一種基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，包括以下步驟：（1）針對電網(wǎng)中實際發(fā)生的多次故障事件，收集故障相關信息及故障前電網(wǎng)運行方式計算數(shù)據(jù)；（2）基于故障前電網(wǎng)運行方式計算數(shù)據(jù)，計算相應故障形式下的短路電流；（3）建立步驟（2）所得短路電流的修正公式，并確定實際故障電流擬合的目標函數(shù)，采用優(yōu)化算法對修正公式中的參數(shù)進行尋優(yōu)，并進行偏保守的簡約化得到最終的實用計算方案。本發(fā)明較大程度降低系統(tǒng)模型差異對計算結(jié)果的影響，且在已有的設備條件下，能有效降低因系統(tǒng)實際短路電流水平超標導致故障無法及時切除進而引發(fā)系統(tǒng)失穩(wěn)的風險。
【專利說明】—種基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)仿真與計算分析領域，具體涉及一種基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法。
【背景技術】
[0002]短路是指一切不正常的相與相或相與地(對于中性點接地的系統(tǒng))之間發(fā)生通路的情況。引發(fā)短路的原因主要包括:絕緣材料老化，設備自身缺陷，惡劣的氣象條件，帶負荷拉刀閘等人為事故，以及鳥獸跨接在裸露的載流導線上等其他因素。
[0003]短路故障會破壞電力系統(tǒng)的正常運行，主要危害包括:(I)故障點附近支路中會出現(xiàn)比正常值高出很多倍的電流，考慮到電流的電動力效應，導體間將產(chǎn)生很大的機械應力，可能使事故進一步擴大；(2)短路持續(xù)時間較長時，設備可能因過熱而損壞；(3)短路時系統(tǒng)電壓大幅降低，會對電能質(zhì)量要求較高的用戶產(chǎn)生較大影響，甚至可能造成負荷低壓脫扣；(4)短路持續(xù)時間較長時，還可能使系統(tǒng)發(fā)生功角或電壓失穩(wěn)。因此，在實際生產(chǎn)運行中，必須依靠控制保護裝置和斷路器等設備準確、快速地消除或隔離系統(tǒng)中的短路故障。
[0004]近十年，作為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展重要支柱的電力工業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不斷加強，總裝機水平不斷提高。與此同時，交流系統(tǒng)短路電流水平也逐年攀升，逐漸逼近部分關鍵在役設備(如交流斷路器、熔斷器等)的正常工作范圍邊界，導致短路電流水平控制的壓力較大。此外，隨著短路電流水平的整體提高，電網(wǎng)中其他相關設備及控制保護功能也會帶來一定的運行風險。為合理有效地評估此類風險，輔助電網(wǎng)規(guī)劃設計、生產(chǎn)運行、設備制造、科技研發(fā)等決策，防止過分樂觀或保守的結(jié)論，必須準確計算交流系統(tǒng)短路電流水平。
[0005]交流系統(tǒng)短路電流一般包含由電源激勵的周期性分量(交流分量)和短路瞬間電流不能突變產(chǎn)生的非周期性分量(直流分量)兩種，由于系統(tǒng)中電阻的存在，非周期性分量將逐漸衰減至零。對于常規(guī)斷路器，設計制造時一般已經(jīng)考慮了一定的直流開斷能力，僅用短路電流的周期性分量來表征其額定開斷電流，故在計算系統(tǒng)短路電流時，一般只針對周期性分量。
[0006]短路電流周期性分量計算的基本方法如下:利用對稱分量法實現(xiàn)ABC系統(tǒng)與正負零序系統(tǒng)的參數(shù)轉(zhuǎn)換，從而得出系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡方程，并結(jié)合故障點的邊界條件方程，聯(lián)立求解出故障點的短路電流和其他相關信息。由此衍生出一種簡便快捷的計算方法一正序等效定則。
[0007]目前，基于此定則開發(fā)的短路電流計算程序已廣泛應用于電力系統(tǒng)規(guī)劃設計和生產(chǎn)運行中?？紤]到系統(tǒng)運行方式(開機方式、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、電壓水平等)的多樣性，以及仿真計算模型與實際系統(tǒng)的差異，利用短路電流計算程序所得的結(jié)果會與實際存在偏差。當系統(tǒng)短路電流水平已接近斷路器等設備的正常工作邊界時，這種偏差可能影響設備選型、系統(tǒng)運行方式安排決策等，降低電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性，特別是偏差為負(計算結(jié)果小于實際)的情況下，可能導致系統(tǒng)無法及時切除故障，嚴重時可能導致系統(tǒng)失穩(wěn)、電網(wǎng)大面積停電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，本發(fā)明基于電網(wǎng)實際生產(chǎn)運行中出現(xiàn)的多次短路故障，利用故障前運行方式計算數(shù)據(jù)和故障信息計算得到短路電流，并采用優(yōu)化算法計算已建立的修正規(guī)則中的參數(shù)，從而形成最終的實用計算方案。
[0009]本發(fā)明的技術方案是:
[0010]本發(fā)明基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，包括以下步驟:
[0011](I)針對電網(wǎng)中實際發(fā)生的多次故障事件，收集故障相關信息及故障前電網(wǎng)運行方式計算數(shù)據(jù)；
[0012](2)基于故障前電網(wǎng)運行方式計算數(shù)據(jù)，計算相應故障形式下的短路電流；
[0013](3)建立步驟(2)所得短路電流的修正公式，并確定實際故障電流擬合的目標函數(shù)，采用優(yōu)化算法對修正公式中的參數(shù)進行尋優(yōu)，并進行偏保守的簡約化得到最終的實用
計算方案。
