一种故障限流器布点优化和容量选择方法和系统技术方案

本发明专利技术特别涉及一种故障限流器布点优化和容量选择方法，包括：根据离线数据，计算并根据系统各线路的导纳值，计算各节点的短路电流值；判断该电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点；建立并求解过流节点对应的混合整数非线性规划公式，得到并根据限流器安装位置和其对应的容量，得到并根据新的导纳值，计算并判断过流节点对应的短路电流值是否超过电流阈值，若是，根据新的导纳值，再次建立和求解规划公式；若否，得到限流器对应过流节点的最优配置，并根据新的导纳值，再次确定过流节点。本发明专利技术利用母线迭代和混合整数非线性规划迭代的双重迭代，结合电网结构，实现故障限流器在电力系统中的优化配置。

A method and system for fault location optimization and capacity selection of fault current limiter

The invention relates to a fault current limiter layout optimization and capacity selection methods, including: according to the offline data, and according to the calculation value of each line admittance system, short-circuit current calculation of each node; judging whether the current value is over current value exceeds the current threshold, if any, to determine the maximum flow value the flow of corresponding nodes; establishing and solving the current node corresponding to the mixed integer nonlinear programming formula, and according to the current limiter installation position and its corresponding capacity, and according to the new value judgment and admittance, calculation of short circuit current flow of corresponding nodes value exceeds the current threshold, if, according to the new admittance, again establishing and solving the planning formula; if not, the optimal allocation of the corresponding flow restrictor node, and according to the new admittance, again to determine flow node. The invention uses the double iteration of bus iteration and mixed integer nonlinear programming iteration, and combines the power grid structure to realize the optimal configuration of the fault current limiter in the power system.

