一种混合结构矿井高压电网速断设置仿真检验方法技术

本发明专利技术公开了一种混合结构矿井高压电网速断设置仿真检验方法，该方法依据单向图的连通性，计算关联矩阵TH，关联矩阵NH和关联矩阵G；依据关联矩阵NH和关联矩阵G获得瞬时速断定值小于故障电流的支路节点集合T；依据节点集合T获得因短路故障需要跳闸的所有开关集合X，依据获得的集合X将相应开关的状态修改为分闸，执行跳闸操作；本发明专利技术依据混合结构矿井高压电网的供电系统特点构造相应的网络拓扑模型，能够很方便地完成混合结构矿井高压供电系统供电网络的拓扑辨识,并以此为基础获得因短路故障需要跳闸的开关集合，以检验当前的速断设置是否满足可靠性和选择性要求，达到速断设置仿真检验的目的。

Simulation test method for quick break setting of hybrid structure mine high voltage network

The invention discloses a hybrid structure of mine high-voltage power network quick break setting simulation test method, the method based on one-way connectivity graph, calculate the correlation matrix of TH, NH and G correlation matrix correlation matrix; basis of correlation matrix NH and correlation matrix G to obtain transient speed that branch fault current value node is less than the set T; based on the node a collection of T obtained by short circuit fault switch tripping all need to set X, according to the set of X will switch to the corresponding sub gate, execute tripping operation according to the network topology model; the corresponding power supply system structure characteristics of hybrid structure for high voltage mine, can easily complete the topology identification of hybrid structure of mine high voltage power supply the system of the power supply network, and on the basis of a switch by short circuit fault tripping need set, in order to test the current quick break set whether to meet Reliability and selectivity requirements, to achieve the purpose of speed setting simulation test.

