给定运行模式下电网主宰特性研究与应用

论文摘要

电网复杂性以及电力市场竞争机制的引入使得电力系统运行调度与控制的直观性越来越差。因此,探索一种简捷直观的方法来分析复杂电网载荷变化规律,并用其监视电网运行的安全性具有重要意义。电力系统中的发电和负荷变化是有一定规律可循的,在这一思想指导下,基于给定运行规律,本文以揭示复杂电网存在主宰特性为核心,将国内外涉及相关问题的研究归类为主宰特性,对其理论、识别、及不同状况下的特点进行了深入的探索性研究和分析。首先,以有功功率传输为研究对象,提出了运行模式、输电通路、主宰通路及其单调性等基本概念;在给定的运行模式下,从线性系统出发,给出了主宰特性存在的理论基础;进一步地,结合灵敏度的概念,对电力系统中的主宰特性进行了定性的研究;简单系统的算例表明,当无功支撑充分时,系统的线性度较好,主宰特性继续保持成立。其次,深入讨论了输电元件模型,结合运行圆和极限圆的概念,对输电元件的有功限值进行了修正;在给定运行模式下,分三种情况由浅入深地对电力系统中的主宰特性进行了研究:第一,在直流潮流基础上,考虑进正弦函数的非线性,建立了数学模型,对输电元件输送有功功率与节点注入之间的函数单调关系以及主宰特性的存在性进行了严格的数学证明,并给出了估计主宰区间的算法;第二,再考虑进电阻参数,即损耗的影响,论证了有损情况下,输电元件有功流依然是节点注入的单调函数,而且主宰特性依然成立,但是主宰区间与无损耗时相比会根据r/x的大小发生偏移;第三,定性的讨论了,电压水平和无功功率对有功功率主宰特性的影响。结合5节点系统算例对上述三种情况进行了比较验证。最后,在上述研究基础上,讨论了主宰特性在电力系统中的应用。提出了基于一定时间内负荷预测数据的主宰元件识别方法,探讨了主宰元件及其主宰特性在网络输电能力评估、网络安全预警以及网络结构评价方面的应用,指出KVL的存在是网络存在复杂性的根本原因。针对山东电网500kV网络的研究表明,网络主宰特性研究能够正确的进行实际电网的能力评价和安全监视,其功能与传统的关键输电断面监视一致,并且该方法更加简单直观,这对于简化调度员工作量,以及进行实时和超前的电力系统安全控制与决策有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究与主宰特性相关的问题现状
• 1.2.1 输电能力分析
• 1.2.2 电网可视化的监控
• 1.2.3 电网复杂性分析
• 1.2.4 非线性电路理论研究主宰特性
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 主宰特性研究的基础理论
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 运行模式
• 2.1.2 输电通路
• 2.1.3 主宰通路及其单调性
• 2.2 线性系统中的主宰特性
• 2.2.1 线性电力网络分析
• 2.2.2 直流潮流中的主宰特性
• 2.3 灵敏度理论应用
• 2.4 算例分析
• 2.4.1 5节点系统
• 2.4.2 30节点系统
• 2.5 小结
• 第3章 三种情况下的主宰特性分析
• 3.1 输电元件模型
• 3.1.1 π型等值电路
• 3.1.2 输电元件有功能力修正
• 3.2 无损全PV系统中的主宰特性
• 3.2.1 无损非线性系统数学模型
• 3.2.2 输电元件有功流的单调性
• 3.2.3 主宰通路的单调性
• 3.2.4 辐射型网络的优点
• 3.3 损耗对主宰特性的影响
• 3.3.1 损耗对有功传输特性的影响
• 3.3.2 有损与无损情况下主宰特性比较
• 3.4 电压无功对主宰特性的影响
• 3.4.1 电压水平对有功传输的影响
• 3.4.2 无功功率对主宰通路的影响
• 3.5 算例分析
• 3.6 小结
• 第4章 主宰特性在电力系统中的应用
• 4.1 主宰元件识别
• 4.1.1 划分运行模式时段
• 4.1.2 形成运行模式向量
• 4.1.3 潮流计算确定主宰元件
• 4.2 网络可用输电能力评估
• 4.2.1 ATC评价新指标
• 4.2.2 提高ATC
• 4.2.3 网络安全预警
• 4.3 几种特殊现象
• 4.3.1 并行流对ATC的困扰
• 4.3.2 交易顺序对ATC的困扰
• 4.3.3 非单调性对ATC的困扰
• 4.4 算例分析
• 4.5 小结
• 第5章 结论与展望
• 附录A 5节点系统拓扑结构图及参数
• 附录B IEEE30节点系统拓扑结构图及参数
• 附录C 山东电网500kV网架结构图及输电元件参数
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的项目
• 学位论文评阅及答辩情况表