靜態(tài)條件下輸電能力計算及可用輸電能力決策研究.pdf

1、電網(wǎng)是電力傳輸?shù)妮d體，其輸電能力直接影響發(fā)電和用電的水平，是電力系統(tǒng)運行中一直關(guān)注的重要指標(biāo)。當(dāng)其作為市場的載體時，又體現(xiàn)商品流動允許空間的大小及差異，顯現(xiàn)不同的市場信號。隨著市場競爭程度的不斷增強，尤其是多種交易(聯(lián)營、雙邊交易)模式共存時，現(xiàn)存方式、總輸電能力、可用輸電能力(ATC)及其裕度等概念相繼出現(xiàn)。電網(wǎng)輸電能力的計算和ATC的決策在維持系統(tǒng)運行的安全、輸電阻塞的處理、正確引導(dǎo)市場交易的進行等方面具有特別的意義，已成為電力市場

2、中一項十分重要而又有許多問題亟待解決的研究與實踐課題。 本文在回顧、評述國內(nèi)外關(guān)于輸電能力問題研究狀況的基礎(chǔ)上，在電力系統(tǒng)運行調(diào)度層面，從更廣義的角度出發(fā)，對靜態(tài)條件下輸電能力的計算和ATC的決策進行了全面、深入的研究，在輸電能力計算算法和ATC決策機制研究方面取得相應(yīng)進展，進一步清晰了電力市場環(huán)境下輸電能力的概念和ATC的內(nèi)涵，初步構(gòu)建了適應(yīng)市場經(jīng)濟規(guī)律的輸電能力綜合評價體系。 首先，就輸電能力計算的算法研究，針對不同

3、的要求，改進、提出了適應(yīng)不同場景下輸電能力的計算方法，并達到工程實用的效果。主要的工作和貢獻體現(xiàn)在： (1)由輸電元件傳輸功率特性分析，導(dǎo)出輸電元件電壓、相角和能力間的圓圖規(guī)律，通過這一規(guī)律在電壓假設(shè)為常數(shù)條件下，使輸電元件的載流能力得到修正，進而代入直流潮流靈敏度類的直接計算，有效修正了該計算所帶來的結(jié)果的冒進性，在保持其簡潔、快速的同時，提高了精度，并達到在實際大電網(wǎng)實用的效果； (2)針對無功、電壓水平對直流潮流條

4、件下計算結(jié)果的影響，通過交流潮流，有機考慮各種靜態(tài)約束條件，對反復(fù)潮流的直接計算方法在步長、約束條件的處理以及計算效率等方面進行了改進，配合直流潮流的直接法，使輸電能力直接計算算法的實用化向前邁進了一步； (3)在直流潮流框架下，建立了廣義輸電能力的線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型和算法。該模型可方便進行多種狀況(電網(wǎng)、源點、受點)下的輸電能力表達，如任意指定源、受點集合，各種約束條件等，體現(xiàn)其廣義性。針對該模型，提出由初始點不可行的原對偶路徑

5、跟蹤內(nèi)點法進行求解，并在其中對尺度因子、屏障因子、計算步長以及稀疏規(guī)律等做了有效處理，使算法在靈活性、計算問題的規(guī)模、解算速度以及魯棒性上有良好性能，達到實用水平； (4)針對當(dāng)前研究現(xiàn)狀，以優(yōu)化數(shù)學(xué)算法和輸電能力物理本質(zhì)充分融合為思路，進行了交流潮流下輸電能力優(yōu)化算法的研究。論證、分析表明在正常情況下，決定輸電能力的主部是輸電元件的電壓相位，輸電能力最大同電網(wǎng)網(wǎng)損最小在目標(biāo)上是一致的，由此將輸電能力計算分成兩個子問題，一是增量

6、輸電能力預(yù)測子問題，該問題可簡化為無損的線性等值電路，通過線性規(guī)劃進行解算；二是隨輸電能力主部變化，相應(yīng)建立的一定有功模式下網(wǎng)損最小的非線性無功優(yōu)化子問題，通過非線性規(guī)劃的原對偶路徑跟蹤內(nèi)點法解算該子問題，以校正無功流分布對輸電能力的影響。由上述，并在給出有理論依據(jù)的步長控制規(guī)則及收斂準(zhǔn)則后，可形成兩個子問題交替求解的輸電能力計算新算法。該算法實現(xiàn)了將輸電能力反映的物理規(guī)律同數(shù)學(xué)優(yōu)化手段的有機結(jié)合，適應(yīng)了電力系統(tǒng)運行規(guī)律，簡化了求解模型

7、，使算法處理簡便且概念清楚。實踐表明，新模型和算法可達到與基于完整優(yōu)化模型的算法一樣的計算精度，且計算速度快，適應(yīng)了大規(guī)模系統(tǒng)應(yīng)用； (5)在上述算法研究的基礎(chǔ)上，以移相控制器為例，通過附加注入功率的方式解決有FACTS設(shè)備時輸電能力計算的處理，并對直流潮流下輸電能力優(yōu)化方法進行了擴展，表明其有效性。 其次，在輸電能力計算研究的基礎(chǔ)上，針對電力系統(tǒng)運行中存在的固有不確定性問題，進行了輸電能力概率模擬分析，為ATC決策機制