【技术实现步骤摘要】
一种混合结构矿井高压电网速断设置仿真检验方法
本专利技术公开了一种混合结构矿井高压电网速断设置仿真检验方法，属于煤矿高压电网继电保护仿真校验领域。
技术介绍
35kV以上的电力网中存在多个电源，属于复杂闭式电网，故障计算及针对速断设置的仿真检验较为复杂；而矿井高压电网为6kV或10kV等级，两个电源应采用分列运行方式，或者是一路使用一路备用，属于单电源开式电网。一般情况下，在矿井高压电网中，相邻的出线开关都是从进线开关后的母线引出，但采用这种接线方式会导致煤矿井下供电级数较多，当发生短路故障时容易导致越级跳闸现象，为了能够降低煤矿高压供电系统的供电级数，在某些煤矿中采用了包含T型结构和一般结构的混合结构煤矿高压供电系统，以便能够有效限制煤矿高压供电系统的供电级数。文献“基于关联矩阵的矿井高压电网速断设置仿真检验方法”是针对一般情况下的煤矿高压供电系统完成速断设置仿真检验，针对包含T型结构的混合结构的矿井高压电网的速断设置仿真检验方法还未见报道。本专利技术提出的一种混合结构矿井高压电网速断设置仿真检验方法能够依据混合结构矿井高压电网的供电系统特点构造混合结构矿井高压供电系统的网络拓扑模型，能够很方便地完成混合结构矿井高压供电系统供电网络的拓扑辨识,并以此为基础获得因短路故障需要跳闸的开关集合，执行跳闸操作。最终，依据仿真得到的开关跳闸结果判断在此故障情况下，当前的速断设置是否满足可靠性和选择性要求，以达到速断设置仿真检验的目的。
技术实现思路
针对矿井高压供电系统，设置矿井高压供电系统的电源支路节点，电源支路节点是指由上级供电部门直接供电的支路节点；针对所有支路节点对应的高压开关设置相应的瞬时速断定值，保存在瞬时速断定值矢量SD中，依据支路节点编号可以在SD中找到相应支路节点对应的高压开关设置的瞬时速断定值；针对所有干路节点对应的高压开关设置相应的瞬时速断定值，保存在瞬时速断定值矢量GSD中，依据干路节点编号可以在GSD中找到相应干路节点对应的高压开关设置的瞬时速断定值。针对矿井高压供电系统，以进线开关连接的母线作为进线节点、以高压出线开关连接的支路作为支路节点，以干路高压开关连接的干路作为干路节点，如果进线节点有m个，支路节点有n个，干路节点有k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干路节点与干路节点的关联矩阵A，干路节点与支路节点的关联矩阵B，进线节点与干路节点的关联矩阵D，支路节点与进线节点的关联矩阵E，进线节点与支路节点的关联矩阵TE；关联矩阵A为k行k列，关联矩阵A以干路节点顺序号为行号，以干路节点顺序号为列号；关联矩阵B为k行n列，关联矩阵B以干路节点顺序号为行号，以支路节点顺序号为列号；关联矩阵D为m行k列，关联矩阵D以进线节点顺序号为行号，以干路节点顺序号为列号；关联矩阵E为n行m列，关联矩阵E以支路节点顺序号为行号，以进线节点顺序号为列号；关联矩阵TE为m行n列，关联矩阵TE以进线节点顺序号为行号，以支路节点顺序号为列号；具体步骤如下：（1）在生成关联矩阵A的过程中，A中第i行第j列的元素用表示；在i不等于j的情况下，如果第i行对应的干路节点由第j列对应的干路节点直接供电，且第i行对应的干路节点上高压开关状态为合闸，第j列对应的干路节点上高压开关状态为合闸，则，否则；在i等于j的情况下，如果第i行对应的干路节点上高压开关状态为合闸，则，否则；（2）在生成关联矩阵B的过程中，B中第i行第j列的元素用表示，如果第i行对应的干路节点由第j列对应的支路节点直接供电，且第i行对应的干路节点上高压开关状态为合闸，第j列对应的支路节点上高压开关状态为合闸，则；否则；（3）在生成关联矩阵D的过程中，D中第i行第j列的元素用表示，如果第i行对应的进线节点由第j列对应的干路节点直接供电，且第i行对应的进线节点上高压开关状态为合闸，第j列对应的干路节点上高压开关状态为合闸，则；否则；（4）在生成关联矩阵E的过程中，E中第i行第j列的元素用表示，如果第i行对应的支路节点由第j列对应的进线节点直接供电，且第i行对应的支路节点上高压开关状态为合闸，第j列对应的进线节点上高压开关状态为合闸，则；否则；（5）在生成关联矩阵TE的过程中，TE中第i行第j列的元素用表示，如果第i行对应的进线节点由第j列对应的支路节点直接供电，且第i行对应的进线节点上高压开关状态为合闸，第j列对应的支路节点上高压开关状态为合闸，则；否则。依据关联矩阵A和B计算干路节点与支路节点最终供电关联矩阵，关联矩阵为k行n列，在矩阵中可以描述某干路节点是由哪些支路节点供电的，在完成矩阵运算时，将矩阵元素与矩阵元素乘法运算定义为二进制与运算，将矩阵元素与矩阵元素的加法运算定义为二进制或运算；具体计算步骤如下：（1）依据支路节点上出线开关的分合闸状态，生成支路节点上高压开关开关状态矢量S，S包含n个元素；在S中，开关状态合闸，对应元素值为1；反之，则为0；（2）依据干路节点上高压开关的分合闸状态，生成干路节点上高压开关开关状态矢量Q，Q包含k个元素；在Q中，开关状态合闸，对应元素值为1；反之，则为0；（3）依据单向图的连通性，将关联矩阵A和关联矩阵B做乘法运算，得到原始的第1级干路节点与支路节点供电关联矩阵，；（4）依据关联矩阵A和L得到关联矩阵，；（5）如果和不相同，则将的数值赋予，重复执行步骤（4）；如果和相同，执行步骤（6）；（6）将S中的每个元素和矩阵C中每行的n个元素进行与运算后得到矩阵V，将Q中的每个元素和矩阵V中每列的k个元素进行与运算后得到矩阵U。依据单向图的连通性，计算直接通过进线节点连接的支路节点与支路节点的供电关联矩阵，关联矩阵为n行n列；在完成矩阵运算时，将矩阵元素与矩阵元素乘法运算定义为二进制与运算，将矩阵元素与矩阵元素的加法运算定义为二进制或运算；具体计算步骤如下：（1）依据进线节点上高压开关的分合闸状态，生成进线节点上高压开关开关状态矢量W，W包含m个元素；在W中，开关状态合闸，对应元素值为1；反之，则为0；（2）将W中的每个元素和矩阵D中每列的m个元素进行与运算后得到矩阵ND，将W中的每个元素和矩阵E中每行的m个元素进行与运算后得到矩阵NE；将W中的每个元素和矩阵TE中每列的m个元素进行与运算后得到矩阵NTE；（3）依据单向图的连通性，依据关联矩阵NE和NTE计算直接通过进线节点连接的支路节点与支路节点的直接供电关联矩阵；；（4）关联矩阵中第行第列的元素用表示，如果第个支路节点对应的高压开关为合闸状态，则将的数值修改为1，否则将的数值修改为0；其中；（5）依据关联矩阵计算关联矩阵，，执行步骤（6）;（6）如果矩阵和矩阵不同，则将矩阵的值赋予矩阵，重复执行步骤（5）；如果矩阵和矩阵相同，矩阵计算完成。依据单向图的连通性，计算支路节点与支路节点供电关联矩阵和支路节点与干路节点最终供电关联矩阵G，关联矩阵为n行n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；同时，在完成矩阵运算时，将矩阵元素与矩阵元素乘法运算定义为二进制与运算，将矩阵元素与矩阵元素的加法运算定义为二进制或运算；具体计算步骤如下：（1）依据关联矩阵NE和ND得到关联矩阵，；表示矩阵F中第i行第j列的元素；如果，表示支路节点由干路节点供电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合结构矿井高压电网速断设置仿真检验方法，其特征在于，所描述的速断设置仿真检验方法包括如下步骤：步骤11，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干路节点与干路节点的关联矩阵A，干路节点与支路节点的关联矩阵B，进线节点与干路节点的关联矩阵D，支路节点与进线节点的关联矩阵E，进线节点与支路节点的关联矩阵TE；步骤12，依据关联矩阵A和B计算干路节点与支路节点最终供电关联矩阵

