故障限流器对电压暂降的影响分析及其优化配置研究

摘要

随着电力系统负荷的增加，电网规模的不断扩张，短路电流迅速地增大，为了限制短路电流造成的种种危害，国内外科研部门研制出了各种类型的故障限流器，为解决因短路造成的问题提供了新的思路。与此同时，经济和科学技术的高速发展，使得电网中不断地接入新型负荷，这些负荷对电压暂降非常敏感，为了降低由电压暂降引起的各种损失，供电部门和用户正在积极寻找各种措施。电压暂降主要是由短路故障引起，故障限流器可以有效地限制短路电流，同时也会对电压暂降起到缓解作用。全面分析故障限流器对电压暂降产生的影响，并通过合理的配置故障限流器的参数来充分发挥其在电压暂降抑制方面的作用是本文的研究重点。
　　故障限流器在电网中所起到的作用依赖于三个参数:安装位置，限流阻抗值和动作电流阀值。本文首先分别分析了在简单的辐射型电网和环型电网中，不同的故障限流器的参数对电压暂降幅值的影响。通过理论和仿真分析，全面认识了故障限流器在电压暂降抑制方面的作用，分析了在某些情况下对电压暂降起不利影响的原因并提出了解决措施。
　　接下来分析了复杂电网中故障限流器对电压暂降的影响，推导了含故障限流器的电压暂降计算方法。故障限流器接入到电网中，改变了系统在故障状态下的参数，在求解电压暂降对线路上故障距离的关系式时进行了节点阻抗矩阵的修改。在故障限流器全相动作计算电压暂降时，考虑了故障限流器在线路上具体的安装位置对计算的影响。当故障限流器非全相动作时，系统在故障时的参数不对称，采用了多端口网络方程的计算方法，将故障限流器的安装处视为一个端口，推导了边界方程，并利用混合参数矩阵形成了包含故障端口和故障限流器端口的多端口网络方程，将多端口网络方程和边界方程联立求解得出各母线电压暂降幅值与线路故障距离的关系。随后利用推导的含故障限流器的电压暂降计算方法，研究了含故障限流器的电压暂降凹陷域的确定方法，通过算例分析形成电压暂降凹陷域，直观地分析了FCL对电压暂降的抑制效果。
　　本文最后提出了考虑电压暂降抑制的故障限流器优化配置方法。建立了以电压暂降幅值和频次综合最优为目标函数，以电网短路电流限制要求和允许投资为约束条件的优化配置模型。故障限流器优化配置问题是一个混合整数非线性规划问题，采用在十进制下改进的离散粒子群算法搜寻最优的安装线路，再利用枚举法确定是安装在该线路的始端还是末端;利用以混沌序列为导向的粒子群算法搜寻最优的阻抗值和动作电流值。最后在IEEE39节点测试系统中利用蒙特卡洛法构建了故障模型，评估了利用本文方法所确定的故障限流器最优配置方案在电压暂降抑制方面的效果，验证了该方法的有效性和实用性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 故障限流器的介绍

1．2．2 故障限流器的主要类型和应用现状

1．2．3 电压暂降分析方法

1．2．4 电压暂降抑制方法

1．2．5 故障限流器优化配置研究

1．3 本文的主要工作

第二章 故障限流器对电压暂降的影响

2．1 引言

2．2 故障限流器的仿真模型

2．3 故障限流器对电压暂降影响机理分析

2．3．1 辐射型电网

2．3．2 环型电网

2．4 小结

第三章 含故障限流器的电压暂降分析方法

3．1 引言

3．2 故障限流器全相动作时电压暂降解析式计算

3．2．1 节点阻抗矩阵的修正

3．2．2 电压暂降解析式

3．3 故障限流器非全相动作时电压暂降解析式计算

3．3．1 故障限流器非全相动作时的等效模型

3．3．2 多端口网络矩阵

3．3．3 任意位置故障时关注节点电压

3．4 含故障限流器的电压凹陷域计算

3．4．1 确定凹陷域的计算方法

3．4．2 算例分析

3．5 小结

第四章 故障限流器的优化配置方法研究

4．1 引言

4．2 故障限流器优化配置模型

4．2．1 蒙特卡洛法

4．2．2 构建优化模型

4．3 基于粒子群算法的优化算法

4．3．1 基本粒子群算法

4．3．2 改进离散粒子群算法

4．3．3 混沌粒子群算法

4．3．4 算法流程

4．4 算例分析

4．5 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文