用于330千伏变电站的110千伏侧短路电流控制方法及系统与流程

本发明属于电力系统短路电流控制，尤其涉及一种用于330千伏变电站的110千伏侧短路电流控制方法及系统。

背景技术：

1、当前区域电网规模持续扩大、电源结构深度调整，330/110千伏两级降压变电站为电网枢纽核心设备，其110千伏母线普遍采用双母线双分段接线方式，主变高压侧多并列运行，中压侧常存在电磁环网未解环的运行现状。该类变电站运行过程中，110千伏侧作为重要的配电输出端，承担着区域电力负荷供电与电网联络的双重功能，其短路电流水平直接影响电网设备安全、保护配合有效性及供电可靠性。

2、现有330千伏变电站110千伏侧短路电流控制，主要采用主变分裂运行、母线固定分列运行、加装常规限流电抗器、改造高阻抗变压器等单一手段，部分场景会结合系统解环方式实现限流，上述手段均基于“增大系统阻抗、减少电源馈入”的核心思路，在工程中得到一定应用。

3、现有短路电流控制手段虽能实现一定限流效果，但在工程实践中暴露出诸多固有缺陷，无法兼顾电网安全性、经济性与供电可靠性，具体如下：

4、供电可靠性受损：主变分裂运行、母线固定分列运行会直接降低电网接线灵活性，若某一供电段发生故障，易导致负荷转供困难，增加停电范围与时长；系统解环操作会破坏电网网络结构，引发潮流重分布失衡，降低系统静态稳定裕度。

5、工程经济性差：改造高阻抗变压器需更换主变本体设备，投资成本高昂，且工期长，对电网正常运行影响大；常规限流电抗器长期串入线路，会产生持续无功损耗，增加电网运行成本，同时受变电站场地限制，部分改扩建站点无加装空间。

6、限流效果有限且不可控：单一限流手段仅能实现局部阻抗调整，对330千伏侧电源、邻近电厂、110千伏联络线的多重馈入电流无协同调控能力，部分变电站110千伏侧短路电流仍达38ka以上，接近110千伏断路器40ka额定开断电流的设计裕度临界值，设备选型受限，故障开断风险加剧。

7、保护配合难度大：常规限流装置的投退缺乏与电网保护系统的联动，易导致保护动作时间、定值与限流效果不匹配，引发保护误动、拒动问题。

8、专利文献cn122118635a公开了一种电力系统的短路电流控制方法、装置、电子设备及介质，所述电力系统包括第一交流等值电网、柔性直流和第二交流等值电网；第一交流等值电网通过交流断路器接入主变压器的第一母线侧；柔性直流和第二交流等值电网分别接入主变压器的第二母线侧；当检测到第一母线侧发生短路故障时，判断短路故障的故障类型；采用与故障类型对应的短路电流抑制策略对柔性直流的短路电流进行抑制，以抵消第二交流等值电网在第一母线侧发生短路故障时所产生的短路电流，降低馈入交流断路器的总短路电流。

9、专利文献cn120999545a公开一种受端电网短路电流的超导故障限流器与网架协同抑制方法，包括：首先，量化和构建了计及超导故障限流器配置与网架结构优化的短路电流约束模型。其次，针对新能源大规模接入与传统电源叠加和受端电网协调发展的短路电流超标问题，建立的超导故障限流器配置与网架结构优化的协同规划模型，其中主问题负责长期规划决策，目标为最小化总投资成本，子问题负责校验系统安全运行约束，目标为最小化运行成本。

10、对比文件 cn122118635a 依靠柔性直流装置实现短路电流抑制，方案依赖柔性直流设备，不适用于无柔性直流配置的常规 330/110kv 交流变电站；对比文件cn120999545a 主要针对超导故障限流器的规划配置，设备投资高昂，多用于新建电网规划，难以适配存量变电站改造工程。现有技术缺少 “主导馈入路径识别、故障短时阻抗投入、母线临时分列、主变中性点电抗接地、潮流闭环自适应” 协同的完整限流方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于330千伏变电站的110千伏侧短路电流控制方法及系统，该方法能实现在短路电流控制过程中，兼顾电网的安全性、经济性与供电可靠性。

2、为了实现本发明的第一个目的，提供了如下技术方案：一种用于330千伏变电站的110千伏侧短路电流控制方法，包括：

3、采集目标变电站的设计参数和全站拓扑数据，以构建全网短路电流精细计算模型；

4、基于改进节点导纳矩阵法对110千伏母线节点施加单位注入电流，结合全网短路电流精细计算模型演算，量化获得各电源以及110千伏联络线对110千伏母线短路电流的贡献权重；

5、本方法对传统节点导纳矩阵短路计算进行改进，区别于传统短路迭代求解，通过向 110kv 目标母线施加单位注入电流，直接解算各馈入支路的电流占比，得到各支路短路电流贡献权重，实现主导馈入支路快速识别。

6、基于所述贡献权重筛选排名前n位的高贡献支路作为110千伏母线的固定主导馈入路径，并在前期电路改造阶段对前n条固定主导馈入路径上设置由快速开关和限流电抗器并联而成的快速开关限流电抗器，以及在110千伏侧的母线分段开关位置串入快速真空断路器，其中n取值规则为：按照贡献权重从大到小累加支路贡献占比，当累加总贡献占比达到预设阈值，所对应的支路数量即为n。

