一种大容量电网短路电流控制措施优化配置方法
【专利摘要】本发明提供了一种大容量电网短路电流控制措施优化配置方法，包括步骤1：确定目标电网的发展阶段；步骤2：确定目标电网的短路电流超标形式；步骤3：分析解决短路电流超标的时间阶段，依据时间阶段确定短路电流限制措施；步骤4：确定短路电流限制措施的初选配置方案；步骤5：分析初选配置方案，得到满足目标电网需求的最终配置方案。与现有技术相比，本发明提供的一种大容量电网短路电流控制措施优化配置方法，能够针对电网发展的不同阶段，按照优化比选的原则系统性的提出电网的短路电流控制措施，可应用于解决电网规划建设和运行控制中所面临的短路电流控制问题。
【专利说明】
-种大容量电网短路电流控制措施优化配置方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种电流控制优化方法，具体设及一种大容量电网短路电流控制措施 优化配置方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统的迅速发展，单机和发电厂容量、变电站容量、城市和工业中屯、的负荷和 负荷密度的增加，W及电力系统之间的互联，导致现代大电力系统各级电网中的短路电流 水平不断增加。短路电流水平，一方面反映了电网的安全可靠性，较高的短路电流水平是高 度互联电力系统坚强的标志，意味着电源与负荷之间的阻抗较低，使得系统具有较好的暂 态稳定性、良好的电压水平并降低系统发生崩溃的风险。但另一方面各站点不断上升的短 路电流水平在故障情况下可能会损坏电网设备，甚至导致整个互联系统的崩溃；同时为了 安全切断过高的短路电流，必须装设昂贵的大遮断容量断路器和其它其他具有高开断能力 的设备。因此合理控制电网的短路电流水平，是电力企业在规划、建设和运行管理上所面临 的挑战。
[0003] 目前，在实际的规划、调度、生产运行中，对电网短路电流的控制往往采用经验性 的措施，所采取的控制措施虽然也都进行了深入的经济技术比较，但是由于缺乏系统性、原 则性、规律性的配置方法，控制措施的实施效果并不能得到保证。针对运一问题，需要提出 了一种电网短路电流控制措施的配置方法，W用于指导电网规划建设和运行控制中选择短 路电流控制措施，解决大电网发展过程中面临的短路电流超标问题。
【发明内容】
[0004] 为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种大容量电网短路电流控制措施优化 配置方法，根据电网所处的发展阶段，对已有的各种限制短路电流方法进行分类，针对目标 电网所处阶段的特点，采取不同的限制短路电流措施，W保证该措施能够满足当前运行电 网和未来规划电网的共同需要。所述方法包括： 阳0化]步骤1 :确定目标电网的发展阶段；
[0006] 步骤2 :确定所述目标电网的短路电流超标形式；
[0007] 步骤3 :分析解决所述短路电流超标的时间阶段，依据所述时间阶段确定短路电 流限制措施；
[0008] 步骤4 :确定所述短路电流限制措施的初选配置方案；
[0009] 步骤5 :分析所述初选配置方案，得到满足目标电网需求的最终配置方案。
[0010] 优选的，所述步骤1中确定目标电网的发展阶段包括：
[0011] 若K <0.5,则目标电网为初级阶段；
[0012] 若0. 8 < K < 1. 0,则目标电网为全面发展阶段；
[0013] 若K > 1.0,则目标电网为由输电网至配电网的转型阶段；
[0014] 若0. 5《K《0. 8,则目标电网为最终发展阶段；
[0015] 其中，K为目标电网的短路电流水平评价指数；
[0016] 优选的，获取所述短路电流水平评价指数K包括：
[0017] 步骤1-1 :计算第i个变电站的短路电流比ki为：
[00 化]
(1)
[0019] 其中，所述为第i个变电站的短路电流水平；
[0020] 所述Imw为第i个变电站的断路器遮断电流水平；
[0021] 步骤2 :依据所述短路电流比ki计算短路电流水平评价指数K为：
[0022]
。） 阳023] 其中，所述m为目标电网中变电站的总数；
[0024] 所述a 1为第i个变电站的短路电流惩罚因子；若所述变电站发生短路电流超标， 则曰1= 2.0诺没有，则a 1= 1.0 ;
[00巧]优选的，所述步骤2中确定目标电网的短路电流超标形式为：计算所述目标电网 在全接线全开机条件下各变电站的短路电流，从而确定所述短路电流超标形式； 阳0%] 所述短路电流超标形式包括单相短路电流超标和=相短路电流超标；
