架空輸電線路輸電能力的研究.pdf

1、隨著節(jié)能減排政策的提出，能源使用的潔凈化迫在眉睫，電源得到了快速的發(fā)展，風(fēng)電作為一種清潔和可再生能源得到了很好的重視，越來越多的風(fēng)電場直接并入輸電系統(tǒng)，風(fēng)電場輸出功率對風(fēng)速有較大的依賴性，其固有的波動性和不可控性必然對電網(wǎng)的輸電能力產(chǎn)生影響，而且隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，負(fù)荷不斷攀升，電網(wǎng)輸電能力呈現(xiàn)不足，因此，在現(xiàn)有電網(wǎng)運(yùn)行條件下，如何準(zhǔn)確計算架空輸電線路的輸電能力，充分挖掘架空輸電線路潛在的能力，提高現(xiàn)有電網(wǎng)的使用效率，緩解輸電能力不足

2、，已成為學(xué)術(shù)界和工程界共同關(guān)注的焦點。
　　 目前，動態(tài)熱定值(dynamic thermal rating，DTR)技術(shù)已較為成熟，DTR技術(shù)通過輸電線路上增加各種測量、通信設(shè)備，實現(xiàn)對輸電線路運(yùn)行溫度、熱定值的實時跟蹤和計算，有效挖掘了輸電線路的輸電潛力，輸電線路動態(tài)熱定值和大型風(fēng)電場并網(wǎng)對架空輸電線路輸電能力的研究，無論從深度和廣度上都提出若干新的問題，如:DTR技術(shù)硬件的依賴性及其運(yùn)行維護(hù)的昂貴費(fèi)用，使其應(yīng)用難以普及的問

3、題;DTR熱定值基礎(chǔ)上，綜合考慮電壓水平和功角靜穩(wěn)等電力系統(tǒng)運(yùn)行限制的運(yùn)行條件下輸電線路載荷能力定值問題;風(fēng)速變化是隨機(jī)的，風(fēng)速及風(fēng)功率的準(zhǔn)確預(yù)測問題;大型風(fēng)電場并網(wǎng)，風(fēng)電場輸出功率的波動影響電網(wǎng)輸電能力的問題等，為此，本文在動態(tài)熱定值環(huán)境下，及風(fēng)電場并網(wǎng)背景下，對架空輸電線路輸電能力進(jìn)行了深入的研究。研究的主要內(nèi)容和成果如下:
　　 (1)針對DTR技術(shù)對硬件的依賴性及其運(yùn)行維護(hù)的昂貴費(fèi)用，給出了在僅需測量輸電線路載流和導(dǎo)線溫

4、度的情況下實現(xiàn)DTR功能的方法。首先，對IEEE標(biāo)準(zhǔn)的輸電線路熱平衡方程各項系數(shù)的計算公式及其相關(guān)的物理意義進(jìn)行了描述，在此基礎(chǔ)上，將輸電線路熱平衡方程離散化，將風(fēng)向、風(fēng)速、日照、環(huán)境溫度等綜合影響通過輸電線路熱平衡方程離散參數(shù)來進(jìn)行等效;其次，利用限定記憶廣義最小二乘遞推估計方法實現(xiàn)熱平衡方程離散參數(shù)的在線估計，該方法克服了經(jīng)典最小二乘遞推法的增益矩陣隨時間推移漸趨于零而導(dǎo)致的修正能力降低問題，獲得了熱平衡方程離散參數(shù)的一致、無偏估計

5、。在采樣時間較短的連續(xù)采樣過程中，通過遞推過程實現(xiàn)了熱平衡方程時變離散參數(shù)的近似連續(xù)辨識，達(dá)到了對輸電線路熱平衡方程在線建模的目的;再次，在輸電線路熱平衡方程離散參數(shù)已知的情況下，方便地實現(xiàn)了輸電線路長期和短期熱載荷能力的實時在線定值;最后，通過算例分析表明基于輸電線路熱平衡方程離散參數(shù)的輸電線路載流量在線定值簡化了氣象條件量測系統(tǒng)，只需測量輸電線路載流量和導(dǎo)線溫度即可實現(xiàn)輸電線路長期和短期最大允許載流量實時在線定值，從而有效挖掘輸電線

