[发明专利]一种控制短路电流水平的电网运行方式优化方法

摘要

本发明公开了一种控制短路电流水平的电网运行方式优化方法，其特征在于包括以下步骤：1)确定候选断线支路集S；2)基于节点电压法建立断线组合优化模型。本发明的一种控制短路电流水平的电网运行方式的优化方法，基于节点电压法，所建模型为混合整数线性规划模型，可以调用CPLEX优化器进行求解，借助CPLEX优化器强大的计算能力，可快速确定最优断线策略。最后以IEEE39节点系统和浙江电网为例，对模型的有效性进行仿真验证。

主权项

一种控制短路电流水平的电网运行方式优化方法，其特征在于包括以下步骤：1)确定候选断线支路集1.1)采用故障分量法按公式(1.1)计算短路点电流为：${\stackrel{\·}{I}}_f=\frac{{\stackrel{\·}{V}}_{f\left|0\right|}}{Z_{\mathrm{ff}}}\≈\frac{1}{Z_{\mathrm{ff}}}---\left(1.1\right)$其中Z_ff为节点f的自阻抗，是节点阻抗矩阵中的对角线元素，代表该节点的网络等值阻抗；V_f|0|为短路点初始电压；1.2)在原支路上并联一个与原支路阻抗数值相同，相位相反的阻抗来模拟支路开断，原支路阻抗和模拟支路阻抗z_p的数值关系如下：$z_p=-z_{L,k}^0---\left(1.2\right)$利用支路追加法计算修正后的节点阻抗矩阵，其对角元素Z_ff的表达式如公式(1.3)：$z_{\mathrm{ff}}=-\frac{{(z_{\mathrm{if}}^0-z_{\mathrm{jf}}^0)}^2}{z_{\mathrm{ii}}^0+z_{\mathrm{jj}}^0-2z_{\mathrm{ij}}^0+z_p}+z_{\mathrm{ff}}^0---\left(1.3\right)$式中分别为第k条支路开断前，节点阻抗矩阵的对应元素，i,j,f分别表示被开断支路两端节点及短路节点，为被开断支路的阻抗值；1.3)根据式(1.1)，对超标站点f，计算出开断第k条线路的短路电流变化量为：${\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{fk}}=\frac{1}{z_{\mathrm{ff}}}-\frac{1}{z_{\mathrm{ff}}^0}=\frac{1}{\frac{D_2}{D_1-z_{L,k}^0}+z_{\mathrm{ff}}^0}-\frac{1}{z_{\mathrm{ff}}^0}$$D_1=z_{\mathrm{ii}}^0+z_{\mathrm{jj}}^0-2z_{\mathrm{ij}}^0$                                    (1.4)$D_2=-{(z_{\mathrm{if}}^0-z_{\mathrm{jf}}^0)}^2$1.4)计算开断电网中任意一条线路时超标站点f的短路电流变化量，得到如下向量：△I_f＝[△I_f1,△I_f2,…,△I_fb]^T其中，b为电网可开断支路数；1.5)从△I_fk为负数且对应支路电压等级等于或低于超标站点f的值中选出绝对值最大的前Ns个值，对应的线路就组成了f节点的候选断线支路集S_f；若符合要求的线路小于Ns，则后面几条候选支路均采用最后一条符合条件的线路；针对所有短路电流超标节点进行上述分析，合并重复的支路，便得到最终的候选断线支路集S；2)基于节点电压法建立断线组合优化模型2.1)给出两个目标函数：$\max \underset{l_{\mathrm{ij}}\∈S}{\mathrm{\Σ}}{U}_{\mathrm{ij}}---(1.5-1)$$\max \underset{l_{\mathrm{ij}}\∈S}{\mathrm{\Σ}}{U}_{\mathrm{ij}}{S}_{\mathrm{ij}}---(1.5-2)$其中，S是候选断线支路集，l_ij为首、末端节点分别为i,j的支路，U_ij为0‑1变量，表示支路l_ij的开闭状态，U_ij＝0表示线路开断，U_ij＝1表示线路闭合，S_ij表示线路传输容量；2.2)优化模型的约束则为控制短路电流水平在限值以内；针对短路节点，根据节点电压法有：$\underset{l_{\mathrm{ij}}\∉S}{\mathrm{\Σ}}{y}_{\mathrm{ij}}(V_j^{\left(i\right)}-V_i^{\left(i\right)})+\underset{l_{\mathrm{ij}}\∈S}{\mathrm{\Σ}}{I}_{\mathrm{ij}}^{\left(i\right)}\≤\stackrel{\‾}{I_i}---\left(1.6\right)$$I_{\mathrm{ij}}^{\left(i\right)}=U_{\mathrm{ij}}{y}_{\mathrm{ij}}(V_j^{\left(i\right)}-V_i^{\left(i\right)})---\left(1.7\right)$式中：$V_i^{\left(i\right)}=0,i\∈N_F$其中，N_F为短路电流超标站点集合，为节点i的短路电流限值，为节点i短路时节点j的电压，y_ij为不属于候选断线支路集的支路l_ij的导纳，I⁽ⁱ⁾_ij为节点i短路时候选断线支路l_ij上流向节点i的电流值；式(1.7)为二次约束方程，等价于如下线性不等式：$\begin{array}{c}-U_{\mathrm{ij}}{M}_{\mathrm{ij}}\≤I_{\mathrm{ij}}^{\left(i\right)}\≤U_{\mathrm{ij}}{M}_{\mathrm{ij}}\\ (U_{\mathrm{ij}}-1)M_{\mathrm{ij}}\≤I_{\mathrm{ij}}^{\left(i\right)}-y_{\mathrm{ij}}{V}_j^{\left(i\right)}\≤(1-U_{\mathrm{ij}})M_{\mathrm{ij}}\\ l_{\mathrm{ij}}\∈S,i=\∈N_F\end{array}---\left(1.8\right)$其中M_ij为对应支路所能开断的最大短路电流；对于每一个非短路节点j则有：$\underset{l_{\mathrm{jh}}\∉S}{\mathrm{\Σ}}{y}_{\mathrm{jh}}(V_h^{\left(i\right)}-V_j^{\left(i\right)})+\underset{l_{\mathrm{jh}}\∈S}{\mathrm{\Σ}}{I}_{\mathrm{jh}}^{\left(i\right)}=0,i\∈N_F---\left(1.9\right)$$I_{\mathrm{jh}}^{\left(i\right)}=U_{\mathrm{jh}}{y}_{\mathrm{jh}}(V_h^{\left(i\right)}-V_j^{\left(i\right)}),i\∈N_F---\left(1.10\right)$其中，I⁽ⁱ⁾_jh表示支路l_jh上由h流向j的电流值，式(1.10)等价于如下线性不等式：$\begin{array}{c}-U_{\mathrm{jh}}{M}_{\mathrm{jh}}\≤I_{\mathrm{jh}}^{\left(i\right)}\≤U_{\mathrm{jh}}{M}_{\mathrm{jh}}\\ (U_{\mathrm{jh}}-1)M_{\mathrm{jh}}\≤I_{\mathrm{jh}}^{\left(i\right)}-y_{\mathrm{jh}}(V_h^{\left(i\right)}-V_j^{\left(i\right)})\≤(1-U_{\mathrm{jh}})M_{\mathrm{jh}}\\ l_{\mathrm{jh}}\∈S,i=\∈N_F\end{array}---\left(1.11\right)$当节点j是第g台发电机的机端时，还需添加由发电机注入节点j的电流：$I_{\mathrm{gj}}^{\′\′}(E_g^{\′\′}-V_j^{\left(i\right)})y_g^{\′\′},i\∈N_F---\left(1.12\right)$E”_g，y”_g分别为发电机的次暂态电势和次暂态导纳；2.3)上述式(1.5)、(1.6)、(1.8)、(1.9)、(1.11)和(1.12)便构成了控制短路电流水平的电网运行方式优化模型。