專利名稱：一種基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法
一種基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法技術領域
本發明屬于電力系統仿真與計算分析技術領域，具體涉及一種基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法。
背景技術：
短路是指一切不正常的相與相之間或相與地(對于中性點接地的系統)發生通路的情況。電力系統正常運行的破壞多半是由短路故障引起的。發生短路時，系統從一種狀態劇變到另一種狀態，并伴隨產生復雜的暫態現象。產生短路的主要原因(1)元件破損， 如絕緣材料的自然老化，設計、安裝及維護不良所帶來的設備缺陷發展成短路。(2)氣象條件惡化，如雷擊造成的閃絡放電或避雷器動作。(3)人為事故，如帶負荷拉刀閘。(4)其它， 如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分。
短路的危害主要有以下幾個方面(1)短路故障使短路點附近的支路中出現比正常值大許多倍的電流，由于短路電流的電動力效應，導體間將產生很大的機械應力，可能使導體支架破壞而使事故進一步擴大。(2)短路持續較長時，設備可能過熱以致損壞。(3)短路時系統電壓大幅下降，對用戶影響很大。(4)當短路發生點離電源不遠而持續時間較長時，并列運行的發電機可能失去同步，造成大片地區停電，這是短路最嚴重的后果。
短路計算就是在某種故障下，求出流過短路點及各支路的故障電流，全網各母線電壓的計算。短路計算的目的在電力系統和電氣設備的設計和運行中，短路計算是解決一系列技術問題所不可缺少的基本計算，主要用于
(I)選擇有足夠機械穩定度和熱穩定度的電氣設備。
(2)配置各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數。
(3)設計和選擇發電廠和電力系統主接線時，為了比較不同方案的接線圖，確定是否需要采取限制短路電流的措施。
(4)進行暫態穩定計算時，研究短路對用戶工作的影響。
短路電流計算的一般方法是利用對稱分量法實現ABC系統與正負零序系統參數轉換；列出正、負、零序網絡方程；推導出故障點的邊界條件方程；將網絡方程與邊界條件方程聯立求解，求出短路電流及其他分量。
隨著國民經濟的飛速發展和人民生活水平的不斷提高，社會對電力的需求也不斷增加，從而帶動了電力系統的不斷發展。由于電網規模不斷擴大，發電機組容量、發電廠容量和變壓器容量不斷增加以及城市中心負荷密度的持續增長，電網的聯系越來越緊密，許多區域電網特別是發達地區電網的短路電流水平已經逼近甚至超過斷路器的最大遮斷容量，需采取有效措施進行限制。在實際運行中，由于新設備投產、電壓水平變化等原因，使得在規劃或者設計時已經接近極限的母線和線路的短路電流可能會超過斷路器的額定遮斷容量。以往，按照最大短路電流計算原則校核各點的短路電流，發現超標時，通過運行方式人員的經驗人工改變電網結構，生成多種運行方式來限制短路電流，從這多種運行方式中篩選出幾種可行方案。這種人工設置電網運行方式的工作耗時、耗力、對工作人員要求高而且不能考慮全部的可行方案。
另一方面，目前運行方式處進行短路電流計算的數據均是離線數據，這些數據與當前電網的運行方式是不同的，基于方式使用的離線數據是無法分析當前電網的運行工況的。因此，把在線數據導出離線計算數據格式，并基于在線數據進行仿真分析更能逼近當前電網的運行工況。運行方式處采用基于在線數據的短路電流及輔助決策十分必要。
隨著大區電網互聯的快速發展，電網的技術水平和復雜程度越來越高，特別是存在電磁環網，電網短路電流水平也日益增高，電網短路電流超標問題已成為各地區電網近年來運行最突出的問題之一，尤其是220kV以上電網的短路電流超標問題。電網短路電流水平超標問題，不但威脅系統的安全、穩定運行，而且直接影響電網運行的經濟性。解決短路電流問題有兩個方向，一是直接更換一次設備，二是采取限制短路電流的措施。更換一次設備適用于局部短路電流過大的情況，當整個系統短路電流水平提高時，更換一次設備的費用很大，這時應考慮采取限制短路電流的措施，改變電網結構是行之有效的方法。改變電網結構來限制短路電流的方法主要有開斷線路、母線分列運行、跳通線路、分區運行等，目前上述方法大多是通過人工調整電網結構來限制短路電流，程序自動實現的較為少見。這些工作完全可以通過計算機來實現，將部分人工經驗結合靈敏度分析篩選出各種限制短路電流的措施，根據生成的限流措施自動生成電網的運行方式，并進行潮流和短路電流校核最終確定有效的限流措施。目前國內外還沒有短路電流輔助決策的相關研究。發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，基于改變電網結構的限流措施實現，如果當前運行方式下存在短路電流超標問題，則自動分析當前運行方式下廠站接線方式、線路和機組的運行狀態，給出拉停線路、母線分裂運行或者停運發電機等輔助決策建議。
