基于电热协调的电网潮流计算及最优潮流研究

【摘要】：输电线路长期处于户外恶劣条件下工作,其输送容量受线路最大运行温度限制。传统电力系统分析利用静态或动态热定值作为载流量计算依据,无法考虑线路温度动态变化过程对电网潮流的影响,限制了线路输电能力。而电热协调理论以导线电阻为纽带,将导线热平衡方程与电网潮流方程耦合计算,直接以线路温度约束表征输电能力,从而能有效利用线路温升的热惯性过程,深入挖掘线路输送能力,提高电网运行的经济性与可靠性,具有重要的理论及工程价值。为此,本文对基于电热协调理论的电网潮流计算与动态最优潮流展开研究。本文首先研究了架空输电导线在实际运行中的热交换过程及热平衡方程,分析了热平衡方程中各散热、吸热项计算模型及其参数项的简化计算方法。在此基础上,讨论了输电线路载流量计算方法,并结合实例分析了环境气象因素中日照强度、环境温度、风速及风向对载流量的影响。上述研究获得了输电线路的电热耦合特性,为后续研究提供了理论基础。随后研究了基于电热协调理论的电网潮流计算模型。结合电力系统常见的两种扰动情况(负荷跳变和线路断开)进行了实例分析。针对负荷跳变算例,重点研究了欧拉法、改进欧拉法及龙格库塔法等时间离散算法在不同时长下对潮流计算精度造成的影响。结果表明,时间步长取值为0.5min时,不同算法的计算结果基本相同且具有较高精度,但随着时长增加,各算法均出现不同程度的误差。其中,龙格库塔法误差增加最小,而欧拉法误差增加最大。因此在模型计算中,选择时长较小时可用采用计算量较小的欧拉法；时长较大时,则可视精度要求和计算规模选用改进欧拉法和龙格库塔法。该研究结论可为电热协调潮流计算模型的时间离散算法选择提供参考依据。最后,研究了基于电热协调的动态最优潮流模型原理及其求解所需的原对偶内点优化算法。以系统发电费用最小为目标,结合实例仿真验证了电热协调对于电网潮流优化控制的优势。在此基础上,将电热协调理论引入至以电网切负荷最小为目标的最优潮流模型中,并对负荷跳变和线路断开两种扰动情况进行了算例仿真。结果表明与传统模型相比,电热协调模型能够有效地减少系统切负荷量,避免不必要的切负荷操作,提高电网供电能力。