【技术特征摘要】
1.一种混合结构矿井高压电网速断设置仿真检验方法，其特征在于，所描述的速断设置仿真检验方法包括如下步骤：步骤11，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干路节点与干路节点的关联矩阵A，干路节点与支路节点的关联矩阵B，进线节点与干路节点的关联矩阵D，支路节点与进线节点的关联矩阵E，进线节点与支路节点的关联矩阵TE；步骤12，依据关联矩阵A和B计算干路节点与支路节点最终供电关联矩阵；步骤13，依据单向图的连通性，计算直接通过进线节点连接的支路节点与支路节点的供电关联矩阵，关联矩阵为n行n列；步骤14，依据单向图的连通性，计算支路节点与支路节点供电关联矩阵和支路节点与干路节点最终供电关联矩阵G；步骤15，依据支路节点与支路节点供电关联矩阵和支路节点与干路节点最终供电关联矩阵G获得瞬时速断定值小于故障电流的支路节点集合T；步骤16，当T中节点开关跳闸时，为了能够准确地反映现场环境，由该开关供电的所有下级开关也要全部跳闸；因此需要依据开关状态矢量S和Q，以及节点集合T获得因短路故障需要跳闸的开关集合X1和X2；步骤17，依据开关状态矢量S和Q、开关集合X1和X2，获得因短路故障需要跳闸的所有开关集合X，依据获得的集合X将相应开关的状态修改为分闸，执行跳闸操作；在步骤16中，主要进行如下步骤：步骤161，针对T中存在的每一个支路节点，将其在支路节点开关状态矢量S中对应的元素值设置为0；针对T中存在的每一个干路节点，将其在干路节点开关状态矢量Q中对应的元素值设置为0；步骤162，针对矿井高压供电系统，依据开关状态矢量S和Q上的高压开关状态生成关联矩阵A、B、D、E、TE;步骤163，由关联矩阵A、B、D、E、TE及新的干路节点开关状态矢量Q和支路节点开关状态矢量S重新计算关联矩阵和；依据关联矩阵和，计算关联矩阵，矩阵；步骤164，针对煤矿高压供电系统每一个支路节点i重复执行步骤165和步骤166；步骤165，支路节点i直接给线路i供电，依据支路节点i在关联矩阵中对应的行号找到相应的行，然后找到该行中数值为1的所有元素对应的列号，再依据获得的每一个列号找到其对应的支路节点集合P1，P1是所有给线路i供电的支路节点集合；步骤166，如果集合P1中不存在电源支路节点，则将支路节点i加入到X1中；X1是因短路故障需要跳闸的所有支路节点开关集合；步骤167，针对煤矿高压供电系统每一个干路节点j重复执行步骤168和步骤169；步骤168，依据干路节点j在关联矩阵中对应的行号找到相应的行，然后找到该行中数值为1的所有元素对应的列号，再依据获得的每一个列号找到其对应的支路节点集合P2，P2是所有给干路节点j供电的支路节点集合；步骤169，如果集合P2中不存在电源支路节点，则将干路节点j加入到X2中；X2是因短路故障需要跳闸的所有干路节点开关集合。2.根据权利要求1所述的一种混合结构矿井高压电网速断设置仿真检验方法，其特征在于，在步骤12中，主要进行如下步骤：步骤21，依据支路节点上出线开关的分合闸状态，生成支路节点上高压开关开关状态矢量S，S包含n个元素；在S中，开关状态合闸，对应元素值为1；反之，则为0；步骤22，依据干路节点上高压开关的分合闸状态，生成干路节点上高压开关开关状态矢量Q，Q包含k个元素；在Q中，开关状态合闸，对应元素值为1；反之，则为0；步骤23，依据单向图的连通性，将关联矩阵A和关联矩阵B做乘法运算，得到原始的第1级干路节点与支路节点供电关联矩阵，；步骤24，依据关联矩阵A和L得到关联矩阵，；步骤25，如果和不相同，则将的数值赋予，重复执行步骤24；如果和相同，执行步骤26；步骤26，将S中的每个元素和矩阵C中每行的n个元素进行与运算后得到矩阵V，将Q中的每个元素和矩阵V中每列的k个元素进行与运算后得到矩阵U。3.根据权利要求1所述的一种混合结构矿井高压电网速断设置仿真检验方法，其特征在于，在步骤13中，主要进行如下步骤：步骤31，依据进线节点上高压开关的分合闸状态，生成进线节点上高压开关开关状态矢量W，W包含m个元素；在W中，开关状态合闸，对应元素值为1；反之，则为0；步骤32，将W中的每个元素和矩阵D中每列的m个元素进行与运算后得到矩阵ND，将W中的每个元素和矩阵E中每行的m个元素进行与运算...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新良，石峰，刘志怀，吴君，黄青改，张博，梁策，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41