[0027] 优选的，所述步骤3中解决短路电流超标的时间阶段包括目标电网的规划阶段和 运行阶段；
[00測优选的，当所述时间阶段为规划阶段时，所述短路电流限制措施包括：
[0029] 分层分区、采用直流或直流背靠背、采用合理的电源接入方式、W发电机-变压 器-线路组单元方式接入电网、电磁环网解环、开断线路、采用高阻抗发电机、采用高阻抗 变压器、采用分裂电抗器或分裂绕组变压器、采用限流电抗器和装设故障电流限制器；
[0030] 优选的，当所述时间阶段为运行阶段时，所述短路电流限制措施包括：
[0031] 分层分区、电磁环网解环、电网解列、开断线路、母线分裂运行、线路出串、采用高 阻抗发电机、采用高阻抗变压器、采用分裂电抗器或分裂绕组变压器、采用限流电抗器和装 设故障电流限制器；
[0032] 优选的，所述步骤3中依据优化比选原则确定所述初选配置方案；所述优化比选 原则包括：
[003引原则1 :建设远景规划电网时，采用直流输电互联和故障电流限制器，W限制短路 电流；
[0034] 原则2 :新建变电站时，依据电气设备的更换难易程度、变电站短路电流水平的预 期值，W及该变电站建成后对其进行增容改造费用，选取所述电气设备；
[0035] 原则3 :若目标电网由于新增变电站导致短路电流超标，则采用高阻抗变压器，W 限制短路电流；
[0036] 原则4 :对目标电网分层分区时，依据地域-发电平衡或者负荷-发电平衡的方式 进行分区，W限制短路电流；
[0037] 原则5 :若采用单一的短路电流限制措施不能限制目标电网的短路电流时，首先 改造目标电网的电网结构；然后更换目标电网中的电气设备，W及增加限流电抗器或者装 设故障电流限制器；
[0038] 原则6:采用开断线路限制目标电网局部的短路电流时，选取线路开断后对目标 电网的电网结构和电网潮流影响最小的线路，或者断开目标电网中的分区联络线W限制短 路电流；
[0039] 原则7 :当目标电网为由输电网至配电网的转型阶段时，短期执行开断线路措施 和线路出串措施，W限制目标电网局部的短路电流；
[0040] 原则8 :当目标电网中330kV~750kV变电站侧发生短路电流超标后，采用开断线 路或者线路出串改变目标电网结构，增大电网阻抗W限制短路电流；当目标电网中220kV 变电站侧发生短路电流超标后，采用高阻抗变压器、母线分裂运行或者电磁环网解环，W限 制短路电流；
[0041] 优选的，所述步骤5中分析初选配置方案包括潮流分析和暂态稳定性分析，依据 分析结果获取最优的初选配置方案；
[0042] 若每个初选配置方案的分析结果相似，则分析所述初选配置方案的施工难度和经 济投资成本，依据分析结果获取最优的初选配置方案。
[0043] 与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
[0044] 本发明提供的一种大容量电网短路电流控制措施优化配置方法，可实现对电网短 路电流控制措施进行系统性、原则性、规律性的选择配置，保障控制措施的实施效果；能够 针对性的确定电网发展所处的不同阶段，按照优化比选的原则系统性的提出电网的短路电 流控制措施，可应用于解决电网规划建设和运行控制中所面临的短路电流控制问题。
【附图说明】
[0045] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0046] 图1 :本发明实施例中大容量电网短路电流控制措施优化配置方法流程图；
[0047] 图2 :短路电流限制措施的总体分类图；
[0048] 图3 :本发明实施例中基于解决短路电流超标的时间阶段的短路电流限制措施分 类图； W例图4 :本发明实施例中青海电网采用电磁环网解环限制短路电流的电网结构图A ;
[0050] 图5 :本发明实施例中青海电网采用电磁环网解环限制短路电流的电网结构图B ;
[00川图6 :本发明实施例中青海电网采用750kV变电站中母线分裂运行限制短路电流 的电网结构图。
【具体实施方式】
[0052] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0053] 本发明提供的一种大容量电网短路电流控制措施优化配置方法，能够针对目标电 网不同发展阶段和不同的短路电流超标原因，给出大容量电网短路电流超标控制措施的优 化选择。
[0054] 一、如图1所示，本实施例中大容量电网短路电流控制措施优化配置方法具体步 骤包括：
[0055] 1、确定目标电网的发展阶段。
[0056] (1)获取短路电流水平评价指数K包括：
[0057] 计算第个变电站的短路电流比ki为： 阳05引
