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电力市场下基于FACTS的优化潮流控制研究

叶鹏  
【摘要】:现代电力系统在迅猛发展的同时,也暴露了输电网络脆弱的一面。现代电力系统的安全与经济运行正面临着新的挑战,其中如何对输电网络的潮流进行有效的调节和控制就是急需解决的问题之一。 灵活交流输电系统(简称FACTS)概念的提出和FACTS装置的快速发展为输电网络的潮流控制提供了新的手段,因而必然需要有一套先进、可靠且有效的潮流控制方法与其相适应。利用优化潮流方法解决FACTS的潮流控制问题是今后重要的发展方向之一,一些学者在这一领域进行了开拓性的工作。然而,这一领域的研究工作还不系统;在电力市场环境下,基于FACTS的潮流控制的分析和应用的研究也还刚刚展开。 本文以利用FACTS对系统的潮流进行优化控制为主线,对FACTS在电力系统优化问题中的模型、调节方式、求解方法等一系列问题进行了系统、深入研究,并重点讨论和分析了电力市场环境下与FACTS的优化潮流控制相关的一些问题。主要内容如下: 对FACTS?在优化潮流控制中的模型进行了研究。基于功率注入模型,详细分析了FACTS控制的引入对系统优化方程的影响。针对潮流控制确定了FACTS的控制参数和调节模式,对几种FACTS装置的等效注入功率模型进行了详细推导。 追溯了路径跟踪内点方法的起源、应用和发展趋势,阐述了该方法的基本理论。给出了一个利用非线性内点方法求解电力系统优化潮流问题的通用框架,并给出了具体的求解步骤。详细分析了FACTS?控制参数对优化方程海森矩阵的影响,并进一步提出在现有的EMS的优化潮流程序和算法基础上来考虑FACTS?控制的新思路。 对优化算法的收敛性能进行了计算分析。结果表明:基于本文提出的FACTS模型和控制参数下,采用路径跟踪内点方法求解含有FACTS的电力系统潮流优化控制问题,具有较好的性能。 在电力市场的背景下,基于不同的交易模式,提出含有FACTS控制的电力系统阻塞调度的优化模型。这些模型适用于不同运行机制下的电力市场阻塞调度分析。详细分析了FACTS在阻塞调度中的控制方法和控制作用。对在阻塞调度中考虑和不考虑FACTS?控制两种情况进行了对比分析。研究结果表明,FACTS?做为一种先进潮流调节和控制手段,可以有效的利用和提高现有互联网络的输送容量,消除线路的输电阻塞。通过优化潮流的方法来求解FACTS的优化控制问题是有效和切实可行的。 WP=4 分析了可用输电能力(简称ATC)问题的基本概念和主要求解方法,在此基础上,给出了考虑系统静态安全约束下,求解含有FACTS控制的区域间可用输电能力的优化模型。研究结果表明,在ATC受线路输送容量制约的情况下,FACTS控制可以充分利用现有网络的输送容量,较大的提高ATC值。采用优化潮流的方法来对ATC问题进行求解,可以较方便的考虑FACTS的控制,得到其最优的控制参数。 讨论了文中涉及的各种优化潮流模型的算法实现问题,基于本文给出的非线性内点方法的求解框架,只要经过较少的修改,就可以适用于不同形式的目标函数和控制变量的电力系统优化潮流控制问题。 针对统一潮流控制器(简称UPFC),提出一种分步调节,逐步优化确定UPFC在潮流控制中的最优控制参数的方法。在每一步的优化调节过程中,只引入UPFC串联侧的一个控制参数,从而减少了由于同时引入UPFC串联侧两个控制参数对该优化问题非线性和非凸性的影响。该方法既可以充分发挥UPFC的潮流调节能力,又可以满足电力系统潮流控制算法快速,可靠的要求。


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