本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析計算領域，具體涉及一種基于改進rei等值的網(wǎng)架調整限流方法。

背景技術：

隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，區(qū)域間電網(wǎng)聯(lián)系日益緊密，導致系統(tǒng)短路電流水平也在逐年攀升，目前部分電網(wǎng)企業(yè)正在經(jīng)受短路電流超標問題的考驗并采取了相應措施。從限流效果和工程實現(xiàn)難易來看，開斷線路以其便于實施且無需投入額外成本而被廣泛采用。在實際電網(wǎng)中，短路水平過高的站點往往集中在少數(shù)幾個區(qū)域，在選擇最優(yōu)斷線組合方案時，如果選擇全網(wǎng)遍歷的方法，顯然會浪費時間，降低效率。

在面對大規(guī)模電力網(wǎng)絡時，相比于其他等值法，rei等值法具有優(yōu)良的計算速度與精度，有著較好的實際運用前景。但是在內網(wǎng)發(fā)生擾動時，常規(guī)的rei無法保留原網(wǎng)絡動態(tài)特性，甚至會出現(xiàn)輸電線路電阻為負值的問題，導致等值過程中不可避免的出現(xiàn)較大的誤差，嚴重影響計算精度。

技術實現(xiàn)要素：

針對傳統(tǒng)方法計算量大，計算速度無法滿足電力系統(tǒng)在線計算要求的缺點。本發(fā)明提供一種基于改進rei等值的網(wǎng)架調整限流方法，通過對常規(guī)rei靜態(tài)等值法作動態(tài)等值改進，結合線路開斷限流機理，將其運用于網(wǎng)架調整限流策略中。該方法計算精度較高，且顯著簡化了電網(wǎng)規(guī)模，無需通過全網(wǎng)遍歷便可遴選出最優(yōu)限流斷線組合方案。

本發(fā)明采取的技術方案為：

一種基于改進rei等值的網(wǎng)架調整限流方法，包括如下步驟：

步驟1：輸入全網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)，包括拓撲結構和量測信息，進行短路電流計算，得到n個潛在超標站點，從而根據(jù)各節(jié)點自阻抗矩陣獲取網(wǎng)架支路限流靈敏度；

步驟2：以各超標站點的短路電流超標量，確定超標嚴重程度，根據(jù)超標嚴重程度進行限流加權，進而得到開斷任一支路對全網(wǎng)超標站點總限流靈敏度，即支路綜合限流靈敏度；對支路限流靈敏度進行排序，依照序列前后將原系統(tǒng)分為研究系統(tǒng)與外部系統(tǒng)，確定邊界節(jié)點，繼而對外部系統(tǒng)進行負荷移置和母線化簡；

步驟3：在邊界節(jié)點處采用常規(guī)rei等值法，對外部系統(tǒng)進行等值運算，構造虛擬無損rei網(wǎng)絡，遵照等值前各發(fā)電機功角曲線進行分群，以某待聚合發(fā)電機在虛擬支路上的傳輸功率與該發(fā)電機在潮流基解下的總視在功率的比值，定義為功率分布因子；

步驟4：引入發(fā)電機慣性常數(shù)輔佐等值機聚合參數(shù)求解，將若干并聯(lián)發(fā)電機的慣性常數(shù)用等值機的等值慣性常數(shù)代替，利用各慣性常數(shù)占有權重進一步估得等值機相關參數(shù)，實現(xiàn)rei動態(tài)等值改進，完成外部系統(tǒng)動態(tài)等值操作；

步驟5：對等值后系統(tǒng)進行支路綜合靈敏度排序組合，兼顧滿足各站點短路電流水平處于超標值以下，以短路電流下降總量與電網(wǎng)結構完整性為擇優(yōu)指標，獲得最優(yōu)限流斷線組合方案。

本發(fā)明一種基于改進rei等值的網(wǎng)架調整限流方法，在時域分析的基礎上運用動態(tài)等值思想，通過系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的采集獲得支路限流靈敏度，避免了外部系統(tǒng)劃分的經(jīng)驗性；根據(jù)各超標站點嚴重程度加權得到的支路綜合限流靈敏度，更具有說服性；將等值法與網(wǎng)架調整策略結合，大大加強了在線計算能力；對常規(guī)rei靜態(tài)等值法進行改進，在rei等值法處理外部系統(tǒng)過程中形成的虛擬無損rei網(wǎng)絡，定義功率分布因子，引入發(fā)電機慣性常數(shù)輔佐等值機聚合參數(shù)求解，等值過程不必計算系統(tǒng)的狀態(tài)向量和特征值矩陣，適用于大型電力網(wǎng)絡的等值化簡，具有很高的實用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于改進rei等值的網(wǎng)架調整限流算法流程圖。