…
[0059] 其中，Iu为第i个变电站的短路电流水平；I SiW为第i个变电站的断路器遮断电流 水平。
[0060] 依据短路电流比ki计算短路电流水平评价指数K为： 闺]
(2) 阳06引其中，m为目标电网中变电站的总数；a 1为第i个变电站的短路电流惩罚因子；若 变电站发生短路电流超标，则a 1= 2. 0 ;若没有，则a 1= 1. 0。
[0063] (2)确定目标电网的发展阶段包括： W64] ①：若K < 0. 5，则目标电网为初级阶段。
[0065] 所述初级阶段指的是在电力系统发展的初级阶段，即开始建设某一级电压电力网 时，短路电流处于一般水平，开关设备和变电所设施对电流开断能力和动、热稳定水平均大 大超过该级电压电力网的短路电流水平。
[0066] ②：若0.8 <K< 1.0,则目标电网为全面发展阶段。
[0067] 所述全面发展阶段指的是某一电压等级的目标电网全面发展时，大量发电容量接 至该级目标电网，在目标电网中的某些点和核屯、部分短路电流水平将大幅度增加，并逐步 接近开关设备的额定遮断容量。短路电流水平不配合的问题可能在少数变电站出现，即在 目标电网中某些部分已装设的断路器的开断容量有可能满足不了短路电流水平的要求。
[0068] ③：若K > 1.0,则目标电网为由输电网至配电网的转型阶段。
[0069] 所述转型阶段指的是在电力系统中更高一级电压的输电线路开始出现至形成高 一级电压电力网前，在运一阶段原有目标电网仍是电力系统中的主要输电网，但随着高一 级电压电网的发展，将逐步降低原有目标电网输电网的作用而逐步转变为配电网。大容量 机组和发电厂将直接接至高一级电压电网，但由于禪合自禪变压器的增加在更高一级电压 输电网络还未形成前往往与原有目标电网形成高低压电磁环网运行。在运种情况下原有目 标电网的短路电流将大幅度增加，出现了严重的短路电流不配合问题。断路器遮断容量不 足和限制短路电流的问题将成为迫切需要解决的问题。
[0070] ④：若0. 5《K《0. 8,则目标电网为最终发展阶段。
[0071] 所述最终发展阶段指的是高一级电压电力网已全面发展阶段。此时原有目标电网 已成为配电网，只连接着地区性电厂和个别大容量单元机组。运时的原有目标电网，一般已 经简化并分割为若干区并尽可能采取福射状供电方式。不但简化了继电保护和运行操作， 短路电流水平也将随之下降。
[0072] 若目标电网处于初级阶段和全面发展阶段，则对目标电网发展产生的短路电流增 大问题，一般可W用更换开关设备的办法来解决，因为在运种情况下，变电站的其它开关设 备往往是具有足够的裕度的。
[0073] 2、确定目标电网的短路电流超标形式。
[0074] 计算所述目标电网在全接线全开机条件下各变电站的短路电流，从而确定所述短 路电流超标形式。其中， 阳0巧]短路电流超标形式包括单相短路电流超标和=相短路电流超标；
[0076] 全接线全开机指的是目标电网中的线路和发电机全部投入运行。
[0077] 如图2所示，本实施例中按照短路电流超标形式对短路电流限制措施粗选包括： 阳〇7引 （1) S相短路电流超标：
[0079] ①：在电力系统结构上采取措施，包括：
[0080] a、分层分区：将电网形成若干结构层次，在不同层次按供电能力划分不同区域，为 区域内电力负荷安排合适的电力供应，形成基本的供需平衡。
[0081] b、采用直流或直流背靠背：将两个交流系统采用直流或直流背靠背互联，直流输 电系统是高度可控的，它能够通过换流器触发相位的控制，实现多种、快速的调节，改善直 流输电系统和与之相连交流系统。
[0082] C、采用合理的电源接入方式：包括=方面，一是电源容量与所接入电网的电压等 级要匹配，二是电源接入选点应有利于电网未来5-10年短路电流水平的控制，=是对于短 路电流水平接近超标的电网，新接入的电源可能需要采取限制短路电流水平的技术措施。
[0083] t W发电机-变压器-线路组单元方式接入电网：采用发电机一变压器一线路组 单元方式接线的形式，电源经线路后接入电网的阻抗增大，可降低电网的短路电流水平。
[0084] e、电磁环网解环：通过将电磁环网解环，电网由单层结构改为分层、分区结构，现 有电网各分层的短路电流水平均可降低。
[00化]f、开断线路：通过停运线路有效增大短路点的等值阻抗，可有降低短路电流超标 站点的短路电流水平。
[0086] g、母线分裂运行：通过开断母联断路器，使得母线分裂为两段或两段W上运行，增 加变电站接入系统的阻抗，降低此变电站的短路电流水平。
