优化配置串联电抗器限制短路电流的研究及应用

摘要

随着我国系统装机容量不断增大，导致地区枢纽变电站500kV母线三相短路电流超过相应断路器最大遮断电流，给系统的安全稳定运行带来隐患，同时制约了电网及地区经济的发展。加装串联电抗器限制500kV母线短路电流是应对短路电流超标问题的丰要附加措施，但是串联电抗器成本较高而且会增加线路电气距离，系统中不应加装过多串联电抗器。因此，研究优化配置串联电抗器限制多条母线短路电流并保证系统安全稳定运行具有显著的工程价值和现实意义。本文首先提出基于粒子群算法的串联电抗器优化配置算法，并将该方法应用于实际江苏电网，优化所得方案满足限制短路电流和系统安全稳定运行的要求，然后在该方法的基础上结合暂态稳定分析直接法，提出考虑暂态稳定约束的串联电抗器优化配置算法，通过测试系统仿真，所得方案满足系统稳定裕度的要求。本文主要研究内容如下：
　　 (1)分析造成500kV母线短路电流过大的主要原因；归纳常用限流措施，着重比较串联电抗器、电力电子故障限流器和超导故障限流器三类附加限流设备，对比不同限流设备的性能、成本及工程适用性。
　　 (2)提出基于粒子群算法的串联电抗器优化配置算法，分析串联电抗器配置特点建立相应数学模型，研究确立合适的目标函数和约束函数，然后选择采用粒子群算法进行优化，同时结合串联电抗器特点进行改进以提高寻优效率。在测试系统中应用结果证明该方法的可靠性和适用性。
　　 (3)分析江苏规划电网500kV母线短路电流状况，确定超标母线及限流目标。将基于粒子群算法的串联电抗器优化配置算法应用于江苏电网中，得到优化配置方案。根据系统安全稳定运行的要求，校验采用该方案加装串联电抗器后的系统潮流、稳定性及有功网损。
　　 (4)研究常用暂态稳定分析直接法，分析比较PEBS法、BCU法和EEAC法的特点，选择BCU法作为优化配置串联电抗器算法过程中系统暂态稳定性分析算法，并在Matlab软件中编制BCU法程序用于计算系统稳定裕度。测试系统计算结果证明编制BCU法程序的准确性和可靠性。
　　 (5)由于基于粒子群算法的串联电抗器优化配置算法不能充分考虑系统稳定裕度，在该算法的基础上结合暂态稳定分析BCU法，提出考虑暂态稳定约束的串联电抗器优化算法。通过测试系统仿真，与采用粒子群算法串联电抗器优化配置算法所得结果相比，新算法优化所得结果表明该算法满足设计的要求，能够直接得到既满足限制短路电流要求又满足系统稳定性要求的配置方案。