[發明專利]基于靈敏度技術的超導故障限流器優化配置的方法

有效

• 申請號: 201210220249.4
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN102738780A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 衛志農;胡文旺;韋延方;袁陽;陸子剛;楊雄;張偉;陳凡;劉玉娟;潘春蘭;卞棟;王永貴
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于電力系統運行和規劃領域，特別涉及一種基于靈敏度技術的超導故障限流器(SFCL)優化配置的方法。

背景技術

隨著電力系統規模的不斷擴大、各大電網之間互聯的實施以及大量分布式電源的接入，系統的短路電流水平不斷攀升，有些情況下甚至超出了斷路器的額定遮斷容量，嚴重威脅了電網的安全運行。

目前，針對電網短路電流超標問題，已提出多種限流措施，主要分為兩類，一類是調整電網結構、改變系統的運行方式，此類方法雖然能很好地解決短路電流過大的問題，但建設工期長、投資大，且對系統的穩定性、可靠性和網絡的完整性帶來不利影響；另一類是加裝限流設備，主要包括：限流電抗器和故障限流器(Fault?Current?Limiters，FCL)，但限流電抗器在正常運行時會增加網絡損耗，有些情況下甚至會降低系統的穩定性；而故障限流器是一種新型的限制短路電流裝置，裝置類型眾多，其中較理想的是超導故障限流器(Superconducting?Fault?Current?Limiter，SFCL)，其反應速度快、能自動觸發、自動復位，在電網正常運行時，SFCL處于超導態，不影響電網的正常運行，當電網發生故障時，短路電流大于臨界電流，超導體轉變為非線性高阻抗，在毫秒級的時間內有效地限制短路電流，是一種可靠性高、理想的電力系統故障限流裝置。

當大電網短路電流超標節點有多個并且分布在全網不同位置，加之短路電流流向來自各個方向，從電網規劃和經濟性角度來考慮，如何確定SFCL最優安裝位置、安裝數量以及阻抗值成為亟需解決的問題。這是一個大規模的非連續、非線性的多目標優化問題，現有研究成果大多是將多目標優化轉化為單目標進行優化，然而權值的選取影響到最終的優化結果，屬于“先決策，后搜索”的尋優模式，部分研究采用枚舉法進行故障限流器的優化，但對于大電網而言，計算量過大而不適用，還有部分研究在優化過程中沒有考慮故障限流器的啟動條件，即認為只要系統發生故障，任何位置的故障限流器均能可靠地啟動，這是不符合實際工程應用的。

基于以上分析，本發明人對現有的SFCL優化配置方法進行研究改進，本案由此產生。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種基于靈敏度技術的超導故障限流器優化配置的方法，其大大縮小了解的搜索空間，加快了計算速度，優化結果更符合實際應用，同時，也避免了多目標轉換成單目標優化所帶來的權值選取問題，決策者可根據實際工程需要進行最終的決策。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種基于靈敏度技術的超導故障限流器優化配置的方法，包括如下步驟：

（1）獲取電力系統的串聯電阻、串聯電抗、并聯電抗和變壓器變比的參數，形成系統導納矩陣，計算穩態工況下的潮流，得到系統各節點電壓幅值和相角，以及各支路的穩態電流；

（2）負荷用恒阻抗代替，計及負荷阻抗和發電機阻抗，形成系統節點阻抗矩陣；

（3）計算全系統所有節點的三相短路電流，找出短路電流超標節點，設其數目為b個；

（4）求出每個超標站點發生短路故障時系統各支路的電流大小，然后，根據SFCL的啟動條件確定哪些支路上安裝SFCL能夠可靠啟動；

（5）求出每一個短路電流超標站點自阻抗對由步驟（4）所選的各支路阻抗的靈敏度，并按靈敏度由大到小排序，取該超標節點靈敏度排在前面的a條支路作為安裝SFCL的候選支路；

（6）取候選的c條支路作為下一步多目標優化算法NSGA-Ⅱ的優化支路，從而確定SFCL的最佳安裝位置、安裝數量及阻抗值的方案，實現全局最優配置，其中，c≤b×a，重復支路算作一條。

上述步驟（1）中，設系統節點數為n，則系統導納矩陣Y的具體表達形式如下：

式中，Y_ij=G_ij+jB_ij表示節點導納矩陣的元素，G_ij、B_ij分別為電導、電納；

P_iS、Q_iS為節點i給定的有功功率及無功功率，ΔP_i、ΔQ_i分別為節點i有功功率和無功功率的誤差，根據給定節點類型，計算以下非線性方程組，得到節點i的電壓幅值U_i及相角θ_i：