8、的建立鋪設(shè)了基礎(chǔ)。具體的工作和貢獻主要體現(xiàn)在： (1)將發(fā)電機組、輸電元件、負荷等元件的隨機不確定性以概率表達，通過非序貫：Monte-Carlo技術(shù)與輸電能力計算方法有機結(jié)合，以實現(xiàn)輸電能力的概率模擬； (2)針對模擬過程中由發(fā)電、輸電、負荷等各元件狀態(tài)所構(gòu)成的每一隨機系統(tǒng)狀態(tài)樣本，采用以高斯消元法為核心的類似線性方程組求解的快速拓撲分析方法，進行網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)分析，便于對模擬產(chǎn)生的任意狀態(tài)進行處理； (3)針對

9、每次模擬的拓撲分析結(jié)果，將不可行狀態(tài)的校正和可行狀態(tài)的輸電能力求解在同一模型下實現(xiàn)，使算法處理靈活； (4)對模擬過程的任意事件進行了詳盡的統(tǒng)計分析，使概率密度和累積概率的分布具有可信性。實踐表明，本文的概率模擬算法，在計算條件選擇以及不確定性的概率表達上貼近現(xiàn)實，在算法處理上有其靈活性，使廣義輸電能力的裕度達到清晰的概率量化，給出了可解析的風(fēng)險分布指標(biāo)，從而為市場環(huán)境下ATC的決策提供了科學(xué)依據(jù)。 再次，在上述研究的基

10、礎(chǔ)上，提出電網(wǎng)輸電均勻性的新觀點，以電力系統(tǒng)現(xiàn)存運行方式或調(diào)度與輸電能力的緊密聯(lián)系為主線，對市場環(huán)境下的ATc決策問題進行了深入研究。具體工作和貢獻主要體現(xiàn)在： (1)定義了衡量電網(wǎng)輸電能力均勻性分布的指標(biāo)，提出均勻電網(wǎng)、符合經(jīng)濟流電網(wǎng)的新概念，以描述電網(wǎng)輸電能力被利用的程度，并給出輸電能力和發(fā)電調(diào)度經(jīng)濟性相協(xié)調(diào)的理想電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，在輸電能力分析評判領(lǐng)域引入了新觀點； (2)構(gòu)造了發(fā)電費用與輸電均勻性加權(quán)的多目標(biāo)函數(shù)，通過對

11、安全經(jīng)濟調(diào)度與安全均勻調(diào)度的對比分析，以及權(quán)系數(shù)變化過程中發(fā)電費用與輸電均勻性的變化規(guī)律分析，揭示了系統(tǒng)現(xiàn)存發(fā)電調(diào)度與輸電能力之間的依賴關(guān)系； (3)大量分析表明，利用上述概念和方法可有效識別系統(tǒng)在特定模式下與符合經(jīng)濟流電網(wǎng)的偏差程度。當(dāng)偏差較大時，針對一定的系統(tǒng)負荷需求，不同的發(fā)電調(diào)度方式對進一步的輸電能力構(gòu)成顯著影響，同時決定著不同的發(fā)電費用。因此，建議在實際電力系統(tǒng)的運營中，調(diào)度方式的確定應(yīng)與輸電能力及其分布統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、折

12、中的進行考慮； (4)進一步，將上述概念和思想在概率條件下通過經(jīng)濟機制加以實現(xiàn)，提出一種在電力市場環(huán)境下考慮現(xiàn)存方式的ATC概率優(yōu)化決策新方法。該方法首先從經(jīng)濟上量化現(xiàn)存發(fā)電調(diào)度、切負荷及ATC間的有機聯(lián)系，建立以綜合效益最大化為目標(biāo)的的數(shù)學(xué)模型和算法；其中計及不確定性因素的概率規(guī)律，利用模擬獲得的ATC概率分布結(jié)果建立ATC收益和風(fēng)險折中的決策模型，通過序列優(yōu)化搜索以得到ATC的最優(yōu)值。該方法擴展了電力市場環(huán)境下的調(diào)度模型，同

13、時在概率下最優(yōu)ATC的決策方法上有進展。 最后，針對目前國內(nèi)用于電網(wǎng)輸電能力分析的軟件開發(fā)狀況，在上述研究成果基礎(chǔ)上，也充分吸取了已有成果，并結(jié)合國內(nèi)電網(wǎng)實際，自主研究、開發(fā)了一套融輸電能力計算和ATC決策于一體，注重工程實用性同時又具有一定理論前瞻性的電網(wǎng)輸電能力綜合評價系統(tǒng)，實現(xiàn)了對實際電網(wǎng)的分析和決策，由此也使本文研究的理論與實際得以結(jié)合。實踐表明，該系統(tǒng)在對實際電網(wǎng)分析方面表現(xiàn)出良好性能，分析結(jié)果可為電網(wǎng)運行方式的制定提