专利名称：一种限制短路电流的串联电抗器优化配置方法
技术领域：
本发明涉及配置串联电抗器限制短路电流的方法，用以提高制定配置方案的效 率，同时通过对系统状态变量的约束确保采用配置方案后系统正常稳定运行。属于电力系 统运行与规划领域。
背景技术：
随着我国电网规模的进一步扩大以及大容量发电机的不断投入，重要的500kV枢 纽变电站高压侧三相短路电流已经面临着超过断路器遮断电流的威胁，严重降低了系统抗 风险能力和调度灵活性。目前，可以用来限制500kV超高压系统三相短路电流的方法分为 两类，一类是调整电网结构，另一类是加装限流设备。调整电网结构的措施包括发展更高 电压等级电网、采用直流输电、电网分层分区、母线分段运行、环网解环等。其中前两种措施 能从根本上解决短路电流过大问题，但是这些措施从开始设计到实际应用需要较长时间， 而且投资巨大。后三种措施相对简单，易于应用，但是会对系统供电可靠性和稳定性带来 不利影响。基于以上原因，现在主要采用加装限流设备的方法限制短路电流。限流设备包 括串联电抗器，电力电子故障限流器和超导故障限流器。故障限流器的技术还不成熟，对 于超高压电网还无成品设备，而串联电抗器的制造技术已经非常成熟，并成功应用在巴西、 美国、中国上海等地。综合多种限流措施，采用串联电抗器限制500kV母线三相短路电流是 一种经济可靠且有效的措施。串联电抗器虽然具有结构简单、维护方便、无需控制、可靠性高的优点，但其价格 仍较为昂贵，而且会增加系统有功损耗、增长电气距离、降低受端母线电压、并对电网暂态 稳定性带来不利影响，所以系统中不宜加装过多串抗器。尤其当系统中存在多条母线短路 电流超标时，对串抗器进行优化配置，减少加装串抗器的数量和阻抗显得格外重要。传统配置方法的制定主要依靠经验和反复的试验，效率低，而且无法把握全局效 果。目前已经提出的串联电抗器优化配置算法将限制短路电流问题转化为一个非线性规划 问题进行求解。由于模型的非线性，求解方法一般采用遗传算法、粒子群算法等现代进化算 法。但是目前的所有串联电抗器优化算法并没有在优化过程中计及暂态稳定约束，而是通 过对优化结果的稳定性校验判断配置方案是否满足稳定性的要求。若不满足稳定性要求， 则需要修改串抗器容量范围，重新进行优化。这一过程往往需要依赖于实际工程经验，增加 了工作量。所以这种不考虑稳定约束的串抗器优化配置算法并不全面，在优化过程中计及 暂态稳定性是十分必要的。而且现代优化算法(如，粒子群算法、遗传算法等)存在全局寻 优性不足的缺点，优化结果可能会是局部最优解，并不能保证优化结果为理论最优解。因此 采用确定性优化算法进行求解显得十分有意义。
发明内容
本发明针对国内电力系统可能出现多母线同时短路电流超标的情况，结合暂态稳 定裕度快速计算方法(BCU法)，提出考虑暂态稳定裕度的串联电抗器优化配置模型。同时结合待加装串抗器线路拟灵敏度和串抗器对暂态稳定性影响的特点，分别筛选安装串抗器 线路范围和暂态稳定分析故障线路范围，缩小计算规模，并采用确定性优化算法一改进 分支定界法加以求解。通过在实例中的应用，所得方案满足设计的要求。与目前已经提出 的方法相比，充分考虑了串联电抗器对系统暂态稳定性的影响，而且根据灵敏度将改进分 支定界法的计算规模降低到合适的范围，得到理论最优解，避免了遗传算法、粒子群算法等 现代进化算法求解得到局部最优解。