基于联络开关状态的矿井高压电网自适应短路计算方法技术

本发明专利技术公开了基于联络开关状态的矿井高压电网自适应短路计算方法，包括如下步骤：依据母线节点和支路节点关联矩阵、母线节点和联络节点的关联矩阵，及开关状态矩阵S，计算支路节点与支路节点供电关系矩阵G；由矩阵G完成矿井高压电网自适应短路计算。本发明专利技术基于矿井高压供电系统特点，提出了基于联络开关状态的矿井高压电网自适应短路计算方法。该方法依据联络开关状态的不同获得相应的支路节点和支路节点供电关系关联矩阵，构造矿井高压供电系统的网络拓扑模型，能够很方便地完成矿井高压供电系统供电网络的拓扑辨识,并以此为基础实现自适应短路计算功能。该方法结构性强，分析过程清晰，扩展性较好。

【技术实现步骤摘要】
基于联络开关状态的矿井高压电网自适应短路计算方法
本专利技术公开了基于联络开关状态的矿井高压电网自适应短路计算方法，属于煤矿高压供电网络短路计算领域。
技术介绍
矿井高压供电系统隶属于配电网，为6kV或10kV等级。在配电网中往往存在环状网络或多电源同时供电的网络结构，而矿井高压供电系统一般使用两个电源，并且这两个电源采用分列运行方式，或者是一路使用一路备用，属于单电源开式电网，为辐射形树状网络结构。矿井高压供电系统中节点数量较多，如何基于其供电网络结构特点，构建适应性强的网络拓扑模型，实现矿井高压电网的自适应短路计算是一个需要解决的问题。文献“66KV及以下电网短路计算的新方法”和文献“少环配电网短路故障计算新方法”中提出一种新的故障短路电流计算方法，该方法针对配电网辐射状少环的结构特点，将环网解环为辐射状网络，直接利用辐射状网络的支路阻抗参数计算其故障短路电流。文献“一种辐射型配电网短路电流实用算法”针对三相对称及不对称配电系统的运行特点，采用相域分析，针对实际的三相模型提出了一种基于故障电流补偿的配电网短路电流计算方法。文献“变结构模型短路电流计算方法”和文献“基于变结构模型的电气设备短路电流计算”提出一种变结构模型短路电流计算方法，用一条阻抗为零的支路来模拟断路器，利用变结构、变参数的分析方法，求出当断路器两端发生故障时，流经断路器两端的短路电流。文献“两种实用短路计算方法分析”中提出了两种实用的短路电流计算方法。一种是基于转移阻抗完成计算，另一种则是采用电源支路电流来计算，而具体使用哪种方法，取决于系统电源的性质。上述文献针对配电网网络结构特点，虽然提出了多种短路电流计算方法，但没有从配电网网络拓扑模型的角度进行综合分析实现配电网自动短路计算。文献“基于叠加原理的配电网短路电流计算”和文献“配电网络拓扑分析与短路电流计算的实现”提出一种新方法，针对配电网的辐射状特点，基于广度优先搜索的支路分层方法完成配电网拓扑分析，在此基础上实现配电网的自动短路电流计算。文献“链表拓扑环境下基于配网结构特点的多源有环短路计算”针对当前分布式电源并入电网带来的多电源少环网等特点，基于搜索算法对发生短路的网络进行快速短路计算。文献“配电网短路故障的新算法”通过分析配电网的有向拓扑图，基于搜索算法完成节点的最优编号，以此为基础直接建立配电网的数学模型节点线段关联矩阵，并使用该关联矩阵完成配电网短路计算。文献“基于叠加原理的配电网短路电流计算”、文献“配电网络拓扑分析与短路电流计算的实现”、文献“链表拓扑环境下基于配网结构特点的多源有环短路计算”和文献“配电网短路故障的新算法”基于搜索算法构建配电网网络拓扑模型时需要建立反映拓扑结构的链表，通过处理链表实现拓扑分析，其不可避免需要采用递归的实现形式，因此编程和维护较复杂，效率较低。在文献“一种基于关联矩阵的矿井高压供电系统自动短路计算方法”中，基于关联矩阵提出了一种矿井高压电网的网络拓扑分析模型，能够实现矿井高压电网的自动短路计算。