快速开断线路限制短路电流的方法研究

快速开断线路限制短路电流的方法研究 主要内容 开断线路限制短路电流的意义 随着电力系统规模的不断发展 短路电流超标已成为电力系统规划 设计 运行面临的重大问题 人们对电网输电容量的需求和电网短路容量的不足形成尖锐的矛盾 目前常用的限流措施如提高电压等级 采用限流电抗器等需要增加设备投资 有些措施工期较长 影响供电可靠性 开断线路调整电网结构简单易行且限制短路电流效果显著 充分利用了现有的资源 无需增加投资 CompanyLogo 开断线路限制短路电流的数学模型 开断线路限制短路电流的原则是尽量保持原有网架的完整性 通过断开尽可能少的线路 取得最大的限流效果 因此以开断线路条数最少为目标函数的断线模型可描述为 开断线路限制短路电流的数学模型 CompanyLogo 电力系统短路电流的工程计算元件模型方面 忽略发电机 变压器和输电线路的电阻 不计输电线路电容 略去变压器励磁电流 忽略负荷影响 标么参数方面 所有母线的电压标么值取1 变压器的标么变比取1 在以上假设条件下 约束条件 5 可写为 模型的求解 启发式算法求解的基本思路电网中开断线路 会增大所有节点的自阻抗 但是各个节点的自阻抗增大程度却不相同 对关注的超标最严重的节点 系统中一定有一条线路 当开断此线路时会使关注节点的自阻抗增大的最大 断开此线路可以最大限度的降低超标节点的短路电流 开断线路后可能产生的线路功率约束和电压相角约束可用直流断线潮流分析 求解过程可概括为 寻找超标最严重的节点 开断阻抗灵敏度最大且开断后系统满足线路功率约束和电压相角约束的线路 重复此过程直到所有节点短路电流满足要求为止 CompanyLogo 模型的求解 CompanyLogo 阻抗灵敏度的计算 AM为一个链支和原网络连接情况有关的列向量 链支首端所连节点为1 尾端所连节点为 1 阻抗灵敏度的计算公式 自阻抗的变化 模型的求解 直流断线潮流直流潮流是线性关系式 在节点注入功率不变的情况下 可以直接得到开断线路l后各节点相角的增量为 CompanyLogo 开断线路后的相角 开断l后对任意线路b l 设其首尾节点分别为m n 线路b的潮流为 模型的求解 CompanyLogo 输电线路负载率 考虑到实际系统中负荷的波动和线路负载过重引起的安全性变差等问题 在追求限流效果的同时希望开断此线路引起的系统其他线路负载率尽量小 取判别参数 lk值越大表示切断线路l对节点k的限流效果越好且将开断线路引起的其它线路负载增重的情况降低到最小 综上 对于短路电流超标最严重的节点k 可以求出所有线路的 lk lk最大的线路即为要切除的线路 模型的求解 CompanyLogo 求解流程图 模型的求解 求解过程中应注意的问题与发电机相连的线路 如果切除会使发电机脱离系统 造成系统解裂对系统影响较大 故不应对这些线路切除 系统中的支路可能包含双回线路 对该支路的每一回线路应单独考虑 即它们可以独立的开断 若某母线只有两条出线 即两条线路是串联的 则这两条线路对其他所有母线的灵敏度相同 可以只分析其中的一条 为了提高计算速度 可以只对灵敏度较高的几条线路进行断线潮流分析 只求出这几条线路的判别参数 lk CompanyLogo 算例分析 5节点系统计算结果短路电流超标最严重的节点 1 8 379 第一次断线应断开的线路 4 5 断线后超标最严重的节点 1 8 309 第二次断线应断开的线路 2 3 表15节点系统断线过程中短路电流的变化 表25节点系统断线选择过程 算例分析 使用本文的方法对IEEE24节点系统 RTS79 进行了计算 在计算中发电机的次暂态电抗取典型值 各节点的短路电流限值取为12kA CompanyLogo 计算结果系统短路电流超标最严重的节点为1 短路电流为12 7157kA 第一次开断的线路为线路1 节点1 2之间的电缆线路 开断线路1后超标最严重的节点变为节点16 短路电流为12 0027kA 第二次开断的线路为24 节点15 16之间的线路 开断后系统短路电流最大的节点为10 最大值为10 0969kA 短路电流水平满足要求 最优断线组合为线路1 24 结论与展望 建立了目标函数为开断线路最少的数学模型 根据工程实际对模型进行了简化 采用工程上常用的短路电流计算方法处理短路电流约束 采用阻抗灵敏度的分析方法和直流断线潮流模型使求解速度大大增加 适合于大规模电力系统快速找出最优断线组合限制短路电流的情况 CompanyL