[0087] h、线路出串：对于采用3/2接线形式的变电站，可W开断某串元件的边开关，将接 入此串元件的两条线路从此变电站调出，从而增大系统阻抗降低短路电流水平。
[0088] ②：在电气设备上采取措施，包括：
[0089] a、采用高阻抗发电机：采用高阻抗发电机接入电网，可提高接入系统阻抗，从而降 低发电机接入变电站的短路电流水平。
[0090] b、采用高阻抗变压器：采用高阻抗变压器代替一般变压器，提高接入电网的阻抗， 从而降低该变电站的短路电流水平。
[0091] C、采用分裂电抗器或分裂绕组变压器：发电机采用分裂电抗器或分裂绕组变压器 接入电网，由于分裂电抗器和分裂绕组变压器比常规变压器的阻抗值大，因此，可降低发电 机接入变电站的短路电流水平。
[0092] t采用限流电抗器：变电站母线间或线路上采用限流电抗器，限流电抗器增大了 系统阻抗，可降低其接入点变电站的短路电流水平。
[0093] e、装设故障电流限制器：采用装设故障电流限制器提高接入电网的阻抗，可降低 其接入点变电站的短路电流水平。
[0094] 似单相短路电流超标；
[0095] 短路电流限制措施包括：
[0096] ①：限制变压器中性点直接接地数目：中性点接地变压器数量过多，零序电抗会 大幅度降低，导致单相短路电流增加，有时甚至会超过=相短路电流，因此为降低短路电 流，220kV电网采用部分变压器中性点接地的方式，对电网中变压器中性点接地的数目进行 限制。
[0097] ②：变压器中性点经小电阻或小电抗接地：500kV变压器中性点经中性点或小电 抗接地，可W明显降低220kV侧母线的单相短路电流，但对S相短路电流基本没有抑制效 果。装设小电抗不仅不受电网运行的限制，还可降低变压器中性点绝缘水平，便于变压器制 造。
[0098] ③：限制或不采用自禪变压器：自禪变的短路阻抗是同等容量双绕组变压器的一 半。正因为如此，超高压电网中自禪变的会升高短路电流水平，在满足经济性和运行安全性 的基础上，采用一般的双绕组或=绕组变压器有助于提高系统的短路阻抗，降低短路电流 水平。
[0099] ④：发电机-变压器绕组的升压变中性点装快速接地开关：在发电机升压变装设 快速接地开关，且正常运行时断开，则发电机一变压器组的零序等值电抗与主网零序网络 割裂，其接入主网处的零序等值阻抗等效为无穷大，提高了主网的零序等值阻抗，可降低单 相短路电流水平。
[0100] ⑥：Y/Y/A接线自禪变压器S角形绕组侧开口 ：部分大容量Y/Y/A接线自禪变压 器=角形绕组侧开口或采用Y/Y接线，不带第=个=角形的变压器，断开了变压器的零序 通路，可降低单相短路电流水平。 阳101] 3、分析解决短路电流超标的时间阶段，依据时间阶段确定短路电流限制措施。 阳102] 本实施例中所述时间阶段包括目标电网的规划阶段和运行阶段。 阳103] (1)当时间阶段为规划阶段时，如图3所示短路电流限制措施包括：
[0104] a、分层分区：对规划电网，将电网形成若干结构层次，在不同层次按供电能力划分 不同区域，为区域内电力负荷安排合适的电力供应，形成基本的供需平衡。
[01化]b、采用直流或直流背靠背：是将两个交流系统规划为直流或直流背靠背互联，直 流输电系统是高度可控的，它能够通过换流器触发相位的控制，实现多种、快速的调节，改 善直流输电系统和与之相连交流系统。
[0106] C、采用合理的电源接入方式：在规划中包括S方面，一是电源容量与所接入电网 的电压等级要匹配，二是电源接入选点应有利于电网未来5-10年短路电流水平的控制，= 是对于短路电流水平接近超标的电网，新接入的电源可能需要采取限制短路电流水平的技 术措施。
[0107] 发电机-变压器-线路组单元方式接入电网：新建电源规划中，采用发电机一 变压器一线路组单元方式接线的形式，电源经线路后接入电网的阻抗增大，可降低电网的 短路电流水平。
[0108] e、电磁环网解环：对于规划电网，通过将电磁环网解环，电网由单层结构改为分 层、分区结构，现有电网各分层的短路电流水平均可降低。
[0109] f、开断线路：对于规划电网，通过停运线路有效增大短路点的等值阻抗，可有降低 短路电流超标站点的短路电流水平。
[0110] g、采用高阻抗发电机：对于规划的电源接入工程，采用高阻抗发电机接入电网，可 提高接入系统阻抗，从而降低发电机接入变电站的短路电流水平。 阳111] h、采用高阻抗变压器：对于规划的新建变电站，采用高阻抗变压器代替一般变压 器，提高接入电网的阻抗，从而降低该变电站的短路电流水平。
[0112] i、采用分裂电抗器或分裂绕组变压器：对于规划的电源接入工程，发电机可W采 用分裂电抗器或分裂绕组变压器接入电网，分裂电抗器和分裂绕组变压器比常规变压器的 阻抗值大，可降低发电机接入变电站的短路电流水平。