圖2為本發(fā)明的常規(guī)rei等值原理圖。

圖3為本發(fā)明的kundur測試系統(tǒng)示意圖。

圖4為本發(fā)明的等值后kundur測試系統(tǒng)示意圖。

圖5為本發(fā)明的等值前發(fā)電機轉速搖擺曲線。

圖6為本發(fā)明的等值后發(fā)電機轉速搖擺曲線。

圖7為本發(fā)明的等值前節(jié)點電壓圖。

圖8為本發(fā)明的等值后節(jié)點電壓圖。

圖9為本發(fā)明的等值前39節(jié)點系統(tǒng)接線圖。

圖10為本發(fā)明的等值后39節(jié)點系統(tǒng)接線圖。

具體實施方式

下面結合兩個實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

如圖1所示，是本發(fā)明提供的一種基于改進rei等值的網(wǎng)架調整限流方法的步驟流程圖。具體地，該方法主要包括以下步驟：

步驟1：實時獲取全網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)，并進行短路計算，找到n個潛在超標站點。對于超標站點m，假定z′mm為斷開支路后的m節(jié)點自阻抗，斷路器遮斷電流值為imax，有超標量為△i＝im-imax。則超標節(jié)點自阻抗最小增量為：

若開斷網(wǎng)絡任一支路i-j(i≠j)，則節(jié)點m自阻抗增量為：

(2)式中，zij為線路i-j的支路阻抗；zij為節(jié)點阻抗矩陣的第i行，j列；k為變壓器支路的變比，取線路支路時，則k＝1。根據(jù)(2)式定義，用θij,m對其重新表達。θij,m代表著開斷支路i-j對超標站點m限流的靈敏度，其值越大，則對應限流效果越好。

依照所得θij,m大小進行排序，確定線路開斷優(yōu)先度。如果存在情況，說明僅僅開斷線路i-j不足以將超標站點短路電流限制到遮斷容量以下，此時需要增加開斷線路數(shù)，直至達到最低自阻抗增量△z，滿足限流要求。

步驟2-1：以各超標站點的短路電流超標量確定超標嚴重程度，根據(jù)超標嚴重程度進行限流加權，進而得到開斷任一支路對全網(wǎng)超標站點總限流靈敏度。從電網(wǎng)運行實況來看，在出現(xiàn)短路電流超標場景時，電流超標站點可能不止一個，此時開斷線路要同時考慮到對多個超標站點的限流效果。根據(jù)各超標站點的電流超標量確定站點超標嚴重程度：

(3)式中，f為超標站點集合，if代表站點f的故障電流值，imax是斷路器額定遮斷電流，r為常數(shù)。

af越大則表示站點f超標場景越嚴重，根據(jù)超標嚴重度指標，進一步得到斷開支路i-j對整個系統(tǒng)的綜合限流靈敏度：

步驟2-2：對支路限流靈敏度進行排序，依照序列前后將原系統(tǒng)分為研究系統(tǒng)與外部系統(tǒng)，確定邊界節(jié)點，并對外部系統(tǒng)進行等值操作。以限制短路電流為背景，考察內部系統(tǒng)發(fā)生擾動時外部系統(tǒng)的動態(tài)響應過程，故常規(guī)的靜態(tài)等值法帶來的誤差是不可忽視的。介于rei等值法的高暫態(tài)擬合性，對常規(guī)rei等值做動態(tài)等值改進，并將改進后的等值法用于限流等值策略。

常規(guī)rei等值法的主要思想是在把網(wǎng)絡中的節(jié)點劃分保留節(jié)點和待消去節(jié)點之后，對待消去節(jié)點中有源節(jié)點依其性質進行分類，再用一虛擬等價有源節(jié)點來代替，從而構造一個虛擬無損rei網(wǎng)絡，如圖2所示，最后對該無源網(wǎng)絡采取常規(guī)網(wǎng)絡化簡方法進行消去。下面進行簡要闡述：

等值之前對外部系統(tǒng)中節(jié)點性質進行分類歸組，圖2僅代表一種分組情況，以一虛擬有源節(jié)點r代替外部系統(tǒng)中原有若干有源節(jié)點，并通過一個無損rei網(wǎng)絡接到原有源節(jié)點。接入yr以抵消y1～yn中產(chǎn)生的損耗。

