[发明专利]一种限制短路电流的串联电抗器优化配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及配置串联电抗器限制短路电流的方法，用以提高制定配置方案的效率，同时通过对系统状态变量的约束确保采用配置方案后系统正常稳定运行。属于电力系统运行与规划领域。

背景技术

随着我国电网规模的进一步扩大以及大容量发电机的不断投入，重要的500kV枢纽变电站高压侧三相短路电流已经面临着超过断路器遮断电流的威胁，严重降低了系统抗风险能力和调度灵活性。目前，可以用来限制500kV超高压系统三相短路电流的方法分为两类，一类是调整电网结构，另一类是加装限流设备。调整电网结构的措施包括：发展更高电压等级电网、采用直流输电、电网分层分区、母线分段运行、环网解环等。其中前两种措施能从根本上解决短路电流过大问题，但是这些措施从开始设计到实际应用需要较长时间，而且投资巨大。后三种措施相对简单，易于应用，但是会对系统供电可靠性和稳定性带来不利影响。基于以上原因，现在主要采用加装限流设备的方法限制短路电流。限流设备包括：串联电抗器，电力电子故障限流器和超导故障限流器。故障限流器的技术还不成熟，对于超高压电网还无成品设备，而串联电抗器的制造技术已经非常成熟，并成功应用在巴西、美国、中国上海等地。综合多种限流措施，采用串联电抗器限制500kV母线三相短路电流是一种经济可靠且有效的措施。

串联电抗器虽然具有结构简单、维护方便、无需控制、可靠性高的优点，但其价格仍较为昂贵，而且会增加系统有功损耗、增长电气距离、降低受端母线电压、并对电网暂态稳定性带来不利影响，所以系统中不宜加装过多串抗器。尤其当系统中存在多条母线短路电流超标时，对串抗器进行优化配置，减少加装串抗器的数量和阻抗显得格外重要。

传统配置方法的制定主要依靠经验和反复的试验，效率低，而且无法把握全局效果。目前已经提出的串联电抗器优化配置算法将限制短路电流问题转化为一个非线性规划问题进行求解。由于模型的非线性，求解方法一般采用遗传算法、粒子群算法等现代进化算法。但是目前的所有串联电抗器优化算法并没有在优化过程中计及暂态稳定约束，而是通过对优化结果的稳定性校验判断配置方案是否满足稳定性的要求。若不满足稳定性要求，则需要修改串抗器容量范围，重新进行优化。这一过程往往需要依赖于实际工程经验，增加了工作量。所以这种不考虑稳定约束的串抗器优化配置算法并不全面，在优化过程中计及暂态稳定性是十分必要的。而且现代优化算法(如，粒子群算法、遗传算法等)存在全局寻优性不足的缺点，优化结果可能会是局部最优解，并不能保证优化结果为理论最优解。因此采用确定性优化算法进行求解显得十分有意义。

发明内容

本发明针对国内电力系统可能出现多母线同时短路电流超标的情况，结合暂态稳定裕度快速计算方法(BCU法)，提出考虑暂态稳定裕度的串联电抗器优化配置模型。同时结合待加装串抗器线路拟灵敏度和串抗器对暂态稳定性影响的特点，分别筛选安装串抗器线路范围和暂态稳定分析故障线路范围，缩小计算规模，并采用确定性优化算法——改进分支定界法加以求解。通过在实例中的应用，所得方案满足设计的要求。与目前已经提出的方法相比，充分考虑了串联电抗器对系统暂态稳定性的影响，而且根据灵敏度将改进分支定界法的计算规模降低到合适的范围，得到理论最优解，避免了遗传算法、粒子群算法等现代进化算法求解得到局部最优解。

本发明的技术方案如下：

一种限制短路电流的串联电抗器优化配置方法，步骤包括：

1)计算目标系统母线三相短路电流值，根据母线安装断路器的最大遮断电流，确定超标母线，并设定限流目标；

2)建立加装串联电抗器模型的目标系统，将配置串联电抗器总成本设为目标函数，将短路电流、母线电压和系统暂态稳定裕度作为约束变量，设定在系统稳定运行的范围内；其中系统暂态稳定裕度根据基于主导不稳定平衡点法即BCU法快速求得；

3)粗略计算超标母线短路电流对与之相连线路阻抗的拟灵敏度，剔除限流效果不佳的线路，并构造线路搜索顺序表；

4)根据串抗器对系统暂态稳定性影响的特点，设计筛选策略，选择出需要进行暂态稳定分析的故障线路；

5)采用改进分支定界法优化配置串联电抗器，得到满足设定约束条件且总成本最低的串联电抗器配置方案；