一种电网安全运行的控制方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及电网技术领域，特别涉及一种电网安全运行的控制方法、装置、设备及介质。

背景技术：

在电网发生短路故障的过程中，会产生巨大的热效应和动效应，其中，热效应会使周围环境的温度急剧增加，严重时甚至会烧毁电网当中的电气设备，而动效应会产生巨大的动作力，并使电网中的电气设备发生爆炸，所以，如果电网发生短路故障，会存在极大的安全隐患。由于电抗型超导限流器可以对电网中的短路电流起到明显的抑制作用，所以，电抗型超导限流器在电网当中得到了较为广泛的应用。在电网发生的所有短路故障中，母线单相短路故障可以达到80％以上，但是，在现有技术当中，还尚未出现有关含有电抗型超导限流器的母线单相短路电流计算方面的研究，这样就极大的限制了电网的安全稳定运行。

由此可见，如何在含有电抗型超导限流器的电网发生母线单相短路的情况下，仍能保证电网的安全运行，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电网安全运行的控制方法、装置、设备及介质，以在含有电抗型超导限流器的电网发生母线单相短路的情况下，仍能保证电网的安全运行。其具体方案如下：

一种电网安全运行的控制方法，包括：

当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，则获取所述目标电网在所述母线单相短路下的系统导纳矩阵；

根据所述系统导纳矩阵和所述目标电网的注入电流获取所述目标电网在所述母线单相短路下各个母线的目标电压；

根据所述目标电压获取所述目标电网中各个母线对地的目标电流；

利用所述目标电流和所述注入电流确定所述电抗型超导限流器在发生所述母线单相短路时的短路电流；

利用所述电抗型超导限流器将所述短路电流限制在所述目标电网中断路器的额定开断电流范围之内，以保证所述目标电网的安全运行。

优选的，所述当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，则获取所述目标电网在所述母线单相短路下的系统导纳矩阵的过程，包括：

当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，则获取所述目标电网中与所述电抗型超导限流器相连接的母线a和母线b的三序导纳矩阵；

对所述三序导纳矩阵进行解耦，得到解耦导纳矩阵；

利用相参数描述所述解耦导纳矩阵，得到相参数导纳矩阵；

获取所述目标电网在未发生所述母线单相短路时的三相电压和注入所述母线a和所述母线b的三相电流；

根据所述相参数导纳矩阵、所述三相电压和所述三相电流获取所述电抗型超导限流器所在支路上电流与电压的目标关系表达式；

利用所述目标关系表达式获取所述电抗型超导限流器所在支路的支路导纳矩阵；

根据所述支路导纳矩阵获取所述目标电网在未发生所述母线单相短路时的系统相参数导纳矩阵，并获取所述目标电网在发生所述母线单相短路时的故障导纳矩阵；

根据所述系统相参数导纳矩阵和所述故障导纳矩阵获取所述目标电网在所述母线单相短路下的所述系统导纳矩阵。

优选的，当所述母线a发生a相短路时，所述故障导纳矩阵的表达式为：

优选的，所述获取所述目标电网中与所述电抗型超导限流器相连接的母线a和母线b的三序导纳矩阵的过程，包括：

获取所述目标电网中与所述电抗型超导限流器相连接的所述母线a和所述母线b的三序等值阻抗矩阵；

根据所述三序等值阻抗矩阵获取所述三序导纳矩阵。

相应的，本发明还公开了一种电网安全运行的控制装置，包括：

导纳矩阵获取模块，用于当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，则获取所述目标电网在所述母线单相短路下的系统导纳矩阵；

目标电压获取模块，用于根据所述系统导纳矩阵和所述目标电网的注入电流获取所述目标电网在所述母线单相短路下各个母线的目标电压；

目标电流获取模块，用于根据所述目标电压获取所述目标电网中各个母线对地的目标电流；

短路电流获取模块，用于利用所述目标电流和所述注入电流确定所述电抗型超导限流器在发生所述母线单相短路时的短路电流；

目标电网控制模块，用于利用所述电抗型超导限流器将所述短路电流限制在所述目标电网中断路器的额定开断电流范围之内，以保证所述目标电网的安全运行。

相应的，本发明还公开了一种电网安全运行的控制设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如前述公开的电网安全运行的控制方法的步骤。

