[发明专利]一种基于关联矩阵的矿井高压供电系统自动短路计算方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于关联矩阵的矿井高压供电系统自动短路计算方法。

背景技术

35kV以上的电力网中存在多个电源，属于复杂闭式电网，短路计算较为复杂；而矿井高压供电系统为6kV或10kV等级，两个电源应采用分列运行方式，或者是一路使用一路备用，属于单电源开式电网，其短路计算可采用比较简单的绝对值法或相对值法。

针对矿井高压供电系统完成自动短路计算需要首先获取高压供电系统的网络拓扑结构，依据获取的网络拓扑结构使用绝对值法或相对值法完成自动短路计算功能。当前，已有的矿井高压供电系统自动短路计算方法主要是基于深度搜索或广度搜索算法完成连通性分析，获得矿井高压供电系统的网络拓扑结构，以此为基础实现供电系统的自动短路计算功能。这种方法需要建立反映拓扑结构的链表，通过处理链表实现拓扑分析，其不可避免采用递归的实现形式，因此编程和维护较复杂，效率较低。

本发明提出的一种基于关联矩阵的矿井高压供电系统自动短路计算方法通过获得支路节点和支路节点的关联矩阵构造矿井高压供电系统的网络拓扑模型，能够很方便地完成矿井高压供电系统供电网络的拓扑辨识, 并以此为基础实现自动短路计算功能。具有方法简单、效率高等特点。

发明内容

附图1为某矿井局部高压供电系统图，用黑色填充的支路节点为分闸状态，未填充的支路节点为合闸状态；针对附图1所示的矿井局部高压供电系统，依据每条支路节点直接控制的供电线路建立支路节点-供电线路邻接表T；通过该邻接表，可以依据相应的支路节点编号查询到其直接控制的供电线路基本参数，包括供电线路长度、供电线路型号、单位电阻和单位电抗信息；并设置矿井高压供电系统最大运行方式下的系统电抗和最小运行方式下的系统电抗；设置矿井高压供电系统的电源支路节点，电源支路节点是指由上级供电部门直接供电的支路节点；在附图1的矿井局部高压供电系统中，电源支路节点为(1)、(2)、(3)和(4)。

针对矿井高压供电系统，以变电所母线为母线节点、以高压出线开关连接的支路作为支路节点，如果母线节点有m个，支路节点有n个，则依据矿井高压供电系统图中电气设备之间的连接关系生成母线节点和支路节点的关联矩阵A（m行n列，以母线节点顺序号为行号，以支路节点顺序号为列号）和B（n行m列，以支路节点顺序号为行号，以母线节点顺序号为列号），具体步骤如下：

（1）在生成关联矩阵A的过程中，如果母线节点1是由支路节点(1)供电的，则母线节点1和支路节点(1)在关联矩阵中A相应的位置为1，否则为0；

（2）在生成关联矩阵B的过程中，如果支路节点(1)是由母线节点1供电的，则支路节点(1)和母线节点1在关联矩阵B中相应的位置为1，否则为0；

（3）附图1所示的矿井局部高压供电系统生成的关联矩阵A和B分别为：

，。

依据单向图的连通性，计算支路节点与支路节点供电关系的关联矩阵E（n行n列），在矩阵E中可以描述某支路节点是由哪些支路节点供电的，如果某支路节点i（行号）由支路节点j（列号）供电，则相应位置为1，反之则相应位置为0；同时，在完成矩阵运算时，将矩阵元素与矩阵元素乘法运算定义为二进制与运算，将矩阵元素与矩阵元素的加法运算定义为二进制或运算；具体计算步骤如下：

（1）依据支路节点上出线开关的分合闸状态，生成支路节点开关状态矢量S，S包含n个元素；在S中，开关状态合闸，对应元素值为1；反之，则为0；则附图1所示的矿井局部高压供电系统的开关状态；

（2）将S中的每个元素和矩阵A中每行的n个元素进行与运算后得到母线节点和支路节点的关联矩阵NA（m行n列）；将S中的每个元素和矩阵B中每列的n个元素进行与运算后得到支路节点和母线节点的关联矩阵NB（n行m列）；则在附图1所示的矿井局部高压供电系统中，关联矩阵 ，；

（3）依据单向图的连通性，将关联矩阵NB和关联矩阵NA做乘法运算，得到原始的第1级支路节点与支路节点供电关联矩阵C；则在附图1所示的矿井局部高压供电系统中，关联矩阵；