一种利用线路出串运行限制短路电流的分析方法

摘要

本发明涉及一种利用线路出串运行限制短路电流的分析方法，所述方法包括下述步骤：1)计算电网初始运行方式下的阻抗矩阵以及节点短路电流；2)构建线路出串运行对应的等值电路，快速计算不同线路出串运行下节点阻抗变化量；3)选择阻抗变化最大时的出串运行方式，计算对应的短路电流。本发明提供的技术方案应用于电力系统短路电流的分析计算以及短路电流限制方案的快速分析决策。实际运行电网中不同的线路出串运行方式对短路电流的限制效果不同，通过选择合适的线路出串运行方式来有效限制短路电流，为安排电网的运行方式提供帮助，确保电网短路电流不超标。

说明书

技术领域

本发明属于本发明属于电力系统分析计算领域，具体涉及一种利用线路出串运行限 制短路电流的分析方法。

背景技术

短路电流分析计算的目的是评价电网短路水平，从整体上校核电网结构，为断路器 遮断容量选择提供依据，为继电保护整定提供决策依据。随着电力系统规模的不断扩大， 电源不断投产，电网的联系越来越紧密，电网的短路电流进一步增大，尤其是500kV电 网短路电流水平不断攀升，国内许多大电网相继出现了短路电流超标问题，严重影响到 电网的安全运行。在短路电流大范围超标的形势下，对每个超标站点进行断路器设备更 换不但投资巨大，而且难以实施，甚至面临无断路器可用的窘境。而各种短路电流限制 措施有不同的适用范围、限流效果和经济投资，对电力系统运行的影响也有所不同。

目前，500kV变电站广泛采用3/2接线方式（附图1）。正常运行方式下所有断路器 都闭合，两组母线同时运行，任一条母线或线路发生故障，与它相连的断路器自动断开， 不会引起其它回路的停电。为了限制500kV短路电流，生产运行单位通常采取线路出串 运行方式调整电网结构，控制电网的短路电流水平。线路出串运行方式在减小短路电流 的同时，兼顾了潮流运行的可靠性，在限制500kV电网的短路电流超标问题中得到了广 泛应用。

在3/2接线方式的500kV变电站内采用线路出串运行是限制短路电流的一种措施， 为了选择合适的线路出串运行方式，按常规分析方法，对于每种不同的线路出串方式都 要先进行拓扑分析，计算短路节点的自阻抗，再根据计算短路电流，最后比较选择短路 电流最小的运行方式。这种方法计算量大，耗时长，影响了在线应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的是提供一种利用线路出串运行限制短路电流的分 析方法，通过构建合适的等值电路模拟线路出串运行方式，在初始运行方式对应的节点 阻抗矩阵基础上，利用补偿法快速修正线路出串运行后短路节点的自阻抗，实现快速计 算、比较不同线路出串运行方式限制短路电流的功能，在众多可能的线路出串运行方式 中选择合适的方案。

利用线路出串运行限制电网短路电流时，需要在众多可能的线路出串运行方式中选 择合适的方案。提高不同线路出串运行方式下的短路电流计算速度，提供线路出串运行 限制短路电流的快速决策方法。实际运行电网中不同的线路出串运行方式对短路电流的 限制效果不同，通过选择合适的线路出串运行方式来有效限制短路电流，为安排电网的 运行方式提供帮助，确保电网短路电流不超标。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种利用线路出串运行限制短路电流的分析方法，其特征在于，所述方法包括下 述步骤：

1)计算电网初始运行方式下的阻抗矩阵以及节点短路电流；

2)构建线路出串运行对应的等值电路，快速计算不同线路出串运行下节点阻抗变 化量；

3)选择阻抗变化最大时的出串运行方式，计算对应的短路电流。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

与常规短路电流计算方法相比，本发明计算速度快，能够满足短路电流限制措施的 快速分析需求。

本发明的技术方案，对于给定的运行方式，只要先形成一次全网节点阻抗矩阵，在 此基础上通过构建合适的等值电路模拟线路出串运行方式，利用补偿法快速修正线路出 串运行后短路节点的自阻抗，可以快速计算、比较不同线路出串运行方式限制短路电流 的效果，在众多可能的线路出串运行方式中选择合适的方案。与常规短路电流计算方法 相比，本发明计算速度快，能够满足短路电流限制措施的在线分析需求。

附图说明

图1为变电站内的线路出串运行接线图

图2为本发明提供的线路开断等值图

图3为本发明提供的线路出串运行等值图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例

1)计算电网初始运行方式下的阻抗矩阵Z，按式（1）计算电网内节点k处通过阻 抗x_f发生三相短路时的短路电流：

${\stackrel{·}{I}}_f=\frac{{\stackrel{·}{U}}_{k\left(0\right)}}{Z_{\mathrm{kk}}+x_f}---\left(1\right)$