【技术实现步骤摘要】
一种故障限流器布点优化和容量选择方法和系统
本专利技术涉及一种计算机领域，特别涉及一种故障限流器布点优化和容量选择方法和系统。
技术介绍
随着电网容量的扩大和耦合程度的不断加深，电力系统短路电流水平迅速增加，逐渐接近或超过安全断路器工作极限。运用先进的材料和方法建立的内置故障限流器(FaultCurrentLimiter，FCL)是这种情况下的有效解决方案。在线FCL在正常工作条件下提供非常低的阻抗和功率损耗，但在故障期间具有较高的阻抗，因此，FCL能有效降低电力系统电路中的短路电流。但受限于有关FCL的安装个数及容量的经济性考虑，在保证作用范围的前提下，选择最优的安装位置和最优的容量大小是现阶段研究关于短路限流器实际应用的关键。
技术实现思路
本专利技术提供了一种故障限流器布点优化和容量选择方法和系统，利用母线迭代和混合整数非线性规划迭代的双重迭代，并结合电网结构，实现故障限流器在电力系统中的优化配置。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种故障限流器布点优化和容量选择方法，包括以下步骤：步骤1、根据接收的电力系统的离线数据，计算得到电力系统各节点对应的各线路的导纳值；步骤2、根据所述各节点对应的所述导纳值和接收的发电机参数值，计算得到所述各节点在短路时的短路电流值，所述离线数据包括电力系统结构和电力系统潮流数据；步骤3、判断所述短路电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点，并执行步骤4；若无，结束故障限流器的布点优化和容量选择；步骤4、根据所述过流节点，建立其对应的混合整数非线性规划公式，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量；步骤5、根据所述导纳值、所述故障限流器安装位置和其对应的容量，计算得到所述各线路的新的导纳值；步骤6、根据所述发电机参数值和所述新的导纳值，计算并判断所述过流节点对应的短路电流值是否超过所述电流阈值，若是，执行步骤4；若否，得到并保存对应所述过流节点的故障限流器安装位置集合和其对应的容量，并根据所述新的导纳值，执行步骤2。本专利技术的有益效果是：本申请要保护的方法包括母线迭代(即节点迭代)和混合整数非线性规划(MINLP)迭代，MINLP迭代嵌套于母线迭代中，一次母线迭代中包含不止一次的MINLP迭代，那么就可能会出现不止装设一个FCL的情况。先通过一次母线迭代确定一个最大的过流节点，对该过流节点进行MINLP迭代循环，由于各节点对应有多条线路，因此，在过流节点中对故障限流器具体安装位置(具体哪一条线路和线路上的具体位置)和容量大小进行优化，每进行一次MINLP计算，确定一个故障限流器安装位置和其对应的容量大小，当在电路中的上述具体安装位置安装上上述容量大小的FCL时该过流节点对应的短路电流是趋于电流阈值的，这样经过多次MINLP的计算，最终该过流节点对应的短路电流小于等于电流阈值，完成对该过流节点的MINLP迭代，并得到多个故障限流器安装位置和其对应的容量大小，构成一个过流节点对应的FCL安装位置集合和其对应的容量大小。接着对当前电路(根据上一个MINLP迭代的结果，即FCL安装位置集合和其对应的容量大小，在电路中安装FCL，得到当前电路)进行下一个母线迭代，确定另外一个过流节点(如果不存在过流节点，则结束母线迭代和MIVLP迭代，完成故障限流器布点优化和容量选择)，并对另外一个过流节点进行如上所述的MINLP迭代。如上循环，直到电力系统中各节点的短路电流值不超过电流阈值。通过母线迭代和混合整数非线性规划迭代的双重迭代方法，搜索整个解决方案空间，在电力系统中确定安装FCL的位置和容量大小，有效的实现故障限流器在电力系统中的优化配置。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述步骤2包括：步骤2.1、根据所述各节点对应的所述导纳值，计算得到所述电力系统的节点导纳矩阵；步骤2.2、对所述节点导纳矩阵进行矩阵LDU分解，得到节点阻抗矩阵；步骤2.3、根据所述节点阻抗矩阵和接收的发电机参数值，计算各节点在短路时的短路电流值，所述发电机参数值包括次暂态电抗和电势参数。进一步，所述步骤5包括：根据故障限流器安装位置和所述限流安装位置对应的容量，对所述各节点对应的各线路的所述导纳值进行加减更新，计算得到所述各节点对应的各线路的新的导纳值。本专利技术的进一步有益效果是：由于在实际安装时，装设FCL后FCL影响的线路不仅仅是其装设的那一条线路，还对其周围的其他线路也会有影响，因此，每循环一次MINLP之前或每进行一次母线迭代之前，均需要重新计算当前电路(根据上一个MINLP迭代的结果，即FCL安装位置集合和其对应的容量大小，在电路中安装FCL，得到当前电路)中的各线路的导纳值，在当前的新的导纳值的基础上，进行下一次的MINLP迭代或母线迭代。进一步，所述混合整数非线性规划公式包括变量定义信息、变量约束条件信息和目标函数；所述变量定义信息包括故障限流器安装位置、故障限流器激活状态和故障限流器装设容量，其中，所述故障限流器激活状态定义为故障限流器处于触发状态；所述变量约束信息包括线性约束和非线性约束，其中，所述线性约束包括故障限流器的安装位置约束、故障限流器的激活状态约束、仅在安装故障限流器的位置存在故障限流器被触发的情况、激活状态的限制和故障限流器短路容量的限制，其中，所述激活状态的限制表示为在一次优化过程中只能有一个故障限流器处于激活状态；所述非线性约束表示为用于抑制短路电流超标的计算短路电流的包括收敛系数的约束条件；所述目标函数为：BT代表经济性指标，CS代表安装故障限流器的固定成本，Si代表是否装设故障限流器，CZ代表单位容量的故障限流器的成本，Zi代表装设的容量。进一步，所述步骤4中，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量，包括：根据所述线性约束条件和所述非线性约束条件，优化故障限流器的安装位置和故障限流器的装设容量，使得所述收敛系数收敛，且根据优化后的故障限流器的安装位置、优化后的故障限流器的装设容量和所述故障限流器参数求解所述目标函数得到的所述经济性指标最低，则优化后的故障限流器的安装位置为所述故障限流器安装位置，优化后的故障限流器的装设容量为所述故障限流器安装位置对应的容量。本专利技术的进一步有益效果是：通过一种混合整数非线性规划的迭代方法，搜索每个过流节点对应的各条线路空间，确定安装FCL的具体位置和容量大小，使得同时满足成本最低和将短路故障电流限制在断路器遮断容量内这两个目标，提高了故障限流器在电力系统中的优化配置。为了解决本专利技术的技术问题，还提供了一种故障限流器布点优化和容量选择系统，包括：过流节点迭代模块，用于根据接收的电力系统的离线数据，计算得到电力系统各节点对应的各线路的导纳值；根据所述各节点对应的所述导纳值和接收的发电机参数值，计算得到所述各节点在短路时的短路电流值，所述离线数据包括电力系统结构和电力系统潮流数据；判断所述短路电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点，并发送所述过流节点至非线性规划迭代模块；若无，结束故障限流器的布点优化和容量选择；非线性规划迭代模块，用于接收并根据所述过流节点迭代模块发送的所述过流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，包括：步骤1、根据接收的电力系统的离线数据，计算得到电力系统各节点对应的各线路的导纳值；步骤2、根据所述各节点对应的所述导纳值和接收的发电机参数值，计算得到所述各节点在短路时的短路电流值，所述离线数据包括电力系统结构和电力系统潮流数据；步骤3、判断所述短路电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点，并执行步骤4；若无，结束故障限流器的布点优化和容量选择；步骤4、根据所述过流节点，建立其对应的混合整数非线性规划公式，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量；步骤5、根据所述导纳值、所述故障限流器安装位置和其对应的容量，计算得到所述各线路的新的导纳值；步骤6、根据所述发电机参数值和所述新的导纳值，计算并判断所述过流节点对应的短路电流值是否超过所述电流阈值，若是，执行步骤4；若否，得到并保存对应所述过流节点的故障限流器安装位置集合和其对应的容量，并根据所述新的导纳值，执行步骤2。