相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述公开的电网安全运行的控制方法的步骤。

可见，在本发明中，当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，首先是获取目标电网在母线单相短路下的系统导纳矩阵，然后，根据系统导纳矩阵和目标电网的注入电流获取目标电网在母线单相短路下各个母线的目标电压，并根据目标电压获取目标电网中各个母线对地的目标电流，之后，再根据目标电流和注入电流确定电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流。显然，相比于现有技术而言，通过本发明所提供的方法，可以计算得到含有电抗型超导限流器的目标电网在发生母线单相短路时的短路电流，所以，在含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，就利用电抗型超导限流器将短路电流限制在目标电网中断路器的额定开断电流范围之内，这样断路器就能够有效地动作，并将故障隔离，由此就保证了目标电网在运行过程中的安全性以及可靠性。相应的，本发明公开的一种电网安全运行的控制装置、设备及介质，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种电网安全运行的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的目标电网在发生母线单相短路时的故障示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种电网安全运行的控制装置的结构图；

图4为本发明实施例所提供的一种电网安全运行的控制设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例所提供的一种电网安全运行的控制方法的流程图，该控制方法包括：

步骤s11：当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，则获取目标电网在母线单相短路下的系统导纳矩阵；

步骤s12：根据系统导纳矩阵和目标电网的注入电流获取目标电网在母线单相短路下各个母线的目标电压；

步骤s13：根据目标电压获取目标电网中各个母线对地的目标电流；

步骤s14：利用目标电流和注入电流确定电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流；

步骤s15：利用电抗型超导限流器将短路电流限制在目标电网中断路器的额定开断电流范围之内，以保证目标电网的安全运行。

在本实施例中，为了保证含有电抗型超导限流器的目标电网在发生母线单相短路时，也能够安全运行，首先是计算电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流，然后，再利用计算得到的电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流来对目标电网进行调控，并以此来保证目标电网的安全运行。

可以理解的是，由于含有电抗型超导限流器的目标电网在发生母线单相短路时，目标电网中的三相电流是不平衡的，这样就相当于是在母线单相短路故障的基础上增加一个不对称的线路故障，所以，当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，就需要利用复故障的分析方法来对目标电网进行分析。

具体的，在本实施例中，首先是获取目标电网在母线单相短路下的系统导纳矩阵，这样就可以通过系统导纳矩阵来对目标电网的运行状态进行整体描述；并且，当获取到目标电网在母线单相短路下的系统导纳矩阵之后，再根据目标电网的注入电流就可以获取到目标电网在发生母线单相短路以后目标电网中各个母线上的目标电压。

可以理解的是，当获取得到目标电网中各个母线上的目标电压之后，就可以根据各个母线上的目标电压计算得到各个母线对地的目标电流，之后，再根据基尔霍夫定律以及目标电网中各个母线对地的目标电流和目标电网的注入电流就可以确定出电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流。

能够想到的是，当计算得到了电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流时，电抗型超导限流器就能够将短路电流限制在目标电网中断路器的额定开断电流范围之内，这样一来，断路器就能够有效地动作，并将故障隔离，由此就保证了目标电网在运行过程中的安全性和可靠性。

可见，在本实施例中，当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，首先是获取目标电网在母线单相短路下的系统导纳矩阵，然后，根据系统导纳矩阵和目标电网的注入电流获取目标电网在母线单相短路下各个母线的目标电压，并根据目标电压获取目标电网中各个母线对地的目标电流，之后，再根据目标电流和注入电流确定电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流。显然，相比于现有技术而言，通过本实施例所提供的方法，可以计算得到含有电抗型超导限流器的目标电网在发生母线单相短路时的短路电流，所以，在含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，就利用电抗型超导限流器将短路电流限制在目标电网中断路器的额定开断电流范围之内，这样断路器就能够有效地动作，并将故障隔离，由此就保证了目标电网在运行过程中的安全性以及可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，上述步骤s11：当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，则获取目标电网在母线单相短路下的系统导纳矩阵的过程，包括：

当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，则获取目标电网中与电抗型超导限流器相连接的母线a和母线b的三序导纳矩阵；

对三序导纳矩阵进行解耦，得到解耦导纳矩阵；

利用相参数描述解耦导纳矩阵，得到相参数导纳矩阵；

在本实施例中，为了获取得到目标电网在母线单相短路下的系统导纳矩阵，是在含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，先获取目标电网中与电抗型超导限流器相连接的母线a和母线b的三序导纳矩阵。请参见图2，图2为本发明实施例所提供的目标电网在发生母线单相短路时的故障示意图。如图2所示，在电抗型超导限流器x所在的支路x-l开断的情况下，l表示的是电抗型超导限流器x所在支路x-l上除去电抗型超导限流器x以外的线路的等效电抗，也即，支路x-l的电抗包含两部分，一部分是电抗型超导限流器x，一部分是支路剩下线路部分的等效电抗，此时，假设目标电网中与电抗型超导限流器相连接的母线a和母线b的三序导纳矩阵为：