7、在运行过程中出现短路故障的工况时，控制快速开关进行分闸，以将限流电抗器串入主导馈入路径的回路中，实现靶向支路限流；

8、若靶向支路限流后母线短路电流仍高于安全阈值，所述安全阈值为根据断路器额定遮断容量仿真预先整定的短路电流允许值，则控制快速真空断路器断开以实现母线的临时分列，并由原有保护开关切除故障；

9、当短路故障被可靠切除后，则控制快速真空断路器合闸，以恢复母线并列运行。

10、本发明通过靶向识别-多维度限流-潮流协同-动态适配，在不改变电网核心物理接线、不降低供电连续性的前提下，实现短路电流的精准且可控的抑制。

11、具体的，当变电站内配置多台主变时，预留单台主变保持330千伏侧热备用、110千伏侧开关分闸退出运行，其余主变正常在网运行；

12、全站所有主变中性点均采用小电抗接地方式，热备用主变预先配置电抗接地，保障其可直接并网投运；

13、全站依托多台主变电抗接地构成稳定零序通路，满足主变 n-1 停运工况下，系统仍具备可靠零序接地通路，通过全域电抗接地抬高系统零序等效阻抗，以限制单相接地短路电流。

14、具体的，所述小电抗接地方式的阻抗值根据系统零序短路电流水平仿真计算匹配取值。

15、具体的，所述设计参数包括主变零序/正序阻抗、中性点接地方式以及110千伏线路π型等值参数。

16、具体的，在运行过程中出现短路故障的工况时，还需要同步展开短时潮流优化调控，其具体措施如下：

17、下调并网电厂有功出力5%-8%，配合提升分区新能源静止无功发生器（svg）无功支撑能力，以保障110千伏分区无功就地平衡，稳定母线电压，同时也削弱故障工况下远方电源的短路电流助增效应，辅助强化限流效果。

18、具体的，在运行过程中还包括闭环自适应修正机制以调整监测短路故障的依据，所述闭环自适应修正机制的过程如下：

19、以15分钟为周期，依托pmu实时数据复核系统短路容量与各固定主导馈入路径的短路电流幅值，结合负荷、新能源出力动态工况变化，自适应修正故障限流启动阈值与短时潮流优化调控的参数并固化至站内ied装置，动态适配电网各类运行工况，确保突发短路故障发生时限流动作精准可靠。

20、具体的，全站所有控制指令通过iec 61850 goose协议毫秒级同步传输，指令联动传输响应总时长≤35ms；包含数据采集、逻辑判断、设备动作的完整闭环全过程响应总时长≤85ms。

21、为了实现本发明的第二个目的，提供了如下技术方案：一种110千伏侧短路电流控制系统，用于实现上述的110千伏侧短路电流控制方法，包括：

22、短路电流敏感度建模模块，根据目标变电站以及关联110千伏侧的实测数据与拓扑结构，筛选出固定主导馈入路径；

23、110千伏线路阻抗优化模块，将快速开关与限流电抗器并联的限流阻抗单元串入主导馈入路径，并在短路故障发生瞬间快速投入电抗器，实现瞬时限流；

24、主变运行策略优化模块，针对主变可随时并网投运工况，依托全域主变电抗接地结构抬高系统零序阻抗，以抑制单相接地短路电流；

25、110千伏母线拓扑动态重构模块，实时监测电网运行状态，在短路故障发生时控制110千伏侧母线分段位置的快速真空断路器瞬时分闸分列，多重阻断短路电流馈入通道，故障清除后快速合闸复归，恢复母线并列运行；

26、潮流主动引导控制模块，在短路工况下通过机组有功调减、新能源无功提升的精细化调控，实现分区无功就地平衡，协同硬件限流强化整体限流效果，保障系统稳定运行；

27、自适应闭环控制子模块，分别与同步相量测量单元pmu、站内智能电子设备ied通信连接，基于pmu实时数据完成系统短路容量在线复核、故障限流参数周期性自适应微调，并将修正后的限流参数下发固化至ied，动态匹配电网多变运行工况，保障突发短路故障瞬时，各限流设备速动控制的精准性与适配性。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果：

29、限流效果显著且可控：可将 110kv 母线短路电流控制在断路器安全遮断容量以内，显著提升断路器开断裕度；

30、供电可靠性不受损：所有限流措施均为“故障态触发、正常态恢复”，负荷停电时间＜0.5秒，联络线经过热稳定、动稳定校核无越限风险，电网接线灵活性与静态稳定裕度不受影响；

31、工程经济性优异：无需更换主变本体，仅通过加装快速开关、限流电抗器及快速真空断路器实现改造，投资成本较高阻抗变压器改造降低60%以上；无长期无功损耗，电网运行成本显著降低；

32、工程适配性强：改造方案仅需在现有接线基础上加装配套设备，无需改变物理接线，场地要求低，适用于改扩建变电站、新建变电站等各类场景，可根据工程特点灵活组合各模块，实用性强；

33、保护配合性好：所有控制指令通过iec 61850 goose协议毫秒级同步，与电网保护系统动作时序高度匹配，彻底解决保护误动、拒动问题。