上式中，si為發(fā)電機i的發(fā)出功率，vi為節(jié)點i處節(jié)點電壓，r為rei網(wǎng)虛擬有源節(jié)點，yi為發(fā)電機i與節(jié)點g的虛擬阻抗。r點處電壓可由式(5)、(6)聯(lián)立求解。g點電壓一般設置為0v，導納yr及y1～yn的參數(shù)易由式(7)、(8)計算得到。

步驟3：基于常規(guī)rei等值的動態(tài)等值改進，選擇在系統(tǒng)邊界節(jié)點處對外部系統(tǒng)進行rei等值，化簡基本步驟與方法同步驟2-2類似。

若f為rei等值邊界節(jié)點，a代表內部系統(tǒng)節(jié)點，等值過程中只對f點以外的系統(tǒng)操作，a與f間不予變動。g1、g2為外部系統(tǒng)的有源節(jié)點，f節(jié)點與其有著直接或間接電氣聯(lián)系。z1f(z1f)與yf0分別為等值阻抗和并聯(lián)導納。

短路后電網(wǎng)中的負荷可近似用恒定阻抗表示，故在短路計算時可將其導納值并入全網(wǎng)導納矩陣。導納增量由式(9)給出，其導納值由式(10)求解可得。

yl＝diag[yl,1,…,yl,k](9)

上式中，pl,k和ql,k為負荷的有功、無功分量，yl,k為負荷導納值，uk為負荷端電壓，k為母線標號。

設待等值系統(tǒng)中有源節(jié)點集合為k，負載節(jié)點集合為c，進行rei等值的邊界節(jié)點集合為f，r為包含f和k的節(jié)點集合。經(jīng)過以上定義，對原系統(tǒng)有如下節(jié)點方程：

式中，由于已經(jīng)將負載等效導納并入網(wǎng)絡導納矩陣中，故ic＝0。

簡單推導可得：

根據(jù)r定義，又有：

從式(11)，可以推出邊界節(jié)點的注入電流：

同時，并聯(lián)導納的參數(shù)為：

等值的最后需要對外部系統(tǒng)中的若干發(fā)電機進行聚合，從而確定等值機的次暫態(tài)電抗等相關參數(shù)。考慮發(fā)電機慣性常數(shù)對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響，引入發(fā)電機慣性常數(shù)輔佐求解。將某待聚合發(fā)電機在虛擬支路上的傳輸功率與該發(fā)電機在潮流基解下的總視在功率的比值，定義為功率分布因子：

(16)式中，sjf為發(fā)電機j對節(jié)點f的傳輸功率，pj為發(fā)電機j在潮流基解下的有功出力。

步驟4：引入發(fā)電機慣性常數(shù)輔佐等值機聚合參數(shù)求解，將若干并聯(lián)發(fā)電機的慣性常數(shù)用等值機的等值慣性常數(shù)代替，利用各慣性常數(shù)占有權重進一步估得等值機相關參數(shù)，實現(xiàn)rei動態(tài)等值改進，完成外部系統(tǒng)動態(tài)等值操作。

根據(jù)步驟3中功率分布因子的求解，在節(jié)點g處的聚合發(fā)電機視在功率可以得出：

(17)式中，snj為外部系統(tǒng)發(fā)電機的基準功率，基準電壓vnj為邊界節(jié)點f的額定電壓。

下面將若干并聯(lián)發(fā)電機的慣性常數(shù)用等值機的等值慣性常數(shù)hg代替，根據(jù)慣性常數(shù)的本質定義，用功率分布因子進行表示為：

利用慣性常數(shù)占有權重進一步估得等值機相關參數(shù)，這里以次暫態(tài)電抗為例作為說明，電阻、電抗和時間常數(shù)等可類比求得。

為驗證本發(fā)明動態(tài)等值方法的有效性，實施例1以kundur所著書中經(jīng)典四機兩區(qū)域系統(tǒng)作為研究對象，圖3給出了原始kundur系統(tǒng)，處在虛線內的網(wǎng)絡視為內部系統(tǒng)，對外網(wǎng)進行等值操作，圖4為采取動態(tài)rei等值后的kundur系統(tǒng)。節(jié)點6x和10x分別為外部系統(tǒng)節(jié)點1,2,5和3,4,11的等值節(jié)點，接在這兩節(jié)點上的發(fā)電機為聚合后的等值機，支路6-6x，10-10x為等值過程中假定的虛擬支路，該支路上的虛擬阻抗用所述方法可以求得zfg＝0.000204+j0.011913p.u.。