[011引 j、采用限流电抗器：对于规划电网，可W采用限流电抗器接入变电站两段母线间 或线路上，限流电抗器增大了系统阻抗，可降低其接入点变电站的短路电流水平。
[0114] k、装设故障电流限制器：对于规划电网，采用装设故障电流限制器提高接入电网 的阻抗，可降低其接入点变电站的短路电流水平。
[0115] (2)当时间阶段为运行阶段时，如图3所示短路电流限制措施包括：
[0116] a、分层分区：对运行电网，通过调整运行方式，将电网形成若干结构层次，在不同 层次按供电能力划分不同区域，为区域内电力负荷安排合适的电力供应，形成基本的供需 平衡。
[0117] b、电磁环网解环：对于运行中电网，通过调整运行方式将电磁环网解环，电网由单 层结构改为分层、分区结构，现有电网各分层的短路电流水平均可降低。
[0118] C、电网解列：对于运行中电网，通过开断不同分区间的互联线路，将两个互联电网 解列，解列后的两个分区电网的短路电流水平都将降低。
[0119] t开断线路：对于运行中电网，通过停运线路有效增大短路点的等值阻抗，可有降 低短路电流超标站点的短路电流水平。
[0120] e、母线分裂运行：对于运行中的电网，通过开断母联断路器，使得母线分裂为两段 或两段W上运行，增加变电站接入系统的阻抗，降低此变电站的短路电流水平。 阳121] f、线路出串：对于采用3/2接线形式的变电站，可W开断某串元件的边开关，将接 入此串元件的两条线路从此变电站调出，从而增大系统阻抗降低短路电流水平。 阳122] g、采用高阻抗发电机：对于运行中电网，优先采用高阻抗发电机接入电网，可提高 接入系统阻抗，从而降低发电机接入变电站的短路电流水平。
[0123] h、采用高阻抗变压器：对于运行中电网，优先采用高阻抗变压器代替一般变压器， 提高接入电网的阻抗，从而降低该变电站的短路电流水平。
[0124] i、采用分裂电抗器或分裂绕组变压器：对于运行中电网，发电机采用分裂电抗器 或分裂绕组变压器接入电网可优先予W安排发电计划，分裂电抗器和分裂绕组变压器比常 规变压器的阻抗值大，可降低发电机接入变电站的短路电流水平。
[01巧]j、采用限流电抗器：对于运行电网，若变电站母线间或线路上投运了限流电抗器， 限流电抗器增大了系统阻抗，可降低其接入点变电站的短路电流水平。 阳126] k、装设故障电流限制器：对于运行电网，采用装设故障电流限制器提高接入电网 的阻抗，可降低其接入点变电站的短路电流水平。 阳127] 4、确定短路电流限制措施的初选配置方案。
[0128] 本实施例中，依据优化比选原则确定初选配置方案。其中，优化比选原则包括： 阳129] 原则I :建设远景规划电网时，采用直流输电互联和故障电流限制器，W限制短路 电流。本实施例中的远景规划电网指的是未来10年W上规划的电网。
[0130] 原则2 :新建变电站时，依据电气设备的更换难易程度、变电站短路电流水平的预 期值，W及该变电站建成后对其进行增容改造费用，选取所述电气设备。本实施例中的新建 变电站指的是未来5-10年规划的电网。 阳13U 原则3 :若目标电网由于新增变电站导致短路电流超标，则采用高阻抗变压器，W 限制短路电流。本实施例中适用于原则3的目标电网指的是未来5年内规划的电网。
[0132] 原则4 :对目标电网分层分区时，依据地域-发电平衡或者负荷-发电平衡的方式 进行分区，W限制短路电流。本实施例中适用于原则4的目标电网指的是未来2-3年内需 要进行短路电流水平控制的电网。
[0133] 原则5 :当目标电网中330kV~750kV变电站侧发生短路电流超标后，采用开断线 路或者线路出串改变目标电网结构，增大电网阻抗W限制短路电流；
[0134] 当目标电网中220kV变电站侧发生短路电流超标后，采用高阻抗变压器、母线分 裂运行或者电磁环网解环，W限制短路电流。本实施例中根据电磁环网联系强弱及接入电 厂多少，首先采用高阻抗变压器或母线分裂运行手段增大系统阻抗，当上述手段不能达到 限流效果时，最终解开电磁环网。
[0135] 原则6 :采用开断线路限制目标电网局部的短路电流时，选取线路开断后对目标 电网的电网结构和电网潮流影响最小的线路，或者断开目标电网中的分区联络线W限制短 路电流。 阳136] 原则7:当目标电网为由输电网至配电网的转型阶段时，短期执行开断线路措施 和线路出串措施，W限制目标电网局部的短路电流。 阳137] 原则8:若采用单一的短路电流限制措施不能限制目标电网的短路电流时，首先 改造目标电网的电网结构；然后更换目标电网中的电气设备，W及增加限流电抗器或者装 设故障电流限制器。本实施例中同时也要从短路电流限制措施实施的连续性、一致性出发， W安全、可靠、和经济作为目标，综合多种措施，达到整体限流效果最优。
