專利名稱：一種限制短路電流的串聯(lián)電抗器優(yōu)化配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配置串聯(lián)電抗器限制短路電流的方法，用以提高制定配置方案的效 率，同時(shí)通過對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變量的約束確保采用配置方案后系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。屬于電力系 統(tǒng)運(yùn)行與規(guī)劃領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大以及大容量發(fā)電機(jī)的不斷投入，重要的500kV樞 紐變電站高壓側(cè)三相短路電流已經(jīng)面臨著超過斷路器遮斷電流的威脅，嚴(yán)重降低了系統(tǒng)抗 風(fēng)險(xiǎn)能力和調(diào)度靈活性。目前，可以用來限制500kV超高壓系統(tǒng)三相短路電流的方法分為 兩類，一類是調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，另一類是加裝限流設(shè)備。調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的措施包括發(fā)展更高 電壓等級(jí)電網(wǎng)、采用直流輸電、電網(wǎng)分層分區(qū)、母線分段運(yùn)行、環(huán)網(wǎng)解環(huán)等。其中前兩種措施 能從根本上解決短路電流過大問題，但是這些措施從開始設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用需要較長(zhǎng)時(shí)間， 而且投資巨大。后三種措施相對(duì)簡(jiǎn)單，易于應(yīng)用，但是會(huì)對(duì)系統(tǒng)供電可靠性和穩(wěn)定性帶來 不利影響?；谝陨显颍F(xiàn)在主要采用加裝限流設(shè)備的方法限制短路電流。限流設(shè)備包 括串聯(lián)電抗器，電力電子故障限流器和超導(dǎo)故障限流器。故障限流器的技術(shù)還不成熟，對(duì) 于超高壓電網(wǎng)還無成品設(shè)備，而串聯(lián)電抗器的制造技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并成功應(yīng)用在巴西、 美國、中國上海等地。綜合多種限流措施，采用串聯(lián)電抗器限制500kV母線三相短路電流是 一種經(jīng)濟(jì)可靠且有效的措施。串聯(lián)電抗器雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、無需控制、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格 仍較為昂貴，而且會(huì)增加系統(tǒng)有功損耗、增長(zhǎng)電氣距離、降低受端母線電壓、并對(duì)電網(wǎng)暫態(tài) 穩(wěn)定性帶來不利影響，所以系統(tǒng)中不宜加裝過多串抗器。尤其當(dāng)系統(tǒng)中存在多條母線短路 電流超標(biāo)時(shí)，對(duì)串抗器進(jìn)行優(yōu)化配置，減少加裝串抗器的數(shù)量和阻抗顯得格外重要。傳統(tǒng)配置方法的制定主要依靠經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)的試驗(yàn)，效率低，而且無法把握全局效 果。目前已經(jīng)提出的串聯(lián)電抗器優(yōu)化配置算法將限制短路電流問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)非線性規(guī)劃 問題進(jìn)行求解。由于模型的非線性，求解方法一般采用遺傳算法、粒子群算法等現(xiàn)代進(jìn)化算 法。但是目前的所有串聯(lián)電抗器優(yōu)化算法并沒有在優(yōu)化過程中計(jì)及暫態(tài)穩(wěn)定約束，而是通 過對(duì)優(yōu)化結(jié)果的穩(wěn)定性校驗(yàn)判斷配置方案是否滿足穩(wěn)定性的要求。若不滿足穩(wěn)定性要求， 則需要修改串抗器容量范圍，重新進(jìn)行優(yōu)化。這一過程往往需要依賴于實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，增加 了工作量。