本发明的技术方案如下一种限制短路 电流的串联电抗器优化配置方法，步骤包括1)计算目标系统母线三相短路电流值，根据母线安装断路器的最大遮断电流，确 定超标母线，并设定限流目标；2)建立加装串联电抗器模型的目标系统，将配置串联电抗器总成本设为目标函 数，将短路电流、母线电压和系统暂态稳定裕度作为约束变量，设定在系统稳定运行的范围 内；其中系统暂态稳定裕度根据基于主导不稳定平衡点法即BCU法快速求得；3)粗略计算超标母线短路电流对与之相连线路阻抗的拟灵敏度，剔除限流效果不 佳的线路，并构造线路搜索顺序表；4)根据串抗器对系统暂态稳定性影响的特点，设计筛选策略，选择出需要进行暂 态稳定分析的故障线路；5)采用改进分支定界法优化配置串联电抗器，得到满足设定约束条件且总成本最 低的串联电抗器配置方案；所述步骤2)中，串联电抗器模型是，假设与超标母线相连的线路上都加装了串联 电抗器；当加装串抗器阻抗值Δ Zij等于0时，表示线路上未配置串抗器；当加装串抗器阻 抗值Δ Zij大于0时，表示线路上配置串抗器，串抗器阻抗为Δ Zij ；对于双回线或三回线，若 需加装串联电抗器，则每一回线都需要加装串抗器，且阻抗值必须相同；串抗器模型如公式(1)Min F(X)S. t. G(x) = 0(1)，H(X) <0式中，F(X)表示目标函数，G(X)表示等式约束，H(X)表示不等式约束；1.1)目标函数 F(X)优化配置串联电抗器包括选择合适的安装地点和相应串抗器阻抗值，通过配置串 抗器的总成本来评价配置方案。投入总成本包括串抗器的设备成本和安装成本。串抗器设备成本近似与串抗器的 阻抗值成正比，串抗器的安装成本与串抗器的配置数量成正比，则目标函数采用成本系数 表示，如式(2)所示/ = Ε *ΝΓυ+82*^χ,(2),式中，gl表示单台串抗器安装成本系数，g2表示单位Ω串抗器的制造成本系数， Xi表示第i条线路安装的串抗器阻抗值，Ncli表示安装串抗器的台数；实际成本就在成本系数之和的基础上乘以当前单位成本系数的花费
F = k*f式中，k表示单位成本系数的花费。1.2)等式约束 G(X)等式约束条件是指系统状态量满足潮流方程，如式(3)所示
权利要求
1. 一种限制短路电流的串联电抗器优化配置方法，其特征是步骤包括1)计算目标系统母线三相短路电流值，根据母线安装断路器的最大遮断电流，确定超 标母线，并设定限流目标；2)建立加装串联电抗器模型的目标系统，将配置串联电抗器总成本设为目标函数，将 短路电流、母线电压和系统暂态稳定裕度作为约束变量，设定在系统稳定运行的范围内；其 中系统暂态稳定裕度根据基于主导不稳定平衡点法即BCU法快速求得；3)粗略计算超标母线短路电流对与之相连线路阻抗的拟灵敏度，剔除限流效果不佳的 线路，并构造线路搜索顺序表；4)根据串抗器对系统暂态稳定性影响的特点，设计筛选策略，选择出需要进行暂态稳 定分析的故障线路；5)采用改进分支定界法优化配置串联电抗器，得到满足设定约束条件且总成本最低的 串联电抗器配置方案；所述步骤2)中，串联电抗器模型是，假设与超标母线相连的线路上都加装了串联电抗 器；当加装串抗器阻抗值Azij等于O时，表示线路上未配置串抗器；当加装串抗器阻抗值 Azij大于O时，表示线路上配置串抗器，串抗器阻抗为Δ Zij;对于双回线或三回线，若需加 装串联电抗器，则每一回线都需要加装串抗器，且阻抗值必须相同； 串抗器模型如公式(1) Min F(x)s. t. G(x) =O (1)， H(x) < 0式中，F(X)表示目标函数，G(X)表示等式约束，H(X)表示不等式约束；1.1)目标函数F(X)优化配置串联电抗器包括选择合适的安装地点和相应串抗器阻抗值，通过配置串抗器 的总成本来评价配置方案。投入总成本包括串抗器的设备成本和安装成本。串抗器设备成本近似与串抗器的阻抗 值成正比，串抗器的安装成本与串抗器的配置数量成正比，则目标函数采用成本系数表示， 如式(2)所示
