专利名称：一种基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法
一种基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法技术领域
本发明属于电力系统仿真与计算分析技术领域，具体涉及一种基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法。
背景技术：
短路是指一切不正常的相与相之间或相与地(对于中性点接地的系统)发生通路的情况。电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。发生短路时，系统从一种状态剧变到另一种状态，并伴随产生复杂的暂态现象。产生短路的主要原因(1)元件破损， 如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。(2)气象条件恶化，如雷击造成的闪络放电或避雷器动作。(3)人为事故，如带负荷拉刀闸。(4)其它， 如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分。
短路的危害主要有以下几个方面(1)短路故障使短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，可能使导体支架破坏而使事故进一步扩大。(2)短路持续较长时，设备可能过热以致损坏。(3)短路时系统电压大幅下降，对用户影响很大。(4)当短路发生点离电源不远而持续时间较长时，并列运行的发电机可能失去同步，造成大片地区停电，这是短路最严重的后果。
短路计算就是在某种故障下，求出流过短路点及各支路的故障电流，全网各母线电压的计算。短路计算的目的在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，主要用于
(I)选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。
(2)配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数。
(3)设计和选择发电厂和电力系统主接线时，为了比较不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施。
(4)进行暂态稳定计算时，研究短路对用户工作的影响。
短路电流计算的一般方法是利用对称分量法实现ABC系统与正负零序系统参数转换；列出正、负、零序网络方程；推导出故障点的边界条件方程；将网络方程与边界条件方程联立求解，求出短路电流及其他分量。
随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，社会对电力的需求也不断增加，从而带动了电力系统的不断发展。由于电网规模不断扩大，发电机组容量、发电厂容量和变压器容量不断增加以及城市中心负荷密度的持续增长，电网的联系越来越紧密，许多区域电网特别是发达地区电网的短路电流水平已经逼近甚至超过断路器的最大遮断容量，需采取有效措施进行限制。在实际运行中，由于新设备投产、电压水平变化等原因，使得在规划或者设计时已经接近极限的母线和线路的短路电流可能会超过断路器的额定遮断容量。以往，按照最大短路电流计算原则校核各点的短路电流，发现超标时，通过运行方式人员的经验人工改变电网结构，生成多种运行方式来限制短路电流，从这多种运行方式中筛选出几种可行方案。这种人工设置电网运行方式的工作耗时、耗力、对工作人员要求高而且不能考虑全部的可行方案。
另一方面，目前运行方式处进行短路电流计算的数据均是离线数据，这些数据与当前电网的运行方式是不同的，基于方式使用的离线数据是无法分析当前电网的运行工况的。因此，把在线数据导出离线计算数据格式，并基于在线数据进行仿真分析更能逼近当前电网的运行工况。运行方式处采用基于在线数据的短路电流及辅助决策十分必要。
随着大区电网互联的快速发展，电网的技术水平和复杂程度越来越高，特别是存在电磁环网，电网短路电流水平也日益增高，电网短路电流超标问题已成为各地区电网近年来运行最突出的问题之一，尤其是220kV以上电网的短路电流超标问题。电网短路电流水平超标问题，不但威胁系统的安全、稳定运行，而且直接影响电网运行的经济性。解决短路电流问题有两个方向，一是直接更换一次设备，二是采取限制短路电流的措施。更换一次设备适用于局部短路电流过大的情况，当整个系统短路电流水平提高时，更换一次设备的费用很大，这时应考虑采取限制短路电流的措施，改变电网结构是行之有效的方法。改变电网结构来限制短路电流的方法主要有开断线路、母线分列运行、跳通线路、分区运行等，目前上述方法大多是通过人工调整电网结构来限制短路电流，程序自动实现的较为少见。这些工作完全可以通过计算机来实现，将部分人工经验结合灵敏度分析筛选出各种限制短路电流的措施，根据生成的限流措施自动生成电网的运行方式，并进行潮流和短路电流校核最终确定有效的限流措施。目前国内外还没有短路电流辅助决策的相关研究。发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，基于改变电网结构的限流措施实现，如果当前运行方式下存在短路电流超标问题，则自动分析当前运行方式下厂站接线方式、线路和机组的运行状态，给出拉停线路、母线分裂运行或者停运发电机等辅助决策建议。
能够发现EMS状态估计给出的实时运行方式存在短路电流超标问题，针对存在短路电流超标的运行方式进行辅助决策计算，并向电网调度人员及时提供辅助决策建议。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案
提供一种基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，所述方法包括以下步骤
步骤I :获取在线数据或离线方式数据，并获取物理母线的连接关系，设定电网范围、遮断电流和降低短路电流措施优先级；
步骤2 :计算故障点的开路电压和短路电流，确定电网范围内的短路电流超标点， 并对短路电流超标点进行告警；
步骤3 :针对超标母线，搜索降低短路电流措施；
步骤4 :计算各降低短路电流措施的节点阻抗灵敏度，并根据降低短路电流措施的节点阻抗灵敏度和优先级对降低短路电流措施进行排序；
步骤5 :生成短路电流超标辅助决策，并对短路电流超标辅助决策进行校验。
所述步骤2包括以下步骤
步骤2-1 :计算故障点的开路电压和短路电流；具体过程如下
利用对称分量法实现ABC系统与正负零序系统参数转换；列出正、负、零序网络方程；推导出故障点的边界条件方程；将网络方程与边界条件方程联立求解，求出全网母线分别故障的情况下，流过故障点的开路电压和短路电流；
