论文摘要
因输电能力制约使发、用电间不能经济的协调,对电力工业乃至社会的发展都是不利的,也是不和谐的。因此,在现有电网运行条件下,如何充分挖掘输电元件潜在能力,缓解输电能力不足,或者缓建输电走廊,已成为学术界和工程界共同关注的焦点。目前,动态热定值(DTR)技术已相当成熟,能够实现对输电元件运行温度、热定值的实时跟踪和计算,但尚未与电网运行决策有机结合,其效能发挥依然存在可挖掘的空间。对此,在电网运行调度、控制决策中体现输电元件热载荷能力本质,进行电网运行的电热协调理论研究,对高效率使用现有电网、节能减排、适应市场竞争等具有重要理论和现实意义。在此背景下,本文将输电元件电热耦合规律融入电网潮流、优化潮流,以及电网的静态安全评估和实时安全校正控制之中,完善电网运行的电热协调理论体系,丰富和发展电网运行分析及优化调度的理论和算法。本文主要研究工作和创新成果可概括如下：(1)就DTR技术与电网优化调度与控制决策相结合的问题,提出超前热定值概念,其目的在于通过调度协调电热耦合的动态过程,实现对输电元件热惯性性质有预见性地利用,体现电热协调思想,是对电网优化调度理论的发展。(2)分析输电元件电热耦合规律与潮流规律的耦联关系,将输电元件热平衡方程引入电网潮流模型,提出计及电热耦合的过程潮流数学模型。针对模型的代数微分方程联立形式,利用隐式梯形差分方法将模型代数化,并在牛顿法修正方程基础上,提出适应电热耦合处理的快速解耦算法。该模型和算法实现了电气量和输电元件温度量的统一处理,使潮流不仅能反映电的信息,而且能够提供输电元件的温度变化轨迹,是传统潮流模型和算法的扩展。不同场景下的仿真结果验证了模型和算法的有效性。(3)在超前热定值概念基础上,将电热耦合规律引入优化潮流模型,建立电热耦合的动态优化潮流模型。模型以发电运行成本最小为目标,引入电热耦合潮流方程约束和输电元件温度作为决策量,以温度作为输电元件热限制,能够实现电热耦合动态过程的有机协调,充分利用输电元件热惯性。将模型差分化,形成代数形式的动态优化潮流问题,使用内点法求解,并根据KKT方程求解的牛顿法修正矩阵特点,提出解耦的计算方法,使优化计算得以简化。简单电网下三种调度方式的对比结果说明了所提出模型和算法的有效性。(4)针对上述电热耦合动态优化潮流模型的复杂度问题,通过保守性假设简化热平衡方程表达并忽略温度变化对潮流的影响,建立简化模型。其以输电元件载流函数的积分形式代表温度变化量,消去模型中的热平衡方程约束以及温度决策量,有效降低了模型复杂度。与原始电热耦合动态优化潮流模型对比结果说明了所提出简化模型的有效性。(5)提出电热协调下的静态安全评估方法,在电热耦合潮流模型基础上,简化处理热平衡方程,求得其解析解表达并忽略输电元件温度变化对潮流的影响,将电热耦合潮流解耦,实现对预想事故下输电元件稳态温度及允许温升时间的快速计算。依据该计算结果对预想事故进行筛选和严重性排序,建立完整的电热协调下电网静态安全评估体系。评估结果能够反映预想事故下电网输电元件载流与温度变化的不同步性,提供允许温升时间和事故严重性排序预警信息,有利于调度合理选择严重事故,同时为安全控制措施的制定提供参考。(6)针对事故导致输电元件载流越限情况下的实时安全校正控制问题,引入电热耦合规律,提出电热协调实现电网实时安全校正的优化过程控制模型,并给出机理分析。模型以事故后校正控制代价最小为目标,引入电热耦合潮流方程约束和输电元件温度作为决策量,自动把握温度变化于过程控制之中。模型能够实现在保障电网安全运行的前提下,充分利用输电元件热惯性以兼顾控制的经济性。不同电网载荷状态下的计算结果验证了模型的有效性。
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