分別從系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和時域動態(tài)下評價等值效果，表1給出了等值前后邊界節(jié)點6,10的有功功率和電壓幅值。在節(jié)點8設置一個三相短路故障擾動，持續(xù)時間0.08s，仿真5s。圖5～8為此時等值前后轉速的振蕩曲線和節(jié)點7,8,9處電壓幅值，可以看出等值后系統(tǒng)測量點處電壓相對于原系統(tǒng)是完全一樣的，等值機與原發(fā)電機搖擺曲線也近乎處在均值范圍內。

表1

步驟5：經(jīng)過步驟3對原系統(tǒng)進行等值操作，在內部系統(tǒng)里計算支路開斷限流靈敏度，并依照靈敏度大小對支路進行排序編號。對等值后系統(tǒng)進行支路綜合靈敏度排序組合，兼顧滿足各站點短路電流水平處于超標值以下，最后以短路電流下降總量與電網(wǎng)結構完整性為擇優(yōu)指標，獲得最優(yōu)限流斷線組合方案。具體實現(xiàn)分如下3步：

步驟5-1：對研究系統(tǒng)中支路綜合限流靈敏度降序排列，設置初始斷線數(shù)為n，找到候選開斷支路集。對比各支路的限流效果，核定是否滿足安全要求。

步驟5-2：在能滿足系統(tǒng)限流要求下，選取綜合限流靈敏度最大的支路組合為最優(yōu)開斷措施，完成開斷線路篩選工作。

步驟5-3：若step1無法通過，則將斷線數(shù)設置為n+1，返回重復操作。直至滿足限流要求為止，得出最優(yōu)斷線方案。

下面結合實施例對該步驟具體說明，圖8給出ieee-39節(jié)點系統(tǒng)作為實施例2仿真模型，設定系統(tǒng)節(jié)點(除開發(fā)電機節(jié)點)電壓等級為220kv，基準電壓為242kv，短路電流限制為65pu。經(jīng)短路計算，得到超標節(jié)點2、16和39，其三相短路電流分別達到71.55pu、70.26pu和72.48pu。計算各支路斷開限流靈敏度，并依照靈敏度大小對系統(tǒng)進行內外部劃分，以排除開斷線路對超標點限流效果不理想的支路。在圖9中將外部待等值區(qū)域分為三部分并用虛線隔開，圖10為采用動態(tài)rei等值后系統(tǒng)網(wǎng)絡，可見在開斷線路限流策略中應用等值技術將大幅縮減模型規(guī)模，等值后系統(tǒng)保留節(jié)點22個，支路26條。

對等值后系統(tǒng)進行支路限流靈敏度分析，結果如表2所示。表中給出了對各超標站點影響較大的6條候選支路，支路遵照系統(tǒng)綜合限流靈敏度大小降序排列。為保證系統(tǒng)不失穩(wěn)，發(fā)電機與系統(tǒng)的連接線不考慮在可斷線路中。表3為這6條候選支路的具體限流效果，可以看出在保持單支路開斷情況下，不足以使三個超標站點同時下降到短路電流超標門檻以下，為滿足安全要求此時應增加開斷回路數(shù)。

表2

開斷2回支路下具體限流效果在表3下方給出，篩選出了限流效果最優(yōu)的前3種組合方案?？梢钥闯觯M合降流效果同樣遵照系統(tǒng)綜合限流靈敏度排序，驗證了該限流策略的有效性。最后在可行實施方案中以電網(wǎng)電流下降總量進行擇優(yōu)，本實施例2選取支路16-17和1-2為最優(yōu)開斷支路組合，該結果與等值前系統(tǒng)保持一致，同時較于原電流超標系統(tǒng)，各超標站點電流總量下降了20.91％，整個過程耗時0.32s。

表3

如上所述，可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明所提出的一種基于rei等值法下網(wǎng)架調整限流方法，省去了傳統(tǒng)方法通過整網(wǎng)遍歷篩選斷線措施的不便，在系統(tǒng)進行篩選之前進行一次限流支路預處理，實施例2的仿真結果表明，該方法不僅顯著提高運行效率，節(jié)省時耗，而且保證了較高的精確度，能夠正確遴選出最優(yōu)開斷線路限流組合；對傳統(tǒng)rei靜態(tài)等值法進行改進，利用各發(fā)電機在虛擬支路上的功率分布因子這一指標，根據(jù)慣性常數(shù)值進行等值機的聚合參數(shù)計算，實施例1證實了其等值效果的可靠性，運用改進rei動態(tài)等值法對系統(tǒng)進行等值化簡，等值后網(wǎng)絡保留了原網(wǎng)絡的動態(tài)特性，等值效果良好；該rei動態(tài)等值改進方法，過程中不需要計算系統(tǒng)的狀態(tài)向量和特征值矩陣，適用于大型電力網(wǎng)絡的等值化簡。