但其只能针对分列方式下运行的矿井高压电网完成网络拓扑分析，当矿井高压电网发生过流故障时，高压供电系统的联络开关状态会发生变化，供电关系对应的网络拓扑关系也会随之改变；而该文献提出的网络拓扑分析模型，无法对故障方式下运行的矿井高压供电系统完成自适应的拓扑学习，也就无法基于联络开关状态的变化实现矿井高压电网的自适应短路计算。本专利技术基于矿井高压供电系统特点，提出了基于联络开关状态的矿井高压电网自适应短路计算方法。该方法依据联络开关状态的不同获得相应的支路节点和支路节点供电关系关联矩阵，构造矿井高压供电系统的网络拓扑模型，能够很方便地完成矿井高压供电系统供电网络的拓扑辨识,并以此为基础实现自适应短路计算功能。该方法结构性强，分析过程清晰，维护复杂度低，扩展性较好。
技术实现思路
依据矿井高压供电系统的供电关系，生成母线节点和支路接点的关联矩阵和。针对矿井高压供电系统，以变电所母线为母线节点、以高压出线开关连接的支路作为支路节点，如果母线节点有个，支路节点有个，则依据矿井高压供电系统图中电气设备之间的连接关系生成母线节点和支路节点的关联矩阵A（行列，以母线节点顺序号为行号，以支路节点顺序号为列号）和（行列，以支路节点顺序号为行号，以母线节点顺序号为列号），具体步骤如下：（1）在生成关联矩阵的过程中，中第行第列的元素用表示，如果第行的行号对应的母线节点由第列的列号对应的支路节点供电，则，否则，关联矩阵；（2）在生成关联矩阵的过程中，中第行第列的元素用表示，如果第行的行号对应的支路节点由第列的列号对应的母线节点供电，则，否则，关联矩阵。针对矿井高压供电系统，以变电所母线为母线节点、以高压联络开关作为联络节点，如果母线节点有个，联络节点有个，则依据矿井高压供电系统图中电气设备之间的连接关系生成母线节点和联络节点的关联矩阵（行列，以母线节点顺序号为行号，以联络节点顺序号为列号）和（行列，以联络节点顺序号为行号，以母线节点顺序号为列号），具体步骤如下：（1）在生成关联矩阵的过程中，中第行第列的元素用表示，如果第行的行号对应的母线节点和第列的列号对应的联络节点直接相连，则，否则，关联矩阵；（2）在生成关联矩阵的过程中，中第行第列的元素用表示，如果第行的行号对应的联络节点和第列的列号对应的母线节点直接相连，则，否则，关联矩阵。默认情况下，矩阵元素与矩阵元素乘法运算为二进制与运算，元素与元素的加法运算为二进制或运算；依据联络节点上开关的开闭状态、关联矩阵和关联矩阵，生成母线节点和联络节点的关联矩阵、，以及母线节点与母线节点供电关联矩阵，具体步骤如下：（1）依据联络节点上开关的开闭状态，生成联络节点开关状态矩阵（行列），矩阵对角线元素分别为，，…,；且，；在中，当第个联络开关状态闭合，则；反之，则；（2）母线节点和联络节点的关联矩阵，；（3）将关联矩阵和关联矩阵做乘法运算，得到原始的第1级母线节点与母线节点关联矩阵；则该矿井高压供电系统的关联矩阵；（4）对获得的关联矩阵需要使用修正矩阵进行修正，母线节点和母线节点的修正矩阵表示每一个母线节点都可由母线节点供电，其第行第列的元素用表示，，且；（5）依据矩阵和修正矩阵得到第1级的母线节点与母线节点供电关联矩阵。默认情况下，矩阵元素与矩阵元素乘法运算为二进制与运算，元素与元素的加法运算为二进制或运算；依据单向图的连通性，计算支路节点与支路节点供电关系的关联矩阵（行列），在矩阵中可以描述某支路节点是由哪些支路节点供电的，其第行第列的元素用表示，如果某支路节点由支路节点供电，则，反之则；关联矩阵，其具体计算步骤如下：（1）依据支路节点上出线开关的开闭状态，生成支路节点开关状态矩阵，包含个元素，，；在中，第个元素对应的开关状态闭合，则；反之，则；（2）将中的每个元素和矩阵中每行的个元素进行与运算后得到母线节点和支路节点的关联矩阵（行列），；将S中的每个元素和矩阵中每列的个元素进行与运算后得到支路节点和母线节点的关联矩阵（行