[0138] 5、分析初选配置方案，得到满足目标电网需求的最终配置方案。
[0139] 步骤1 :分析初选配置方案包括潮流分析和暂态稳定性分析，依据分析结果获取 最优的初选配置方案。
[0140] 步骤2 :若步骤1中每个初选配置方案的分析结果相似，则分析初选配置方案的施 工难度和经济投资成本，依据该分析结果获取最优的初选配置方案。 阳141]目P，对比不同初选配置方案下目标电网的潮流分布合理性，W及电力系统的暂态 稳定性强弱，若各方案对电网潮流分布合理性和稳定性的影响差别不大，则对初选配置方 案从工程实施难度、经济投资角度进一步分析，得到最终的实施方案。
[0142] 二、本发明提供的优选实施例为：
[0143] 本实施例中的目标电网为青海电网，W青海电网某一年冬季大负荷典型方式为 例，说明本发明在大容量电网中优化选择短路电流控制措施的过程。
[0144] 青海电网某年即将建成的变电站包括佑宁、海西、柴达木、日月山、西宁和官亭六 座750kV变电站，鱼卡750kV开关站1座，平乐、小寨、达阪和八宝等330kV站点共计66座， 网内百万千瓦电厂宝库龙羊峡、李家峡、公伯峡、积石峡、拉西瓦和神华格尔木六座，装机容 量为 10220MW。 阳145] 该年冬季，青海电网总负荷15420MW，有功总出力13810MW，从甘肃电网受入有功 功率2500MW。青海电网与甘肃电网间断面间通过鱼卡~敦煌、佑宁~武胜、官亭~兰州东 共6回750kV交流联络线相连，青海电网750kV站点形成链式结构，但青海网内存在多个 750/330kV电磁环网，青海IlOkV电网维持福射状的供电结构。 阳146] 1、确定青海电网的发展阶段。
[0147] 青海电网处在西北电网的西部，是西北电网大型水电电源的集中地，是"西电东 送"的重要输出通道之一。截至2014年底，青海电网最高电压等级为750kV，通过4回750kV 线路和6回330kV线路与甘肃电网相连。随着电网负荷发展，青海电网不断升级建设，电网 联系变得更加紧密，电网的安全稳定水平得到提高，其供电能力和可靠性大大加强。在电网 网架不断加强的同时，也带来了系统短路电流增大的问题。
[0148] 根据2015年IlOkV及W上电网站点的短路电流计算结果，依据本发明提出的电网 短路电流水平评价指数K，分析青海电网750kV和330kV两个电压等级电网所处的发展阶 段。青海电网330kV及W上电压等级电网短路电流评价指数K的计算结果如表1所示。 阳1例表1 阳1加 ]
[0151]
[0152] 依据表1的计算结果可W得到，由于青海电网750kV电网短路电流评价指数K < 0. 5,因此750kV网架处于短路电流水平发展的初级阶段；青海电网330kV电网短路电流 评价指数K > 1. 0,因此330kV网架处于短路电流水平发展的转型阶段。针对330kV网架的 短路电流超标问题，不能仅靠更换断路器、母线等设备的措施。需要从调整电网结构，优化 电源布局等角度提出优化的控制措施。 阳153] 2、确定青海电网的短路电流超标形式。 阳154] 青海电网IlOkV及W上电网短路电流计算结果如表2所示： 阳1对表2 阳 156]
阳 157] 阳15引
[0159] 依据表2的计算结果可W得到，青海电网750kV变电站750kV、330kV母线短路电 流均满足要求，750kV侧最大短路电流为39. 232kA(=相短路电流），330kV侧最大短路电流 为58. 987kA，均发生在西宁750kV变电站。
[0160] 由于电源及负荷增长，且西宁~日月山、西宁~佑宁间存在750kV/330kV电 磁环网运行，全网330kV变电站中，泉湾、曹家堡、花园、蠢恒、营庄、杨乐、景阳、黄家寨 330kV侧=相短路电流超标，泉湾、景阳330kV侧单相短路电流超标，其中最大短路电流为 55. 275kV，发生在泉湾330kV变电站；营庄变电站IlOkV侧的单相短路电流高达66. 358kA， 已经超标。其余330kV变电站的330kV、IlOkV母线短路电流均满足要求。 阳161] IlOkV变电站中，个别重负荷站点的短路电流水平较高，海星站和桥侣站的单相短 路电流已接近其开关最大开断能力，其余站点的短路电流均满足要求。 阳162] 3、分析解决短路电流超标的时间阶段，依据时间阶段确定短路电流限制措施。 