其中，y(i)为两阶复数对称矩阵。

可以理解的是，因为目标电网中的非故障部分三相对称，因此，三序导纳矩阵相互之间解耦，所以，在此情况下，就可以对三序导纳矩阵进行解耦，得到解耦导纳矩阵y120，也即：

此外，由于目标电网中发生故障的故障点和电抗型超导限流器的支路部分三相不对称，所以，三序导纳矩阵中的三序参数不能解耦，此时，就可以利用相参数来描述解耦导纳矩阵y120，也即，将解耦导纳矩阵y120转换为相参数导纳矩阵yabc，也即：

其中，yabc为六阶复数对称的满矩阵，描述支路x-l开断情况下故障前的系统导纳矩阵，矩阵a为序参数转换为相参数的系数矩阵，其表达式为：

式中，

假设目标电网在正常情况下，系统的导纳矩阵为：

其中，yaa为母线a的自导纳矩阵，为三阶对角方阵；

式中，yaaa、yaab、yaac分别表示母线a的三序自导纳矩阵的a相、b相、c相分量。

ybb与yaa的推导过程类似，并且，其推导过程为本领域技术人员所熟知的内容，所以，在此不作具体赘述。

yab为母线a、母线b之间的互导纳矩阵，为三阶对角方阵；

式中，yaba、yabb、yabc分别表示母线a、母线b之间的三序互导纳矩阵的a相、b相、c相分量。

yba与yab的推导过程类似，并且，其推导过程为本领域技术人员所熟知的内容，所以，在此不作具体赘述。

获取目标电网在未发生母线单相短路时的三相电压和注入母线a和母线b的三相电流；

根据相参数导纳矩阵、三相电压和三相电流获取电抗型超导限流器所在支路上电流与电压的目标关系表达式；

在本实施例中，假设目标电网在发生短路故障前，母线a和母线b的三相电压向量为uabc，并且，在母线a和母线b处注入的三相电流向量为iabc；也即，uabc＝[uaauabuacubaubbubc]^t，其中，uabc为复数列向量；iabc＝yabcuabc＝[iaaiabiacibaibbibc]^t，其中，iabc为复数列向量。

那么，电抗型超导限流器x所在支路x-l上的支路电流与定压的目标关系表达式ixl为：ixl＝yx(ua-uc)＝yl(uc-ub)；

式中，ixl为电抗型超导限流器x所在支路x-l的支路电流，为三维复数列向量，yx、yl为电抗型超导限流器x、支路x-l的相参数导纳矩阵，它们均为三维复数矩阵，ua、ub为母线a和母线b的三相电压，均为三维复数列向量，uc为电抗型超导限流器x与支路x-l的连接点c的三相电压，为三维复数列向量。

利用目标关系表达式获取电抗型超导限流器所在支路的支路导纳矩阵；

根据支路导纳矩阵获取目标电网在未发生母线单相短路时的系统相参数导纳矩阵，并获取目标电网在发生母线单相短路时的故障导纳矩阵；

根据系统相参数导纳矩阵和故障导纳矩阵获取目标电网在母线单相短路下的系统导纳矩阵。

可以理解的是，从ixl＝yx(ua-uc)＝yl(uc-ub)中消去uc，就可以得到：

ixl＝yl(yl+yx)^-1yxua+[yl(yl+yx)^-1yl-yl]ub＝yaaxlua+yabxlub；

由此就可以得到电抗型超导限流器x所在支路x-l串联的支路导纳矩阵yxl，也即：

式中，yaaxl＝yl(yl+yx)^-1yx、yabxl＝yl(yl+yx)^-1yl-yl；

如果不考虑电抗型超导限流器x所在支路x-l发生母线单相短路的情况，那么，目标电网的系统导纳矩阵为ys，也即：ys＝yabc+yxl；显然，如果想要得到目标电网在发生母线单相短路下的系统导纳矩阵，就需要在系统导纳矩阵ys的基础上叠加描述故障的故障导纳矩阵yf，并由此得到目标电网在发生母线单相短路时的系统导纳矩阵ysf，也即，ysf＝yabc+yxl+yf。

根据本实施例所公开的内容，此处对于目标电网中电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流的计算过程进行具体说明。由于目标电网中发电机的内电势在发生故障的瞬间不能突变，那么，目标电网的注入电流iabc在故障瞬间也会保持不变，因此，目标电网在发生母线单相短路后的各母线电压为ufabc，也即：