步骤2-2 :若满足设定范围内所有母线的短路电流Iscbus大于故障点短路电流的遮断电流Ib。，即可确定此故障点为电流超标点，并对短路电流超标点进行告警。
所述故障点的开路电压表达式为
权利要求
1.一种基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 步骤I :获取在线数据或离线方式数据，并获取物理母线的连接关系，设定电网范围、遮断电流和降低短路电流措施优先级； 步骤2 :计算故障点的开路电压和短路电流，确定电网范围内的短路电流超标点，并对短路电流超标点进行告警； 步骤3 :针对超标母线，搜索降低短路电流措施； 步骤4:计算各降低短路电流措施的节点阻抗灵敏度，并根据降低短路电流措施的节点阻抗灵敏度和优先级对降低短路电流措施进行排序； 步骤5 :生成短路电流超标辅助决策，并对短路电流超标辅助决策进行校验。
2.根据权利要求I所述的基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，其特征在于所述步骤2包括以下步骤 步骤2-1 :计算故障点的开路电压和短路电流；具体过程如下 利用对称分量法实现ABC系统与正负零序系统参数转换；列出正、负、零序网络方程；推导出故障点的边界条件方程；将网络方程与边界条件方程联立求解，求出全网母线分别故障的情况下，流过故障点的开路电压和短路电流； 步骤2-2:若满足设定范围内所有母线的短路电流Israus大于故障点短路电流的遮断电流Ib。，即可确定此故障点为电流超标点，并对短路电流超标点进行告警。
3.根据权利要求2所述的基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，其特征在于所述故障点的开路电压表达式为
4.根据权利要求3所述的基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，其特征在于所述开路电压和短路电流的计算支持同步发电机模型、可设定比例的马达和恒阻抗复合模型、η型等值电路模型、两绕组变压器模型和三绕组变压器模型。
5.根据权利要求I所述的基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，其特征在于所述步骤3中，降低短路电流措施包括 O拉停线路在不严重影响系统可靠性的前提下，拉停某些线路，增大电网的等值阻抗，抑制短路电流； 2)母线分裂运行打开母线联络开关，使变压器分裂运行，可以增大系统阻抗，降低短路电流； 3)500kV线路出串运行即当厂站500kV侧采用一台半断路器的接线方式时，采用连接两侧母线的断路器断开，中间断路器闭合，增大系统阻抗，降低短路电流； ·4 )停运发电机发电机提供短路电流的大小取决于其机端电压和其对短路点的转移阻抗，降低短路电流。
6.根据权利要求I所述的基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，其特征在于所述步骤4中采用并行计算平台对降低短路电流措施进行任务分配和调度，进而计算节点阻抗灵敏度，并根据降低短路电流措施的节点阻抗灵敏度和优先级进行排序； 所述并行计算平台由管理节点服务器和计算节点服务器组成，采用适合电力系统分析计算特点的并行计算技术实现；管理节点进行数据交换、计算任务调度、结果回收汇总和计算软件接口 ；计算节点为各类计算进程提供并行计算的环境和控制。
7.根据权利要求6所述的基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，其特征在于所述并行计算平台对降低短路电流措施进行任务分配和调度过程如下 1)并行计算平台采用预分配优先、动态分配补充的任务管理策略，根据不同的并行计算需要选择恰当的调度机制，提高系统的通信效率和整体并行计算的速度； 2)并行计算平台采用UDP/IP物理、逻辑组播和单播技术，实现可靠高效的内部数据通信机制，提供平台内跨节点的数据交换和集成服务； 3)并行计算平台采用分时控制的机制，对各类计算任务进行有序管理，简化计算任务的调度，保证计算结果传输的准确性和完整性，提高系统的稳定性和工作效率； 4)并行计算平台提供标准的并行化接口，保证计算软件能方便地实现自身计算任务的并行化处理，平台应提供任务预分配和任务动态分配两种方式的并行化接口，保证实现任务调度和并行计算。
8.根据权利要求I或6所述的基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，其特征在于根据新形成的电网运行方式数据，计算节点阻抗矩阵，并计算节点阻抗灵敏度，所述节点阻抗灵敏度表征为网架结构变化前后自阻抗幅值的变化量与网架结构变化前自阻抗幅值的比值，其表达式为
9.根据权利要求I或6所述的基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，其特征在于分别对用户设定的降低短路电流措施优先级和各降低短路电流措施的节点阻抗灵敏度乘以相应的权重并求和，得到所有降低短路电流措施的有效系数，按照有效系数从大到小对降低短路电流措施进行排序。
10.根据权利要求I所述的基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，其特征在于所述步骤5中，根据节点阻抗灵敏度筛选降低短路电流措施，并对筛选后的降低短路电流措施进行组合，生成短路电流超标辅助决策，并对短路电流超标辅助决策中的短路电流、热稳定和暂态稳定进行校验。
全文摘要
本发明提供一种基于节点阻抗灵敏度的短路电流超标辅助决策方法，包括以下步骤获取在线数据或离线方式数据，并获取物理母线的连接关系，设定电网范围、遮断电流和降低短路电流措施优先级；计算故障点的开路电压和短路电流，确定电网范围内的短路电流超标点，并对其进行告警；针对超标母线，搜索降低短路电流措施；计算各降低短路电流措施的节点阻抗灵敏度，并对降低短路电流措施进行排序；生成短路电流超标辅助决策，并对短路电流超标辅助决策进行校验。本发明基于改变电网结构的限流措施实现，如果当前运行方式下存在短路电流超标问题,则自动分析厂站接线方式、线路和机组的运行状态，给出辅助决策建议。
文档编号G06F19/00GK102982230SQ20121041905
公开日2013年3月20日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者鲁广明, 严剑峰, 于之虹, 胡建勇, 黄彦浩, 史东宇, 吕颖, 丁平, 邱健, 江兴凌, 陆俊, 蔡顺有, 曹学书, 高强, 王天琪, 李刚, 刘宇星, 高波, 谢梅, 牛琳琳, 刘钊呈, 李伟, 何春江 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司