所以這種不考慮穩(wěn)定約束的串抗器優(yōu)化配置算法并不全面，在優(yōu)化過程中計(jì)及 暫態(tài)穩(wěn)定性是十分必要的。而且現(xiàn)代優(yōu)化算法(如，粒子群算法、遺傳算法等)存在全局尋 優(yōu)性不足的缺點(diǎn)，優(yōu)化結(jié)果可能會(huì)是局部最優(yōu)解，并不能保證優(yōu)化結(jié)果為理論最優(yōu)解。因此 采用確定性優(yōu)化算法進(jìn)行求解顯得十分有意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)國內(nèi)電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)多母線同時(shí)短路電流超標(biāo)的情況，結(jié)合暫態(tài)穩(wěn) 定裕度快速計(jì)算方法(BCU法)，提出考慮暫態(tài)穩(wěn)定裕度的串聯(lián)電抗器優(yōu)化配置模型。同時(shí)結(jié)合待加裝串抗器線路擬靈敏度和串抗器對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性影響的特點(diǎn)，分別篩選安裝串抗器 線路范圍和暫態(tài)穩(wěn)定分析故障線路范圍，縮小計(jì)算規(guī)模，并采用確定性優(yōu)化算法一改進(jìn) 分支定界法加以求解。通過在實(shí)例中的應(yīng)用，所得方案滿足設(shè)計(jì)的要求。與目前已經(jīng)提出 的方法相比，充分考慮了串聯(lián)電抗器對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，而且根據(jù)靈敏度將改進(jìn)分 支定界法的計(jì)算規(guī)模降低到合適的范圍，得到理論最優(yōu)解，避免了遺傳算法、粒子群算法等 現(xiàn)代進(jìn)化算法求解得到局部最優(yōu)解。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種限制短路 電流的串聯(lián)電抗器優(yōu)化配置方法，步驟包括1)計(jì)算目標(biāo)系統(tǒng)母線三相短路電流值，根據(jù)母線安裝斷路器的最大遮斷電流，確 定超標(biāo)母線，并設(shè)定限流目標(biāo)；2)建立加裝串聯(lián)電抗器模型的目標(biāo)系統(tǒng)，將配置串聯(lián)電抗器總成本設(shè)為目標(biāo)函 數(shù)，將短路電流、母線電壓和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度作為約束變量，設(shè)定在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的范圍 內(nèi)；其中系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度根據(jù)基于主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)法即BCU法快速求得；3)粗略計(jì)算超標(biāo)母線短路電流對(duì)與之相連線路阻抗的擬靈敏度，剔除限流效果不 佳的線路，并構(gòu)造線路搜索順序表；4)根據(jù)串抗器對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)篩選策略，選擇出需要進(jìn)行暫 態(tài)穩(wěn)定分析的故障線路；5)采用改進(jìn)分支定界法優(yōu)化配置串聯(lián)電抗器，得到滿足設(shè)定約束條件且總成本最 低的串聯(lián)電抗器配置方案；所述步驟2)中，串聯(lián)電抗器模型是，假設(shè)與超標(biāo)母線相連的線路上都加裝了串聯(lián) 電抗器；當(dāng)加裝串抗器阻抗值Δ Zij等于0時(shí)，表示線路上未配置串抗器；當(dāng)加裝串抗器阻 抗值Δ Zij大于0時(shí)，表示線路上配置串抗器，串抗器阻抗為Δ Zij ；對(duì)于雙回線或三回線，若 需加裝串聯(lián)電抗器，則每一回線都需要加裝串抗器，且阻抗值必須相同；串抗器模型如公式(1)Min F(X)S. t. G(x) = 0(1)，H(X) <0式中，F(xiàn)(X)表示目標(biāo)函數(shù)，G(X)表示等式約束，H(X)表示不等式約束；1.1)目標(biāo)函數(shù) F(X)優(yōu)化配置串聯(lián)電抗器包括選擇合適的安裝地點(diǎn)和相應(yīng)串抗器阻抗值，通過配置串 抗器的總成本來評(píng)價(jià)配置方案。投入總成本包括串抗器的設(shè)備成本和安裝成本。串抗器設(shè)備成本近似與串抗器的 阻抗值成正比，串抗器的安裝成本與串抗器的配置數(shù)量成正比，則目標(biāo)函數(shù)采用成本系數(shù) 表示，如式(2)所示/ = Ε *ΝΓυ+82*^χ,(2),式中，gl表示單臺(tái)串抗器安裝成本系數(shù)，g2表示單位Ω串抗器的制造成本系數(shù)， Xi表示第i條線路安裝的串抗器阻抗值，Ncli表示安裝串抗器的臺(tái)數(shù)；實(shí)際成本就在成本系數(shù)之和的基礎(chǔ)上乘以當(dāng)前單位成本系數(shù)的花費(fèi)