列），；（3）依据单向图的连通性，由关联矩阵、关联矩阵和得到原始的第1级支路节点与支路节点供电关联矩阵；则该矿井高压供电系统的关联矩阵，其第行第列的元素用表示，则；（4）因为采用的是单向图结构，所以在计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于联络开关状态的矿井高压电网自适应短路计算方法，其特征在于，所描述的自适应短路计算方法包括如下步骤：步骤11，依据矿井高压供电系统的供电关系，生成母线节点和支路接点的关联矩阵和；步骤12，依据矿井高压供电系统图中电气设备之间的连接关系生成母线节点和联络节点的关联矩阵和；步骤13，依据联络节点上开关的开闭状态、关联矩阵和关联矩阵，生成母线节点和联络节点的关联矩阵、，以及母线节点与母线节点供电关联矩阵；步骤14，依据单向图的连通性，由矩阵、、和开关状态矩阵计算支路节点与支路节点供电关系的关联矩阵（行列）；步骤15，依据支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵完成矿井高压电网自适应短路计算。

【技术特征摘要】
1.基于联络开关状态的矿井高压电网自适应短路计算方法，其特征在于，所描述的自适应短路计算方法包括如下步骤：步骤11，依据矿井高压供电系统的供电关系，生成母线节点和支路接点的关联矩阵和；步骤12，依据矿井高压供电系统图中电气设备之间的连接关系生成母线节点和联络节点的关联矩阵和；步骤13，依据联络节点上开关的开闭状态、关联矩阵和关联矩阵，生成母线节点和联络节点的关联矩阵、，以及母线节点与母线节点供电关联矩阵；步骤14，依据单向图的连通性，由矩阵、、和开关状态矩阵计算支路节点与支路节点供电关系的关联矩阵（行列）；步骤15，依据支路节点和支路节点供电关系的最终关联矩阵完成矿井高压电网自适应短路计算；在步骤13中，主要进行如下步骤：步骤131、依据联络节点上开关的开闭状态，生成联络节点开关状态矩阵（行列），矩阵对角线元素分别为，，…,；且，；在中，当第个联络开关状态闭合，则；反之，则；步骤132、母线节点和联络节点的关联矩阵，；步骤133、将关联矩阵和关联矩阵做乘法运算，得到原始的第1级母线节点与母线节点关联矩阵；则该矿井高压供电系统的关联矩阵；步骤134、对获得的关联矩阵需要使用修正矩阵进行修正，母线节点和母线节点的修正矩阵表示每一个母线节点都可由母线节点供电，其第行第列的元素用表示，，且；步骤135、依据矩阵和修正矩阵得到第1级的母线节点与母线节点供电关联矩阵；在步骤14中，主要进行如下步骤：步骤141、依据支路节点上出线开关的开闭状态，生成支路节点开关状态矩阵，包含个元素，，；在中，第个元素对应的开关状态闭合，则；反之，则；步骤142、将中的每个元素和矩阵中每行的个元素进行与运算后得到母线节点和支路节点的关联矩阵（行列），；将S中的每个元素和矩阵中每列的个元素进行与运算后得到支路节点和母线节点的关联矩阵（行列），；步骤143、依据单向图的连通性，由关联矩阵、关联矩阵和得到原始的第1级支路节点与支路节点供电关联矩阵；则该矿井高压供电系统的关联矩阵，其第行第列的元素用表示，则；步骤144、因为采用的是单向图结构，所以在计算获得的支路节点与支路节点供电关联矩阵中，支路节点与支路节点之间的供电关系未能得到正确反映；因此对获得的供电关联矩阵需要使用修正矩阵进行修正，支路节点和支路节点的修正矩阵表示每一个支路节点都可由支路节点供电，其第行第列的元素用表示，，且，将中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新良，朱俊杰，刘志平，靳翔，杨茜惠，李辉，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41