阳163] 在750kV电网建设逐步加强的基础上，青海电网多个330kV站点短路电流水平超 标。从电网运行安全性、工程经济性等角度出发，主要选用有实际运行经验且可靠性高的短 路电流限制技术，对青海电网330kV电网分别提出了电磁环网解环及750kV变电站中压侧 母线分裂运行两种方案，按照本发明提出的优化比选原则对此两方案进行计算对比分析。 阳164] (1)电磁环网解环方案； 阳1化]如图4-5所示，针对西宁~日月山电磁环网中蠢恒、营庄330kV母线S相短路电 流超标的情况，考虑解开西宁~日月山电磁环网，即断开康城~海纳、蠢恒~营庄共4回 330kV线路。针对西宁~佑宁电磁环网中泉湾、花园、杨乐、景阳330kV母线S相短路电流超 标的情况，考虑解开西宁~佑宁电磁环网中景阳~下香2回330kV线路。 阳166] 在上述解环方案下，青海网短路电流计算结果表3所示：
[0167]表 3 [01681
[0169]
[0170] 依据表3中解环前后短路电流计算结果的对比分析可知，按照上述电磁环网解环 方案解环后，青海全网的=相、单相短路电流得到有效限制，各站点的各侧母线短路电流均 能满足要求。 阳171 ] (2) 750kV变电站中压侧母线分裂运行方案
[0172] 由表2中短路电流计算结果可知，原规划方案下，短路电流超标站点集中位于西 宁~日月山及西宁~佑宁电磁环网中，因此如图6所示，考虑将西宁、佑宁750kV变电站的 中压侧母线分裂运行。
[0173] 在上述分母运行方案下，青海网短路电流计算结果表4所示： 阳174] 表4 阳1巧]
[0177] 依据表4中分母前后短路电流计算结果的对比分析可知，按照上述推荐的西宁、 佑宁750kV变电站中压母线分裂运行后，除景阳330kV侧母线外，其余青海电网各站点的短 路电流均能得到有效限制，各站点的各侧=相、单相母线短路电流均能满足要求。
[0178] 景阳330kV侧母线S相短路电流略高于其开关遮断容量，为41. 565kA，届时可考 虑再断开景阳~下香330kV双回线，景阳330kV侧母线S相短路电流可降至32. 478kA，即能 满足额定短路水平的要求。
[0179] 5、分析初选配置方案，得到满足目标电网需求的最终配置方案。 阳180] ①：在电磁环网解环和750kV变电站中压侧母线分裂运行两种方案下，青海电网 各层面短路电流均能控制在额定开关遮断容量内。 阳181] ②：分母运行方案中，仅考虑西宁、佑宁750kV变电站中压侧母线分列运行的条件 下，景阳站330kV侧母线S相短路电流仍然超标，仍需断开西宁~佑宁电磁环网中景阳~ 下香线路。 阳182] ③：电磁环网解环方案工程操作较为简单，经济性较好。 阳183] ④：电磁环网解环方案中，解环线路对系统供电可靠性的影响不大，且运行过程中 解环线路可作为备用线路，W避免750kV线路故障对系统的冲击。
[0184] ⑥：随着青海750kV电网建设的逐步加强，分层分区是电网发展的必然趋势，电磁 环网解环方案可为实现电网的分层分区供电奠定基础。
[01化]因此，选定电磁环网解环方案作为青海电网短路电流的控制方案。 阳186] 本发明提供的大容量电网短路电流控制措施优化配置方法，可W实现对大容量电 网短路电流控制措施的优化配置，通过采用本发明提出的优化比选原则，实现对目标电网 短路电流的有序和优化控制，为电网规划和运行方式安排提供了一种标准方法和流程，为 软件开发人员提供了可供参考的理论依据。 阳187] 最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
【主权项】
1. 一种大容量电网短路电流控制措施优化配置方法，其特征在于，所述方法包括： 步骤1 :确定目标电网的发展阶段； 步骤2 :确定所述目标电网的短路电流超标形式； 步骤3 :分析解决所述短路电流超标的时间阶段，依据所述时间阶段确定短路电流限 制措施； 步骤4 :确定所述短路电流限制措施的初选配置方案； 步骤5 :分析所述初选配置方案，得到满足目标电网需求的最终配置方案。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中确定目标电网的发展阶段包 括： 若K < 0. 5,则目标电网为初级阶段； 若0. 8 < K < 1. 0,则目标电网为全面发展阶段； 若1.0,则目标电网为由输电网至配电网的转型阶段； 若0. 5《Κ《0. 8,则目标电网为最终发展阶段； 其中，Κ为目标电网的短路电流水平评价指数。