2.根据权利要求1所述的一种限制短路电流的串联电抗器优化配置方法，其特征是所 述步骤3)中的拟灵敏度是采用摄动法粗略计算，方法是，在与超标母线相连的不同线路上分别加装相同阻抗的串抗器，并求得加装串抗后该母 线的短路电流；然后利用公式
3.根据权利要求1所述的一种限制短路电流的串联电抗器优化配置方法，其特征是所 述步骤4)中，筛选策略是，首先不考虑系统暂态稳定性，优化配置串联电抗器，计算得到最优配置方案；然后利用 BCU法计算系统所有线路的临界切除时间CCT ；若所有线路满足CCT要求，则所得配置方案 就是最终配置方案，若有线路不满足CCT要求，则采用考虑系统暂态稳定约束的优化配置 串联电抗器算法，即考虑公式(4)中的条件AVksl^X),并根据如下条件确定稳定约束所考 虑线路及故障范围，4.1)故障时CCT > 0. 3s的线路不纳入稳定约束考虑范围；，4. 2)故障时稳定裕度不足的线路及此故障母线所连接的其它线路，不得与公式(1)冲突；，4. 3)加装串联电抗器的线路。
4.根据权利要求1所述的一种限制短路电流的串联电抗器优化配置方法，其特征是所 述步骤5)中，采用改进分支定界法优化配置串联电抗器，步骤包括·5.1)构造分支定界法线路搜索顺序表首先分别选出与各超标母线相连的拟灵敏度最大线路，根据母线电流超标的严重程 度，由重到轻排列；然后再按母线电流超标的严重性，将超标严重的母线相连的其它线路按 照拟灵敏度从强到弱排列；所述超标的严重性标准是由使用者依据需要设定；，5. 2)采用较大步长分支定界法进行优化在电抗值逐渐增加的方向上搜索，在满足短路电流要求的前提下进行暂态稳定裕度计 算；确定分支定界法搜索步长，步长的确定与计算规模相关，其中，步长越小，优化结果的精度越大，计算时间越长， 步长越大，优化结果的精度越小，计算时间越短，所以步长应取计算 时间可接受前提下的最小步长；通过分支定界法优化得到大步长最优解，短路电流约束作 为下界，暂态稳定约束作为上界；·5. 3)在以大步长最优解为中心、大步长为半径的范围内，重新确定步长；由于搜索范 围变小，可以在保证计算规模合理的前提小减小步长，再次采用分支定界法进行优化，逐次 进行，直至步长满足精度的要求。
全文摘要
本发明提出一种限制短路电流的串联电抗器优化配置方法，该方法将配置串联电抗器的经济成本作为目标函数，其中包括串联电抗器的制造成本和串联电抗器安装及配套设备成本，分别采用经典短流电流计算算法和基于主导不稳定平衡点法求解母线三相短路电流和系统暂态稳定裕度，并为短路电流、暂态稳定裕度和母线电压设定相应的约束条件以满足系统安全运行的要求。本技术方案有效解决了将暂态稳定裕度纳入约束条件后计算过大不可实现问题，从而提出了满足系统运行的限流方案，弥补了国内在这一领域的空白，同时具有较高的经济性和实用价值。
文档编号H02J3/00GK102148497SQ20111010799
公开日2011年8月10日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者吴熙, 茅嘉毅, 蒋平 申请人:东南大学