F = k*f式中，k表示單位成本系數(shù)的花費(fèi)。1.2)等式約束 G(X)等式約束條件是指系統(tǒng)狀態(tài)量滿足潮流方程，如式(3)所示
權(quán)利要求
1. 一種限制短路電流的串聯(lián)電抗器優(yōu)化配置方法，其特征是步驟包括1)計(jì)算目標(biāo)系統(tǒng)母線三相短路電流值，根據(jù)母線安裝斷路器的最大遮斷電流，確定超 標(biāo)母線，并設(shè)定限流目標(biāo)；2)建立加裝串聯(lián)電抗器模型的目標(biāo)系統(tǒng)，將配置串聯(lián)電抗器總成本設(shè)為目標(biāo)函數(shù)，將 短路電流、母線電壓和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度作為約束變量，設(shè)定在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的范圍內(nèi)；其 中系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度根據(jù)基于主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)法即BCU法快速求得；3)粗略計(jì)算超標(biāo)母線短路電流對(duì)與之相連線路阻抗的擬靈敏度，剔除限流效果不佳的 線路，并構(gòu)造線路搜索順序表；4)根據(jù)串抗器對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)篩選策略，選擇出需要進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn) 定分析的故障線路；5)采用改進(jìn)分支定界法優(yōu)化配置串聯(lián)電抗器，得到滿足設(shè)定約束條件且總成本最低的 串聯(lián)電抗器配置方案；所述步驟2)中，串聯(lián)電抗器模型是，假設(shè)與超標(biāo)母線相連的線路上都加裝了串聯(lián)電抗 器；當(dāng)加裝串抗器阻抗值A(chǔ)zij等于O時(shí)，表示線路上未配置串抗器；當(dāng)加裝串抗器阻抗值 Azij大于O時(shí)，表示線路上配置串抗器，串抗器阻抗為Δ Zij;對(duì)于雙回線或三回線，若需加 裝串聯(lián)電抗器，則每一回線都需要加裝串抗器，且阻抗值必須相同； 串抗器模型如公式(1) Min F(x)s. t. G(x) =O (1)， H(x) < 0式中，F(xiàn)(X)表示目標(biāo)函數(shù)，G(X)表示等式約束，H(X)表示不等式約束；1.1)目標(biāo)函數(shù)F(X)優(yōu)化配置串聯(lián)電抗器包括選擇合適的安裝地點(diǎn)和相應(yīng)串抗器阻抗值，通過配置串抗器 的總成本來評(píng)價(jià)配置方案。投入總成本包括串抗器的設(shè)備成本和安裝成本。串抗器設(shè)備成本近似與串抗器的阻抗 值成正比，串抗器的安裝成本與串抗器的配置數(shù)量成正比，則目標(biāo)函數(shù)采用成本系數(shù)表示， 如式(2)所示
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種限制短路電流的串聯(lián)電抗器優(yōu)化配置方法，其特征是所 述步驟3)中的擬靈敏度是采用攝動(dòng)法粗略計(jì)算，方法是，在與超標(biāo)母線相連的不同線路上分別加裝相同阻抗的串抗器，并求得加裝串抗后該母 線的短路電流；然后利用公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種限制短路電流的串聯(lián)電抗器優(yōu)化配置方法，其特征是所 述步驟4)中，篩選策略是，首先不考慮系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，優(yōu)化配置串聯(lián)電抗器，計(jì)算得到最優(yōu)配置方案；然后利用 BCU法計(jì)算系統(tǒng)所有線路的臨界切除時(shí)間CCT ；若所有線路滿足CCT要求，則所得配置方案 就是最終配置方案，若有線路不滿足CCT要求，則采用考慮系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定約束的優(yōu)化配置 串聯(lián)電抗器算法，即考慮公式(4)中的條件AVksl^X),并根據(jù)如下條件確定穩(wěn)定約束所考 慮線路及故障范圍，4.1)故障時(shí)CCT > 0. 