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耗散功率分量的算法分析与应用

杨帮宇  
【摘要】: 同频率电源的正弦稳态线性电路中,各电源引起的阻抗支路耗散功率分量问题,不仅本身是一个重要的理论问题,而且还涉及到电网安全经济问题(如输电拥塞缓解和可用输电能力等)的可靠快速求解。对该问题,目前尚无完全基于电路定律且物理意义清晰的解答。 在国家和省自然科学基金的资助下,本文围绕支路耗散功率分量模型和算法及其在输电网固定成本分配、阻塞缓解和可用输电能力等问题中的应用展开了深入细致的研究。 针对同频率独立电源和阻抗支路构成的普通正弦稳态线性电路,给出了耗散功率分量的定义。对国内外几种典型的支路耗散功率分量算法进行了深入的研究,理论上指出了这些方法的合理性、优劣和适用范围。经仿真算例验证,根据博弈论中Shapley值的三条公理,通过严密的数学分析、推导的弱条件耗散功率分量转归算法完全满足耗散功率分量定义,是一种值得推崇的耗散功率分量算法。这为它在电力市场环境下广泛应用奠定了基础。 对由联营交易、双边交易构成的单一和混合市场模式,给出一种简洁的描述交易功率与电网节点注入功率之间关系的方法,使其不仅适用有功和无功联营发电交易、联营负荷交易,也适用双边交易。基于支路耗散功率分量算法,从电路理论出发,将支路耗散功率同时自然地转归给交易,从而在物理层面明确了交易量对支路耗散功率的策动作用。仿真结果验证了算法的有效性。 基于支路耗散功率分量算法,推导了一种将线路潮流同时自然地转归给各个交易的解析方法,从而在物理层面上建立了交易量与线路潮流之间的量值关系。结合输电网固定成本及交易对线路有功潮流的使用程度,进一步提出了将输电网固定成本转归给各个交易的具体策略。该文方法适用于混合交易模式的电力市场。它既满足电网的物理特性,又给出了良好的经济信号。仿真结果验证了文中方法的有效性和可行性。 基于支路潮流分量算法,探讨了电力市场多种交易模式下输电网阻塞管理问题。结合交易优先级和线路潮流转归给交易分量的大小,进一步提出了调整交易以缓解线路阻塞的具体方案。和基于灵敏度方法的阻塞管理算法相比,该方法不依赖平衡节点的选择,消除了灵敏度方法选取平衡节点不同带来的结果多变性,确保了阻塞管理方案的唯一性和准确性。通过仿真算例,验证了所提出方法的正确性。 基于功率圆分析了超、特高压线路的输电能力以及通过动态无功补偿改善线路输电能力的措施。提出一种考虑功角和电压稳定约束计算可用输电能力的新方法。针对功角和电压稳定约束表达复杂的问题,首先基于功率圆推导出线路传输有功功率极限值,分析表明,当电力系统发生功角失稳或电压失稳前,输电网络中至少有1条线路输送的有功功率达到其传输有功功率极限。因此,用线路传输有功功率极限近似简洁地表达这2种复杂约束的方法,建立考虑功角和电压稳定约束的可用输电能力新模型。针对此模型中线路安全稳定约束表达式的复杂非线性,运用支路耗散功率分量法给出了一种以电源出力为变量的近似线性表达式,构建了一种新的可用输电能力最优潮流模型。对模型中线性度不同的约束,采用逐次线性化和逐段线性化相结合的方法处理。在求解过程中直接考虑线路安全稳定约束,避免了牛顿法中被动校验和变更起作用约束带来的模型和求解的低效性。仿真结果表明,该模型和算法改进了最优潮流的收敛性和求解速度。


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