電網(wǎng)運(yùn)行的電熱協(xié)調(diào)理論研究.pdf

1、因輸電能力制約使發(fā)、用電間不能經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)，對電力工業(yè)乃至社會(huì)的發(fā)展都是不利的，也是不和諧的。因此，在現(xiàn)有電網(wǎng)運(yùn)行條件下，如何充分挖掘輸電元件潛在能力，緩解輸電能力不足，或者緩建輸電走廊，已成為學(xué)術(shù)界和工程界共同關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　 目前，動(dòng)態(tài)熱定值(DTR)技術(shù)已相當(dāng)成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸電元件運(yùn)行溫度、熱定值的實(shí)時(shí)跟蹤和計(jì)算，但尚未與電網(wǎng)運(yùn)行決策有機(jī)結(jié)合，其效能發(fā)揮依然存在可挖掘的空間。對此，在電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度、控制決策中體現(xiàn)輸電元件熱

2、載荷能力本質(zhì)，進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行的電熱協(xié)調(diào)理論研究，對高效率使用現(xiàn)有電網(wǎng)、節(jié)能減排、適應(yīng)市場競爭等具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 在此背景下，本文將輸電元件電熱耦合規(guī)律融入電網(wǎng)潮流、優(yōu)化潮流，以及電網(wǎng)的靜態(tài)安全評估和實(shí)時(shí)安全校正控制之中，完善電網(wǎng)運(yùn)行的電熱協(xié)調(diào)理論體系，豐富和發(fā)展電網(wǎng)運(yùn)行分析及優(yōu)化調(diào)度的理論和算法。本文主要研究工作和創(chuàng)新成果可概括如下：
　　 (1)就DTR技術(shù)與電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度與控制決策相結(jié)合的問題，提出超前熱定

3、值概念，其目的在于通過調(diào)度協(xié)調(diào)電熱耦合的動(dòng)態(tài)過程，實(shí)現(xiàn)對輸電元件熱慣性性質(zhì)有預(yù)見性地利用，體現(xiàn)電熱協(xié)調(diào)思想，是對電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度理論的發(fā)展。
　　 (2)分析輸電元件電熱耦合規(guī)律與潮流規(guī)律的耦聯(lián)關(guān)系，將輸電元件熱平衡方程引入電網(wǎng)潮流模型，提出計(jì)及電熱耦合的過程潮流數(shù)學(xué)模型。針對模型的代數(shù)微分方程聯(lián)立形式，利用隱式梯形差分方法將模型代數(shù)化，并在牛頓法修正方程基礎(chǔ)上，提出適應(yīng)電熱耦合處理的快速解耦算法。該模型和算法實(shí)現(xiàn)了電氣量和輸電元件

4、溫度量的統(tǒng)一處理，使潮流不僅能反映電的信息，而且能夠提供輸電元件的溫度變化軌跡，是傳統(tǒng)潮流模型和算法的擴(kuò)展。不同場景下的仿真結(jié)果驗(yàn)證了模型和算法的有效性。
　　 (3)在超前熱定值概念基礎(chǔ)上，將電熱耦合規(guī)律引入優(yōu)化潮流模型，建立電熱耦合的動(dòng)態(tài)優(yōu)化潮流模型。模型以發(fā)電運(yùn)行成本最小為目標(biāo)，引入電熱耦合潮流方程約束和輸電元件溫度作為決策量，以溫度作為輸電元件熱限制，能夠?qū)崿F(xiàn)電熱耦合動(dòng)態(tài)過程的有機(jī)協(xié)調(diào)，充分利用輸電元件熱慣性。將模型差分

5、化，形成代數(shù)形式的動(dòng)態(tài)優(yōu)化潮流問題，使用內(nèi)點(diǎn)法求解，并根據(jù)KKT方程求解的牛頓法修正矩陣特點(diǎn)，提出解耦的計(jì)算方法，使優(yōu)化計(jì)算得以簡化。簡單電網(wǎng)下三種調(diào)度方式的對比結(jié)果說明了所提出模型和算法的有效性。
　　 (4)針對上述電熱耦合動(dòng)態(tài)優(yōu)化潮流模型的復(fù)雜度問題，通過保守性假設(shè)簡化熱平衡方程表達(dá)并忽略溫度變化對潮流的影響，建立簡化模型。其以輸電元件載流函數(shù)的積分形式代表溫度變化量，消去模型中的熱平衡方程約束以及溫度決策量，有效降低了模

6、型復(fù)雜度。與原始電熱耦合動(dòng)態(tài)優(yōu)化潮流模型對比結(jié)果說明了所提出簡化模型的有效性。
　　 (5)提出電熱協(xié)調(diào)下的靜態(tài)安全評估方法，在電熱耦合潮流模型基礎(chǔ)上，簡化處理熱平衡方程，求得其解析解表達(dá)并忽略輸電元件溫度變化對潮流的影響，將電熱耦合潮流解耦，實(shí)現(xiàn)對預(yù)想事故下輸電元件穩(wěn)態(tài)溫度及允許溫升時(shí)間的快速計(jì)算。依據(jù)該計(jì)算結(jié)果對預(yù)想事故進(jìn)行篩選和嚴(yán)重性排序，建立完整的電熱協(xié)調(diào)下電網(wǎng)靜態(tài)安全評估體系。評估結(jié)果能夠反映預(yù)想事故下電網(wǎng)輸電元件載流

7、與溫度變化的不同步性，提供允許溫升時(shí)間和事故嚴(yán)重性排序預(yù)警信息，有利于調(diào)度合理選擇嚴(yán)重事故，同時(shí)為安全控制措施的制定提供參考。
　　 (6)針對事故導(dǎo)致輸電元件載流越限情況下的實(shí)時(shí)安全校正控制問題，引入電熱耦合規(guī)律，提出電熱協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)時(shí)安全校正的優(yōu)化過程控制模型，并給出機(jī)理分析。模型以事故后校正控制代價(jià)最小為目標(biāo)，引入電熱耦合潮流方程約束和輸電元件溫度作為決策量，自動(dòng)把握溫度變化于過程控制之中。模型能夠?qū)崿F(xiàn)在保障電網(wǎng)安全運(yùn)行