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述短路电流水平评价指数Κ包括： 步骤1-1 :计算第i个变电站的短路电流比ki为：(1) 其中，所述lu为第i个变电站的短路电流水平； 所述Isiw为第i个变电站的断路器遮断电流水平； 步骤2 :依据所述短路电流比ki计算短路电流水平评价指数K为：(2) 其中，所述m为目标电网中变电站的总数； 所述α 1为第i个变电站的短路电流惩罚因子；若所述变电站发生短路电流超标，贝U α i= 2. 0 ;若没有，则 α i= 1. 0。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中确定目标电网的短路电流超标 形式为：计算所述目标电网在全接线全开机条件下各变电站的短路电流，从而确定所述短 路电流超标形式； 所述短路电流超标形式包括单相短路电流超标和Ξ相短路电流超标。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中解决短路电流超标的时间阶段 包括目标电网的规划阶段和运行阶段。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述时间阶段为规划阶段时，所述短路电 流限制措施包括： 分层分区、采用直流或直流背靠背、采用合理的电源接入方式、W发电机-变压器-线 路组单元方式接入电网、电磁环网解环、开断线路、采用高阻抗发电机、采用高阻抗变压器、 采用分裂电抗器或分裂绕组变压器、采用限流电抗器和装设故障电流限制器。7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述时间阶段为运行阶段时，所述短路电 流限制措施包括： 分层分区、电磁环网解环、电网解列、开断线路、母线分裂运行、线路出串、采用高阻抗 发电机、采用高阻抗变压器、采用分裂电抗器或分裂绕组变压器、采用限流电抗器和装设故 障电流限制器。8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中依据优化比选原则确定所述初 选配置方案；所述优化比选原则包括： 原则1 :建设远景规划电网时，采用直流输电互联和故障电流限制器，W限制短路电 流； 原则2 :新建变电站时，依据电气设备的更换难易程度、变电站短路电流水平的预期 值，W及该变电站建成后对其进行增容改造费用，选取所述电气设备； 原则3 :若目标电网由于新增变电站导致短路电流超标，则采用高阻抗变压器，则良制 短路电流； 原则4 :对目标电网分层分区时，依据地域-发电平衡或者负荷-发电平衡的方式进行 分区，W限制短路电流； 原则5 :若采用单一的短路电流限制措施不能限制目标电网的短路电流时，首先改造 目标电网的电网结构；然后更换目标电网中的电气设备，W及增加限流电抗器或者装设故 障电流限制器； 原则6 :采用开断线路限制目标电网局部的短路电流时，选取线路开断后对目标电网 的电网结构和电网潮流影响最小的线路，或者断开目标电网中的分区联络线W限制短路电 流； 原则7 :当目标电网为由输电网至配电网的转型阶段时，短期执行开断线路措施和线 路出串措施，W限制目标电网局部的短路电流； 原则8 :当目标电网中330kV~750kV变电站侧发生短路电流超标后，采用开断线路或 者线路出串改变目标电网结构，增大电网阻抗W限制短路电流；当目标电网中220kV变电 站侧发生短路电流超标后，采用高阻抗变压器、母线分裂运行或者电磁环网解环，W限制短 路电流。9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中分析初选配置方案包括潮流分 析和暂态稳定性分析，依据分析结果获取最优的初选配置方案； 若每个初选配置方案的分析结果相似，则分析所述初选配置方案的施工难度和经济投 资成本，依据分析结果获取最优的初选配置方案。
【文档编号】H02J3/00GK105846422SQ201510017419
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月13日
【发明人】宋云亭, 申旭辉, 李旭霞, 陈得治, 郑宇明, 高峰, 王鹏, 丁剑, 李佳, 张爽, 张鑫, 任爱平, 梁剑, 唐晓骏, 陈湘, 罗红梅, 李晶, 李媛媛, 吉平, 李晓珺, 蓝海波, 刘海涛
【申请人】国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网山西省电力公司经济技术研究院, 国网宁夏电力公司电力科学研究院, 国网冀北电力有限公司