此外，因为电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流iaf可由各连接母线a的各支路电流与注入母线a的等值电流之和确定，并且，由于目标电网中只有一个短路点，所以，电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流iaf也可以由注入电流iabc减去各母线等值对地支路流出的电流得到，也即：

iaf＝iabc-yaaguaf-ybbgubf；

式中，yaag和ybbg分别为母线a和母线b的等值对地支路导纳，可由下式计算得到，其中，yaag＝yaa+yab、ybbg＝ybb+yba。

显然，按照上述计算流程，只需输入电抗型超导限流器x所在支路x-l在断开时的系统三序等值阻抗矩阵，以及电抗型超导限流器x的三相电抗、支路x-l的三序阻抗，即可得到电抗型超导限流器x在发生母线单相短路时的短路电流iaf。

可见，通过本发明实施例所提供的技术方案，可以进一步保证目标电网在发生母线单相短路时系统导纳矩阵获取过程中的整体可靠性。

作为一种优选的实施方式，当母线a发生a相短路时，故障导纳矩阵的表达式为：

可以理解的是，在实际应用当中，如果目标电网中的母线a发生a相金属性接地短路，那么，母线a的a相对应的矩阵自导纳元素就会为无穷大，所以，就可以用一个无穷大的数模拟来代替，并由此得到母线a在发生a相短路时的故障导纳矩阵。

需要说明的是，不同母线不同相在发生母线单相短路时，故障导纳矩阵的表达式会有所不同，比如：当母线a发生b相短路时，则故障导纳矩阵yf第二行第二列的元素为∞，其余元素为0；若母线b发生a相短路，则故障导纳矩阵yf第四行第四列的元素为∞，其余元素为0。此推导过程，为本领域技术人员所熟知的内容，所以，在此不再作具体赘述。

具体的，上述步骤：获取目标电网中与电抗型超导限流器相连接的母线a和母线b的三序导纳矩阵的过程，包括：

获取目标电网中与电抗型超导限流器相连接的母线a和母线b的三序等值阻抗矩阵；

根据三序等值阻抗矩阵获取三序导纳矩阵。

在本实施例中，为了获取得到三序导纳矩阵，是在含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，首先获取目标电网中与电抗型超导限流器相连接的母线a和母线b的三序等值阻抗矩阵，然后，再根据三序等值阻抗矩阵获取三序导纳矩阵，此操作为本领域技术人员所熟知的内容，所以，在此不再作具体赘述。

其中，三序等值阻抗矩阵的表达式为：

式中，zaa(i)、zbb(i)分别表示母线a、母线b的三序自阻抗矩阵；zab(i)、zba(i)分别表示母线a、母线b之间的三序互阻抗矩阵，i＝1,2,0分别表示正序、负序和零序。

与该三序等值阻抗矩阵相对应的三序导纳矩阵为：

式中，yaa(i)、ybb(i)分别表示母线a、母线b的三序自阻抗矩阵；yab(i)、yba(i)分别表示母线a、母线b之间的三序互阻抗矩阵，i＝1,2,0分别表示正序、负序和零序。

可见，通过本实施例所提供的技术方案，可以保证三序导纳矩阵在获取过程中的可靠性与准确性。

请参见图3，图3为本发明实施例所提供的一种电网安全运行的控制装置的结构图，该控制装置包括：

导纳矩阵获取模块21，用于当含有电抗型超导限流器的目标电网发生母线单相短路时，则获取目标电网在母线单相短路下的系统导纳矩阵；

目标电压获取模块22，用于根据系统导纳矩阵和目标电网的注入电流获取目标电网在母线单相短路下各个母线的目标电压；

目标电流获取模块23，用于根据目标电压获取目标电网中各个母线对地的目标电流；

短路电流获取模块24，用于利用目标电流和注入电流确定电抗型超导限流器在发生母线单相短路时的短路电流；

目标电网控制模块25，用于利用电抗型超导限流器将短路电流限制在目标电网中断路器的额定开断电流范围之内，以保证目标电网的安全运行。

本发明实施例所公开的一种电网安全运行的控制装置，具有前述公开的一种电网安全运行的控制方法的有益效果。

请参见图4，图4为本发明实施例所提供的一种电网安全运行的控制设备的结构图，该控制设备包括：

存储器31，用于存储计算机程序；

处理器32，用于执行计算机程序时实现如前述公开的电网安全运行的控制方法的步骤。

本发明实施例所公开的一种电网安全运行的控制设备，具有前述公开的一种电网安全运行的控制方法的有益效果。

相应的，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述公开的一种电网安全运行的控制方法的步骤。

本发明实施例所公开的一种计算机可读存储介质，具有前述公开的一种电网安全运行的控制方法的有益效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如母线a和母线b等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种电网安全运行的控制方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。