能夠發現EMS狀態估計給出的實時運行方式存在短路電流超標問題，針對存在短路電流超標的運行方式進行輔助決策計算，并向電網調度人員及時提供輔助決策建議。
為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案
提供一種基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，所述方法包括以下步驟
步驟I :獲取在線數據或離線方式數據，并獲取物理母線的連接關系，設定電網范圍、遮斷電流和降低短路電流措施優先級；
步驟2 :計算故障點的開路電壓和短路電流，確定電網范圍內的短路電流超標點， 并對短路電流超標點進行告警；
步驟3 :針對超標母線，搜索降低短路電流措施；
步驟4 :計算各降低短路電流措施的節點阻抗靈敏度，并根據降低短路電流措施的節點阻抗靈敏度和優先級對降低短路電流措施進行排序；
步驟5 :生成短路電流超標輔助決策，并對短路電流超標輔助決策進行校驗。
所述步驟2包括以下步驟
步驟2-1 :計算故障點的開路電壓和短路電流；具體過程如下
利用對稱分量法實現ABC系統與正負零序系統參數轉換；列出正、負、零序網絡方程；推導出故障點的邊界條件方程；將網絡方程與邊界條件方程聯立求解，求出全網母線分別故障的情況下，流過故障點的開路電壓和短路電流；
步驟2-2 :若滿足設定范圍內所有母線的短路電流Iscbus大于故障點短路電流的遮斷電流Ib。，即可確定此故障點為電流超標點，并對短路電流超標點進行告警。
所述故障點的開路電壓表達式為
權利要求
1.一種基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 步驟I :獲取在線數據或離線方式數據，并獲取物理母線的連接關系，設定電網范圍、遮斷電流和降低短路電流措施優先級； 步驟2 :計算故障點的開路電壓和短路電流，確定電網范圍內的短路電流超標點，并對短路電流超標點進行告警； 步驟3 :針對超標母線，搜索降低短路電流措施； 步驟4:計算各降低短路電流措施的節點阻抗靈敏度，并根據降低短路電流措施的節點阻抗靈敏度和優先級對降低短路電流措施進行排序； 步驟5 :生成短路電流超標輔助決策，并對短路電流超標輔助決策進行校驗。
2.根據權利要求I所述的基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，其特征在于所述步驟2包括以下步驟 步驟2-1 :計算故障點的開路電壓和短路電流；具體過程如下 利用對稱分量法實現ABC系統與正負零序系統參數轉換；列出正、負、零序網絡方程；推導出故障點的邊界條件方程；將網絡方程與邊界條件方程聯立求解，求出全網母線分別故障的情況下，流過故障點的開路電壓和短路電流； 步驟2-2:若滿足設定范圍內所有母線的短路電流Israus大于故障點短路電流的遮斷電流Ib。，即可確定此故障點為電流超標點，并對短路電流超標點進行告警。
3.根據權利要求2所述的基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，其特征在于所述故障點的開路電壓表達式為
4.根據權利要求3所述的基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，其特征在于所述開路電壓和短路電流的計算支持同步發電機模型、可設定比例的馬達和恒阻抗復合模型、η型等值電路模型、兩繞組變壓器模型和三繞組變壓器模型。
