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随着电力系统规模增加、互联程度加深,部分节点短路电流水平迅速提高,甚至超过断路器的最大可遮断电流。若短路故障不能被及时切除,超高水平的短路电流将对电力系统设备造成损害,甚至导致电力系统失稳,出现大面积崩溃。目前所提出的短路电流抑制措施可分为“堵”和“泄”两种方案,分别使用故障电流限制器(Fault current limiter, FCL)和故障电流泄流器(Fault current splitter, FCS)。本文针对上述两种方案在大电力系统中的优化配置问题,提出了相应的配置方法,并对两种措施的特性进行了对比分析,具体工作如下:
FCL在大电网中的优化配置问题,是一个混合整数非线性规划(Mixed integer non-linear programming, MINLP)问题,其求解难度随系统规模的增大而迅速提高。为提高求解效率,提出了一种不需要依赖于启发式智能搜索算法或求解器的快速选址定容方法。该方法将FCL分解成若干个阻抗单元并通过迭代将其逐次添加到网络中;考虑FCL对全局短路电流下降量的贡献,提出了全局敏感因数(Global sensitivity index, GSI)用于直接确定单次迭代中阻抗单元的最优位置;使用动态变化的阻抗值zGSI计算GSI,可避免FCL被限于提前确定的安装位置范围内。通过三个算例验证,展示了该方法的快速、高效和在大系统中的优越性。
FCS在大电网中的优化配置问题同样是一个复杂的MINLP问题,且必须考虑其对故障时系统电压的影响,确保系统的安全性。因此,建立了以FCS对负荷影响最低为目标的优化模型。该模型考虑了系统内母线、线路和发电机的最大短路电流约束,寻求在系统安全范围内对系统影响最低的FCS配置措施;采用CBEMA(Computer Business Equipment Manufacturer Association)提出的设备敏感曲线定义电压暂降对负荷的影响,以减小因额外电压暂降而故障的负荷数量;提出了多重寻优PSO对该模型进行求解,该算法在全局搜索能力、搜索空间以及变量维度上均具做了改进。利用两个算例展示了该模型和算法的有效性。
针对两种措施的特点,进行了对比研究。在IEEE30节点系统中,利用上述方法求得相应配置策略,并从短路电流抑制效果、系统电压降、网损和成本方面进行对比分析,得出了FCS在各母线上平均抑制效果优于FCL且成本更低、技术更成熟,但其增加了发电机向网络注入的短路电流,并产生更大系统电压暂降的结论。综上所述,FCS更加适用于规模较大、分层分区明显且发展潜力较大的电力系统,而FCL更适用于某些已经高度发达、电网结构复杂的负荷中心地区。
FCL在大电网中的优化配置问题,是一个混合整数非线性规划(Mixed integer non-linear programming, MINLP)问题,其求解难度随系统规模的增大而迅速提高。为提高求解效率,提出了一种不需要依赖于启发式智能搜索算法或求解器的快速选址定容方法。该方法将FCL分解成若干个阻抗单元并通过迭代将其逐次添加到网络中;考虑FCL对全局短路电流下降量的贡献,提出了全局敏感因数(Global sensitivity index, GSI)用于直接确定单次迭代中阻抗单元的最优位置;使用动态变化的阻抗值zGSI计算GSI,可避免FCL被限于提前确定的安装位置范围内。通过三个算例验证,展示了该方法的快速、高效和在大系统中的优越性。
FCS在大电网中的优化配置问题同样是一个复杂的MINLP问题,且必须考虑其对故障时系统电压的影响,确保系统的安全性。因此,建立了以FCS对负荷影响最低为目标的优化模型。该模型考虑了系统内母线、线路和发电机的最大短路电流约束,寻求在系统安全范围内对系统影响最低的FCS配置措施;采用CBEMA(Computer Business Equipment Manufacturer Association)提出的设备敏感曲线定义电压暂降对负荷的影响,以减小因额外电压暂降而故障的负荷数量;提出了多重寻优PSO对该模型进行求解,该算法在全局搜索能力、搜索空间以及变量维度上均具做了改进。利用两个算例展示了该模型和算法的有效性。
针对两种措施的特点,进行了对比研究。在IEEE30节点系统中,利用上述方法求得相应配置策略,并从短路电流抑制效果、系统电压降、网损和成本方面进行对比分析,得出了FCS在各母线上平均抑制效果优于FCL且成本更低、技术更成熟,但其增加了发电机向网络注入的短路电流,并产生更大系统电压暂降的结论。综上所述,FCS更加适用于规模较大、分层分区明显且发展潜力较大的电力系统,而FCL更适用于某些已经高度发达、电网结构复杂的负荷中心地区。