3s的線路不納入穩(wěn)定約束考慮范圍；，4. 2)故障時(shí)穩(wěn)定裕度不足的線路及此故障母線所連接的其它線路，不得與公式(1)沖突；，4. 3)加裝串聯(lián)電抗器的線路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種限制短路電流的串聯(lián)電抗器優(yōu)化配置方法，其特征是所 述步驟5)中，采用改進(jìn)分支定界法優(yōu)化配置串聯(lián)電抗器，步驟包括·5.1)構(gòu)造分支定界法線路搜索順序表首先分別選出與各超標(biāo)母線相連的擬靈敏度最大線路，根據(jù)母線電流超標(biāo)的嚴(yán)重程 度，由重到輕排列；然后再按母線電流超標(biāo)的嚴(yán)重性，將超標(biāo)嚴(yán)重的母線相連的其它線路按 照擬靈敏度從強(qiáng)到弱排列；所述超標(biāo)的嚴(yán)重性標(biāo)準(zhǔn)是由使用者依據(jù)需要設(shè)定；，5. 2)采用較大步長(zhǎng)分支定界法進(jìn)行優(yōu)化在電抗值逐漸增加的方向上搜索，在滿足短路電流要求的前提下進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定裕度計(jì) 算；確定分支定界法搜索步長(zhǎng)，步長(zhǎng)的確定與計(jì)算規(guī)模相關(guān)，其中，步長(zhǎng)越小，優(yōu)化結(jié)果的精度越大，計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)， 步長(zhǎng)越大，優(yōu)化結(jié)果的精度越小，計(jì)算時(shí)間越短，所以步長(zhǎng)應(yīng)取計(jì)算 時(shí)間可接受前提下的最小步長(zhǎng)；通過分支定界法優(yōu)化得到大步長(zhǎng)最優(yōu)解，短路電流約束作 為下界，暫態(tài)穩(wěn)定約束作為上界；·5. 3)在以大步長(zhǎng)最優(yōu)解為中心、大步長(zhǎng)為半徑的范圍內(nèi)，重新確定步長(zhǎng)；由于搜索范 圍變小，可以在保證計(jì)算規(guī)模合理的前提小減小步長(zhǎng)，再次采用分支定界法進(jìn)行優(yōu)化，逐次 進(jìn)行，直至步長(zhǎng)滿足精度的要求。
全文摘要
本發(fā)明提出一種限制短路電流的串聯(lián)電抗器優(yōu)化配置方法，該方法將配置串聯(lián)電抗器的經(jīng)濟(jì)成本作為目標(biāo)函數(shù)，其中包括串聯(lián)電抗器的制造成本和串聯(lián)電抗器安裝及配套設(shè)備成本，分別采用經(jīng)典短流電流計(jì)算算法和基于主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)法求解母線三相短路電流和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度，并為短路電流、暫態(tài)穩(wěn)定裕度和母線電壓設(shè)定相應(yīng)的約束條件以滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求。本技術(shù)方案有效解決了將暫態(tài)穩(wěn)定裕度納入約束條件后計(jì)算過大不可實(shí)現(xiàn)問題，從而提出了滿足系統(tǒng)運(yùn)行的限流方案，彌補(bǔ)了國內(nèi)在這一領(lǐng)域的空白，同時(shí)具有較高的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H02J3/00GK102148497SQ20111010799
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者吳熙, 茅嘉毅, 蔣平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)