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一种基于图论搜索的限制短路电流分区方法
摘要
随着电力系统的规模不断扩大，短路电流分析变得越来越重要，它可以帮助电力工程师轻松推断电力系统中的短路电流。根据电力工程的需要，对电力系统进行分区可以避免过于复杂和耗时，从而提高分析和计划能力。本文介绍了一种基于图论搜索的限制短路电流分区方法，并对其进行了分析。我们的方法定义了转换准则，必要的界限条件和搜索规则以生成电力系统的分区，并将其应用于IEEE118节点系统中。在性能评估和对比分析中，我们的方法比已有方法具有优越的计算性能和分析能力。
关键词：电力系统；限制短路电流；图论搜索；分区方法。
引言
电力系统是领域未广的领域之一，其具有复杂的结构和运行机理。在这样的系统中，短路电流是一个重要参数，它反映了系统在异常情况下的电流水平。因此，电力工程师要计算短路电流，以便确定保设备的参数和评估系统的可靠性。在计算过程中，需要考虑不同的设备工作状态、故障情况以及复杂的系统拓扑结构。在此背景下，各种短路电流计算方法和工具已经得到广泛应用。
随着电力系统不断扩大，短路电流计算的计算复杂性也会迅速增加。为了便于计算，可以将系统划分成若干个分区，在分区内进行短路电流计算。这种方法将系统分解成更小的部分，使得计算过程更加高校和易于实施。因此，快速而准确地生成系统分区方法是关键性的问题，因此需要一种高效的分区方法。
目前已有一些方法用于电力系统分区。例如，基于连通性理论和割顶集的划分方法1和用于非线性电路的部分差分方法2。然而，这些方法通常不能为短路电流计算提供准确和可靠的结果，因为它们仅关注系统的数量特性，而没有考虑具体的设备运行状态。另外，随着电气设备设计的进步，系统的复杂性和变化性导致现有的分区方法已无法满足需求。
在本文中，我们介绍了一种基于图论搜索的限制短路电流分区方法。该方法考虑到设备运行状态、负载和其他限制条件，生成最适合短路电流计算的分区。在这个系统中，我们定义了转换准则、必要的限界条件和搜索规则，用于快速地生成电力系统的分区。我们将此方法应用于IEEE118节点系统，并将其与其他方法进行性能评估和对比分析。结果表明，该方法比现有的方法具有优越的计算性能和分析能力。
本文的组织结构如下。在第二节中，我们将介绍现有的电力系统分区方法。在第三节中，我们将介绍本文所提出的基于图论搜索的限制短路电流分区方法。在第四节中，我们将应用此方法进行IEEE118节点系统的研究，具体包括性能评估、对比分析和实验结果，最后，在第五节中我们总结了本文的工作，以及未来研究的方向和重要性。
二、现有的电力系统分区方法
以前已经有很多关于电力系统分区方法的研究，其中一些基于直接分区原则和细分特定区域的指标。下面，我们将介绍两种基于连通性理论和割顶集的划分方法，以及用于非线性电路的部分差分方法。
一种基于连通性理论和割顶集的电力系统分区方法3在该方法中，将电力系统转换为图形，在该图形中，节点是任何类型的设备，如变压器，负荷，发电机等，边表示不同型号设备之间的接口。然后使用连通性理论创建分区，以便在其中进行短路电流计算。
约束短路电流计算中的操作是一个非常重要的问题。部分差分方法4是一种旨在避免操作错误的方法。该方法对电路进行全局分析，将各种文摘分组，并考虑文摘之间的因果关系和计算上下限。在分区中，部分差分方法将非线性电路分解成线性电路和部分差分部分，并且对于在线性部分中发生的不连续电流变化和计算误差，需要对其进行说明并尽量纠正。
三、基于图论搜索的限制短路电流分区方法
3.1转换准则
在我们的方法中，转换准则将电力系统转换为图形，以便使用图论算法生成电力系统的分区。在图形中，各个设备被转换为节点，且连接不同型号设备的边被称为连接矢量。这个图形可以表示成一个三元组$G=(V,E,D)$，式中$V$是节点集，$E$是连接矢量，$D$是方程集。对于$G$中的每个节点，还需要考虑节点的电气状态，以便进一步解决电路拓扑和运行状态的问题。
在转换的基础上，接下来需要考虑分区的合适性量度。在我们的方法中，将定义某些限制条件以确保分区的一致和可行性。最初，需要在分区方法中定义基本目标，例如时间效率或分析质量，并结合分区限制条件制定规则以避免问题的复杂和计算复杂性的增加。
3.2分区条件和搜索规则
分区的条件是指确定分区的一致性和可行性要求，包括设备接口、电气负载、设备开关状态和其他操作限制条件。搜索规则则是一组优化搜索步骤，可以使搜索过程更加高效，减少计算和优化分区的主要目标。在我们的方法中，分区限制条件和搜索规则作为整个图论搜索过程的一部分定义，以避免出现计算错误或其他问题状况。
在所有条件的考虑下，选择一组合适的搜索步骤是十分关键的。通常，这包括对待搜索的根和最小生成树的节点的兴趣值和度量方法的选择、搜索操作和运行时间限制等