【技术特征摘要】
1.一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，包括：步骤1、根据接收的电力系统的离线数据，计算得到电力系统各节点对应的各线路的导纳值；步骤2、根据所述各节点对应的所述导纳值和接收的发电机参数值，计算得到所述各节点在短路时的短路电流值，所述离线数据包括电力系统结构和电力系统潮流数据；步骤3、判断所述短路电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点，并执行步骤4；若无，结束故障限流器的布点优化和容量选择；步骤4、根据所述过流节点，建立其对应的混合整数非线性规划公式，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量；步骤5、根据所述导纳值、所述故障限流器安装位置和其对应的容量，计算得到所述各线路的新的导纳值；步骤6、根据所述发电机参数值和所述新的导纳值，计算并判断所述过流节点对应的短路电流值是否超过所述电流阈值，若是，执行步骤4；若否，得到并保存对应所述过流节点的故障限流器安装位置集合和其对应的容量，并根据所述新的导纳值，执行步骤2。2.根据权利要求1所述的一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.1、根据所述各节点对应的所述导纳值，计算得到所述电力系统的节点导纳矩阵；步骤2.2、对所述节点导纳矩阵进行矩阵LDU分解，得到节点阻抗矩阵；步骤2.3、根据所述节点阻抗矩阵和接收的发电机参数值，计算各节点在短路时的短路电流值，所述发电机参数值包括次暂态电抗和电势参数。3.根据权利要求2所述的一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，所述步骤5包括：根据故障限流器安装位置和所述限流安装位置对应的容量，对所述各节点对应的各线路的所述导纳值进行加减更新，计算得到所述各节点对应的各线路的新的导纳值。4.根据权利要求3所述的一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，所述混合整数非线性规划公式包括变量定义信息、变量约束条件信息和目标函数；所述变量定义信息包括故障限流器安装位置、故障限流器激活状态和故障限流器装设容量，其中，所述故障限流器激活状态定义为故障限流器处于触发状态；所述变量约束信息包括线性约束和非线性约束，其中，所述线性约束包括故障限流器的安装位置约束、故障限流器的激活状态约束、仅在安装故障限流器的位置存在故障限流器被触发的情况、激活状态的限制和故障限流器短路容量的限制，其中，所述激活状态的限制表示为在一次优化过程中只能有一个故障限流器处于激活状态；所述非线性约束表示为用于抑制短路电流超标的计算短路电流的包括收敛系数的约束条件；所述目标函数为：BT代表经济性指标，CS代表安装故障限流器的固定成本，Si代表是否装设故障限流器，CZ代表单位容量的故障限流器的成本，Zi代表装设的容量。5.根据权利要求4所述的一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，所述步骤4中，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量，包括：根据所述线性约束条件和所述非线性约束条件，优化故障限流器的安装位置和故障限流器的装设容量，使得所述收敛系数收敛，且根据优化后的故障限流器的安装位置、优化后的故障限流器的装设容量和所述故障限流器参数求解所述目标函数得到的所述经济性指标最低，则优化后的故障限流器的安装位置为所述故障限流器安装位置，优化后的故障限流器的装设容量为所述故障限流器安装位置对应的容量。6.一种故障限流器布点优化和容量选择系统，其特征在于，包括：过流节点迭...

【专利技术属性】
技术研发人员：林湘宁，陈乐，李正天，彭咏泉，刘畅，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网湖北省电力公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42