5.根據權利要求I所述的基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，其特征在于所述步驟3中，降低短路電流措施包括 O拉停線路在不嚴重影響系統可靠性的前提下，拉停某些線路，增大電網的等值阻抗，抑制短路電流； 2)母線分裂運行打開母線聯絡開關，使變壓器分裂運行，可以增大系統阻抗，降低短路電流； 3)500kV線路出串運行即當廠站500kV側采用一臺半斷路器的接線方式時，采用連接兩側母線的斷路器斷開，中間斷路器閉合，增大系統阻抗，降低短路電流； ·4 )停運發電機發電機提供短路電流的大小取決于其機端電壓和其對短路點的轉移阻抗，降低短路電流。
6.根據權利要求I所述的基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，其特征在于所述步驟4中采用并行計算平臺對降低短路電流措施進行任務分配和調度，進而計算節點阻抗靈敏度，并根據降低短路電流措施的節點阻抗靈敏度和優先級進行排序； 所述并行計算平臺由管理節點服務器和計算節點服務器組成，采用適合電力系統分析計算特點的并行計算技術實現；管理節點進行數據交換、計算任務調度、結果回收匯總和計算軟件接口 ；計算節點為各類計算進程提供并行計算的環境和控制。
7.根據權利要求6所述的基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，其特征在于所述并行計算平臺對降低短路電流措施進行任務分配和調度過程如下 1)并行計算平臺采用預分配優先、動態分配補充的任務管理策略，根據不同的并行計算需要選擇恰當的調度機制，提高系統的通信效率和整體并行計算的速度； 2)并行計算平臺采用UDP/IP物理、邏輯組播和單播技術，實現可靠高效的內部數據通信機制，提供平臺內跨節點的數據交換和集成服務； 3)并行計算平臺采用分時控制的機制，對各類計算任務進行有序管理，簡化計算任務的調度，保證計算結果傳輸的準確性和完整性，提高系統的穩定性和工作效率； 4)并行計算平臺提供標準的并行化接口，保證計算軟件能方便地實現自身計算任務的并行化處理，平臺應提供任務預分配和任務動態分配兩種方式的并行化接口，保證實現任務調度和并行計算。
8.根據權利要求I或6所述的基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，其特征在于根據新形成的電網運行方式數據，計算節點阻抗矩陣，并計算節點阻抗靈敏度，所述節點阻抗靈敏度表征為網架結構變化前后自阻抗幅值的變化量與網架結構變化前自阻抗幅值的比值，其表達式為
9.根據權利要求I或6所述的基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，其特征在于分別對用戶設定的降低短路電流措施優先級和各降低短路電流措施的節點阻抗靈敏度乘以相應的權重并求和，得到所有降低短路電流措施的有效系數，按照有效系數從大到小對降低短路電流措施進行排序。
10.根據權利要求I所述的基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，其特征在于所述步驟5中，根據節點阻抗靈敏度篩選降低短路電流措施，并對篩選后的降低短路電流措施進行組合，生成短路電流超標輔助決策，并對短路電流超標輔助決策中的短路電流、熱穩定和暫態穩定進行校驗。
全文摘要
本發明提供一種基于節點阻抗靈敏度的短路電流超標輔助決策方法，包括以下步驟獲取在線數據或離線方式數據，并獲取物理母線的連接關系，設定電網范圍、遮斷電流和降低短路電流措施優先級；計算故障點的開路電壓和短路電流，確定電網范圍內的短路電流超標點，并對其進行告警；針對超標母線，搜索降低短路電流措施；計算各降低短路電流措施的節點阻抗靈敏度，并對降低短路電流措施進行排序；生成短路電流超標輔助決策，并對短路電流超標輔助決策進行校驗。本發明基于改變電網結構的限流措施實現，如果當前運行方式下存在短路電流超標問題,則自動分析廠站接線方式、線路和機組的運行狀態，給出輔助決策建議。
文檔編號G06F19/00GK102982230SQ20121041905
公開日2013年3月20日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者魯廣明, 嚴劍峰, 于之虹, 胡建勇, 黃彥浩, 史東宇, 呂穎, 丁平, 邱健, 江興凌, 陸俊, 蔡順有, 曹學書, 高強, 王天琪, 李剛, 劉宇星, 高波, 謝梅, 牛琳琳, 劉釗呈, 李偉, 何春江 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司