其中电压为短路前节点k电压，可以通过潮流计算求得或用标么值1.0近似代 替，自阻抗Z_kk为阻抗矩阵对应节点k的对角元。

短路电流超标时选择合适的线路出串运行方案，以限制短路电流。

2)构建线路出串运行对应的等值电路，快速计算不同线路出串运行下节点阻抗变化量 设n节点电网的网络阻抗矩阵为Z，在节点i、j之间增加阻抗为x_ij支路ij后，阻 抗阵中每个元素的值都将改变，新阻抗矩阵Z’的p行q列元素Z’_pq的计算公式为：

$Z_{\mathrm{pq}}^{,}=Z_{\mathrm{pq}}-\frac{(Z_{\mathrm{pi}}-Z_{\mathrm{pj}})(Z_{\mathrm{iq}}-Z_{\mathrm{jq}})}{Z_{\mathrm{ii}}+Z_{\mathrm{jj}}-{2Z}_{\mathrm{ij}}+x_{\mathrm{ij}}}---\left(2\right)$

式中Z_pq表示原阻抗矩阵Z的p行q列元素，其余元素分别用不同下标表示。

同样，节点i、j之间的阻抗为x_ij的线路开断，相当于在原网络的节点i、j之间再 并联接入一阻抗为-x_ij的线路（附图2），对应的阻抗矩阵Z”的计算公式为：

$Z_{\mathrm{pq}}^{\prime \prime }=Z_{\mathrm{pq}}-\frac{(Z_{\mathrm{pi}}-Z_{\mathrm{pj}})(Z_{\mathrm{iq}}-Z_{\mathrm{jq}})}{Z_{\mathrm{ii}}+Z_{\mathrm{jj}}-2Z_{\mathrm{ij}}-X_{\mathrm{ij}}}---\left(3\right)$

当式（3）中分母为零表示线路ij开断后导致电网解列，这种情况不能采用式（3） 的补偿法修正阻抗矩阵。实际电网中通常不会采用电网解列的运行方式来降低短路电 流，因此无需考虑电网解列情况。

变电站采取3/2接线方式时（附图1），正常方式下断路器A、B、C都闭合，任一 条母线或线路发生故障时都不会引起其它回路的停电。当断路器A、C开断，断路器B 闭合时，则im线和jm线通过断路器B实现站内出串运行。

设线路im的阻抗为x_im，线路jm的阻抗为x_jm，初始运行方式下线路im和线路 jm在节点m处连接，当线路im和jm在节点m处出串运行时，相当于先分别开断线路 im和jm，然后在节点i和j之间再接入一阻抗为x_im+x_jm的线路，其等值电路如附 图3所示。

这样线路出串运行后的节点k的自阻抗计算过程分3步完成：

a)线路im开断，相当于在原网络节点i和m之间接入阻抗为-x_im的等值支路，

按式（3）修正阻抗矩阵中节点k，i，j，m相关元素和一共涉及10个元素的修正计算。b)线 路jm开断，相当于在a）的基础上节点j和m之间接入阻抗为-x_jm的等值支路，按 式（3）修正阻抗矩阵中节点k，i，j相关元素一共涉及6个元素的修正计算。

c)线路im和jm的出串运行，相当于在b）的基础上节点i和j之间接入阻抗为 x_im+x_jm的等值线路，按式（2）修正阻抗矩阵中节点k的自阻抗最终节点k 的自阻抗变化量为：

$\Delta Z_{\mathrm{kk}}=Z_{\mathrm{kk}}^{\left(3\right)}-Z_{\mathrm{kk}}---\left(4\right)$

在已知初始运行方式的网络阻抗矩阵后，可以按上述步骤快速计算线路不同出串运 行式下节点k的自阻抗变化量ΔZ_kk。

3)选择阻抗变化最大时的出串运行方式，计算对应的短路电流

选择最大|ΔZ_kk|对应的线路出串运行方式，这对减小节点k的短路电流最为有效， 在式（1）中用线路串运行时修正过的自阻抗代替初始自阻抗Z_kk，即可计算线路 出串运行方式下的短路电流。

在已知初始运行方式的网络阻抗矩阵后，按式（2）或（3）修正一个阻抗矩阵元素 时，计算过程只包括7次加减法、1次乘法和1次除法计算，计算速度极快。根据本发 明的线路出串运行短路电流计算方法，一共需要进行17次阻抗矩阵元素修正计算。这 样，不管网络规模多大，本发明只需进行119次加减法、17次乘法和17次除法就能完 成一种线路出串运行方式的短路电流计算，远小于常规的短路电流计算方法。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管 参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然 可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任 何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。