一种优化配电线路开关保护动作时间的方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，具体是一种优化配电线路开关保护动作时间的方法。

背景技术

配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络，配电网作为高压电力输送的最后一级，为了实现配电网的安全、稳定和可靠运行，已全面推广使用具有继电保护功能的断路器作为配电网的馈线开关，在线路发生故障时，处于故障线路点上游的断路器快速跳闸，实现故障隔离，缩小故障造成的停电范围，减少对正常线路供电的影响。

在实际配电网中，当发生故障时，经常会出现越级跳闸和多级跳闸等现象，这是因为对于配电线路供电半径短，且线路上分段数较多，在线路发生故障时，故障位置上游各个开关处的短路电流水平往往差异比较小，无法针对不同的开关设置不同的电流定值，仅能依靠保护动作延时时间级差配合，以实现故障有选择性的切除。故而，配电线路级差配合保护动作延时时间的科学、合理设定对配电网的供电可靠性和供电质量意义重大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种优化配电线路开关保护动作时间的方法，可以缩小故障造成的停电范围，提高了配电网的供电稳定性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种优化配电线路开关保护动作时间的方法，包括如下步骤：

步骤1、根据变电站出口断路器过流保护动作时间，确定配网线路上开关动作时间级差，并按照从变电站至负荷的方向，以及先干线后支线原则，依次对开关排序；

步骤2、根据开关动作时间级差、配网线路上相邻断路器之间的用户数量及相邻断路器之间的线路长度，以故障造成的停电所影响的最小用户数量为目标，构建配电线路开关保护动作时间优化模型，表示为：

式中，p

步骤3、对建立的开关保护动作时间优化模型进行分析，将其转换为线型模型，表示为：

对线型模型求解，得到各开关保护动作时间。

进一步地，所述步骤1中确定配网线路上开关动作时间级差的过程为：

将变电站出线开关动作时间除以0.12的商取整数，再减去1，得到开关动作时间级差数，开关动作时间级差不大于开关动作时间级差数，表示为：

1≤X

式中，X

由于配网线路上从变电站至负荷方向的开关动作时间依次减少，所以上级开关动作时间级差大于下级开关动作时间级差，表示为：

A

当开关i和开关j的动作时间级差相同时，且电流是从开关i流向开关j时，A

进一步地，所述开关动作时间与开关动作时间级差相关，表示为：

y

式中，t为开关动作时间的一级级差时间，为0.12s；X

进一步地，所述步骤2中的最小用户数量表示为：

式中，p

所述开关j下游紧邻区间故障的概率和线路长度的关系表示为：

式中，l

进一步地，所述步骤3中的线型模型利用Yalmip工具箱调用cplex商业求解器进行求解。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明通过对开关保护动作时间优化线性模型进行求解，得到配网线路各开关的最优保护动作时间，减少了线路故障造成的停电用户数量，从而缩小了故障造成的停电范围，有利于实现配电网的安全和可靠运行，同时，可以避免现有的人工经验计算中因人为因素所引起的负面影响，提高了计算准确性和时效性。

以渭南供电公司900多条线路的82万用户为例，2022年故障2669线次，若所有线路按照本发明的方法来设定开关的最优保护动作时间，至少能够减少5万户次用户停电，提高了配网线路运行的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的单辐射配电线路结构示意图；

图2为本发明实施例中对开关排序后的单辐射配电线路结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。

一种优化配电线路开关保护动作时间的方法，包括如下步骤：

步骤1、根据变电站出口断路器过流保护动作时间，确定配网线路上开关动作时间的级差，并按照从变电站至负荷的方向，以及先干线后支线原则，依次对开关排序，其中：将变电站出线开关动作时间除以0.12的商取整数，再减去1，得到时间级差数，减去1的目的是让保护时间不为0，能够有效防止励磁涌流；

所述开关动作时间的级差不大于开关动作时间级差数，表示为：

1≤X

式中，X

由于配网线路上从变电站至负荷方向的开关动作时间依次减少，所以上级开关动作时间级差大于下级开关动作时间级差，表示为：

A

式中，X

当开关i和开关j的动作时间级差相同时，且电流是从i开关流向开关j时，A

Z

所述开关动作时间与开关动作时间的级差相关，表示为：

y

式中，t为开关动作时间的一级级差时间，为0.12s；X

步骤2、根据开关动作时间级差数、配网线路上相邻断路器之间的用户数量及相邻断路器之间的线路长度，以故障造成的停电所影响的最小用户数量为目标，构建配电线路开关保护动作时间优化模型，表示为：

式中，p

所述最小用户数量表示为：

所述开关j下游紧邻区间故障的概率和线路长度的关系表示为：

步骤3、对建立的开关保护动作时间优化模型进行分析，并将其转换为线型模型，表示为：

利用Yalmip工具箱调用cplex商业求解器对线型模型进行求解，得到各开关保护动作时间。

参见图1和图2，设定配网线路上存在三个分段开关，将主干线路分为四段，两个支开关可控制两个分支线路，线路参数如表1：

表1：配网线路参数

将变电站出口断路器的定值设置为1300A,0.4S，计算开关动作时间级差数为0.4除以0.12等于3.33,3.33取整减1等于2，所以线路上设两级动作时间级差，按照从变电站至负荷方向以及先干线后支线的原则，一次对开关进行排序，如图2所示，将表1中的相关配网线路参数代入建立的线型模型中，利用Yalmip工具箱调用cplex商业求解器进行求解，各开关保护动作时间如表2；

表2：各开关保护动作时间

为了验证所建立的配电线路开关保护动作时间优化方法的有效性，设置人工经验值场景进行验证，人工经验下的各开关动作时间如表3；

表3：人工经验下的各开关动作时间

对比本实施例的方法与人工经验下，停电影响用户数的期望如表4；

表4：本实施例的方法与人工经验下，停电影响用户数的期望

由表4可知，本实施例的方法下，停电影响用户数的期望更小，也就是说，通过本实施例提出的优化配电线路开关保护动作时间的方法更优，减少了因线路故障而停电对用户数量的影响。