[0014]上述故障相關信息包括故障類型、故障位置、故障電流大小。 [0015]上述步驟(1)中收集故障前電網(wǎng)運行方式計算數(shù)據(jù)時，應根據(jù)電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)記錄的事故前電網(wǎng)運行方式信息，校核和調(diào)整電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、開機方式、負荷水平等與實際保持—致。
[0016]上述電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)包括有能量管理系統(tǒng)、廣域測量系統(tǒng)。
[0017]上述步驟(2)中計算故障情況下的短路電流時，直接采用電力系統(tǒng)短路電流計算掃描程序，并將計算條件設置為“不基于潮流”。
[0018]上述步驟(3)中對步驟(2)所得短路電流的修正方法為線性修正，具體公式如下:
[0019]Ie = Ic X K+Λ I
[0020]式中:1。為短路電流掃描程序計算結(jié)果，K為電流修正系數(shù)，Λ I為電流偏差修正量，Ie為修正后的短路電流。
[0021]上述步驟(3)中實際故障電流擬合需遵循如下兩個原則:(a)所有故障的短路電流計算結(jié)果均不低于實測值；(b)短路電流計算結(jié)果相對于實測值的誤差盡量小。
[0022]上述步驟(3)中根據(jù)實際故障電流擬合需遵循的兩個原則，確定參數(shù)優(yōu)化的目標函數(shù)如下:
【權利要求】
1.一種基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，其特征在于包括以下步驟: (1)針對電網(wǎng)中實際發(fā)生的多次故障事件，收集故障相關信息及故障前電網(wǎng)運行方式計算數(shù)據(jù)； (2)基于故障前電網(wǎng)運行方式計算數(shù)據(jù)，計算相應故障形式下的短路電流；(3)建立步驟(2)所得短路電流的修正公式，并確定實際故障電流擬合的目標函數(shù)，采用優(yōu)化算法對修正公式中的參數(shù)進行尋優(yōu)，并進行偏保守的簡約化得到最終的實用計算方案。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，其特征在于上述故障相關信息包括故障類型、故障位置、故障電流大小。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，其特征在于上述步驟(1)中收集故障前電網(wǎng)運行方式計算數(shù)據(jù)時，應根據(jù)電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)記錄的事故前電網(wǎng)運行方式信息，校核和調(diào)整電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、開機方式、負荷水平等與實際保持一致。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，其特征在于上述電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)包括有能量管理系統(tǒng)、廣域測量系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求1 所述的基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，其特征在于上述步驟(2)中計算故障情況下的短路電流時，直接采用電力系統(tǒng)短路電流計算掃描程序，并將計算條件設置為“不基于潮流”。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，其特征在于上述步驟(3)中對步驟(2)所得短路電流的修正方法為線性修正，具體公式如下:
Ie = ICXK+A I 式中:1。為短路電流掃描程序計算結(jié)果，K為電流修正系數(shù)，Δ I為電流偏差修正量，Ie為修正后的短路電流。
7.根據(jù)權利要求1至6任一項所述的基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，其特征在于上述步驟(3)中實際故障電流擬合需遵循如下兩個原則:(a)所有故障的短路電流計算結(jié)果均不低于實測值；(b)短路電流計算結(jié)果相對于實測值的誤差盡量小。
8.根據(jù)權利要求7所述的基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，其特征在于上述步驟(3)中根據(jù)實際故障電流擬合需遵循的兩個原則，確定參數(shù)優(yōu)化的目標函數(shù)如下:
9.根據(jù)權利要求8所述的基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，其特征在于為保證最終的短路電流計算結(jié)果具有一定的偏保守裕度，取實際計算中目標值Isi大于實測值。
10.根據(jù)權利要求9所述的基于實際故障的電力系統(tǒng)短路電流計算方案形成方法，其特征在于上述步驟⑶中優(yōu)化得到參數(shù)K和ΛI后，根據(jù)需要，按照一定規(guī)則對其進行偏保守的簡約處理，并評價處理后的修正公式精度，從而形成最終的實用計算方案。
【文檔編號】G06F19/00GK104036143SQ201410281115
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權日:2014年6月20日
【發(fā)明者】張帆, 趙勇, 蘇寅生, 李智歡, 楊銀國, 譚偉, 錢峰 申請人:南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司, 中國南方電網(wǎng)有限責任公司, 廣東電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心