连接支路的电抗参数； 根据确定出的增加的发电机、增加的连接支路，增加的发电机的电抗参数、以及增加的连接支路的电抗参数进行网络重构形成等值后的电网系统。
3.如权利要求2所述的方`法，其特征在于，根据所述变化量矩阵确定等值后的边界区域中增加的连接支路的电抗参数，包括: 确定增加的连接支路两端的节点号； 取变化量矩阵中与两端的节点号对应的元素的负倒数，作为增加的连接支路的电抗参数。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述变化量矩阵确定等值后的边界区域中增加的发电机的电抗参数，包括: 确定与增加的发电机相连的节点的节点号； 将外部区域中与该节点号的节点直接相连的连接支路的导纳、变化量矩阵中该节点号所在行上的各个元素作相加运算得到总导纳； 取总导纳的倒数作为增加的发电机的电抗参数。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定等值后节点导纳矩阵中边界区域对应的矩阵元素的变化量矩阵，包括: 确定边界区域中节点的个数； 在边界区域中节点的个数小于预定阈值的情况下，采用线性方程求解的方法计算变化量矩阵。
6.如权利要5所述的方法，其特征在于，所述预定阈值为6。
7.—种地区电网短路电流分析装置，其特征在于，包括: 区域划分模块，用于对电网系统进行区域划分:将需要分析计算短路电流水平的地区划分为研究区域，将与研究区域存在直接联络的地区划分为边界区域，将除研究区域和边界区域以外的地区划分为外部区域；等值简化模块，用于将边界区域和外部区域进行等值化简，形成等值后的边界区域，得到由研究区域和等值后的边界区域组成的等值后的电网系统； 分析模块，用于根据等值后的电网系统，分析计算研究区域的短路电流水平。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述等值简化模块包括: 构建单元，用于按照外部区域、边界区域和研究区域的顺序构建电网系统的节点导纳矩阵； 简化单元，用于利用高斯消元法消去节点导纳矩阵中外部区域的部分，形成仅保留边界区域和研究区域的等值后节点导纳矩阵； 矩阵确定单元，用于确定等值后节点导纳矩阵中边界区域对应的矩阵元素的变化量矩阵； 参数确定单元，用于根据所述变化量矩阵确定等值后的边界区域中增加的发电机、增加的连接支路，以及增加的发电机的电抗参数和增加的连接支路的电抗参数； 重构单元，用于根据增加的发电机、增加的连接支路，增加的发电机的电抗参数、以及增加的连接支路的电抗参数进行网络重构形成等值后的电网系统。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述参数确定单元包括: 第一节点号确定子单元，用于确定增加的连接支路两端的节点号； 第一参数确定子 单元，用于取变化量矩阵中与两端的节点号对应的元素的负倒数，作为增加的连接支路的电抗参数。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述参数确定单元包括: 第二节点号确定子单元，用于确定与增加的发电机相连的节点的节点号； 累加单元，用于将外部区域中与该节点号的节点直接相连的连接支路的导纳、变化量矩阵中该节点号所在行上的各个元素作相加运算得到总导纳； 第二参数确定子单元，用于取总导纳的倒数作为增加的发电机的电抗参数。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述矩阵确定单元包括: 节点数确定子单元，用于确定边界区域中节点的个数； 计算子单元，用于在边界区域中节点的个数小于预定阈值的情况下，采用线性方程求解的方法计算变化量矩阵。
12.如权利要11所述的装置，其特征在于，所述预定阈值为6。
【文档编号】G01R31/08GK103529275SQ201310511797
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】杨金刚, 吴涛, 赵炜炜 申请人:国家电网公司, 华北电力科学研究院有限责任公司, 国网冀北电力有限公司电力科学研究院