6、路的輸電潛力。
　　 (2)針對運(yùn)行條件下的輸電線路載荷能力除了受熱限制外，還受到電壓水平和功角靜穩(wěn)等電力系統(tǒng)運(yùn)行限制，在DTR熱定值基礎(chǔ)上，建立了運(yùn)行條件下交流輸電線路載流量在線定值模型和算法。首先，通過簡化的輸電線路送、受端系統(tǒng)等值模型，對線路運(yùn)行的系統(tǒng)實時狀態(tài)對線路載荷能力的影響進(jìn)行了定性分析，其具體體現(xiàn)在分析不同電壓等級下，輸電線路送受端系統(tǒng)簡化等值參數(shù)對線路載流量的影響，從而說明了建立實時狀態(tài)下系統(tǒng)等值模型在線分析輸電

7、線路載荷能力的必要性;其次，通過系統(tǒng)節(jié)點阻抗矩陣的變換和等值化簡，推導(dǎo)出建立考慮系統(tǒng)的整體性，體現(xiàn)并行流對輸電線路載荷能力影響的送受端系統(tǒng)雙端電源等值模型。該模型推導(dǎo)過程簡單，且物理意義明確;最后，基于狀態(tài)估計，實現(xiàn)在線跟蹤雙端電源等值參數(shù)，并綜合考慮熱電流、電壓和靜態(tài)穩(wěn)定限制，實現(xiàn)運(yùn)行條件下輸電線路載荷能力在線定值計算，通過山東電網(wǎng)220kV輸電線路載流量在線定值的計算驗證了模型和計算方法的有效性。
　　 (3)精確的風(fēng)速預(yù)測

8、，有助于風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測的精度提高，有效地減輕或避免風(fēng)電并網(wǎng)帶來的不利影響。首先，在不需要大量的歷史數(shù)據(jù)資料情況下，采用新一代中尺度非靜力WRF預(yù)報模式進(jìn)行風(fēng)速預(yù)測，利用WRF模式提供的高分辨率優(yōu)先級設(shè)計，有效定位風(fēng)電場地理位置，捕獲天氣系統(tǒng)的特征，利用不同物理方案的選擇和先進(jìn)的資料同化系統(tǒng)，建立多種風(fēng)速預(yù)測模型方案;其次，針對各種不同的方案分別進(jìn)行預(yù)測時效為12小時和24小時的風(fēng)速預(yù)測，最后，與由山東安成風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)獲得的風(fēng)電

9、場實測風(fēng)速數(shù)據(jù)相比較，通過誤差分析驗證基于WRF模式的風(fēng)速預(yù)測是提高預(yù)測精度的新的有效方法。本文基于WRF模式風(fēng)速預(yù)測以全方位的展示與設(shè)計視角為研究理念，風(fēng)速預(yù)測的研究采用了從全球預(yù)報資料GFS的預(yù)報輸入，到WRF模式的核心處理，直至基于GRADS軟件的可視化輸出，形成了立體化的風(fēng)速預(yù)測框架基調(diào)。
　　 (4)針對風(fēng)電場風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測是緩解電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力，提高風(fēng)電接納能力的有效手段之一。本文將風(fēng)速預(yù)測法和風(fēng)功率曲線預(yù)測法有機(jī)結(jié)

10、合，進(jìn)行風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測的研究。首先，采用直接法、比恩法、最大值法和冪函數(shù)法分別建立風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總的功率曲線;其次，把四種方法所建立的風(fēng)功率曲線與基于WRF模式的風(fēng)速預(yù)測相結(jié)合，進(jìn)行預(yù)測時效為12小時和24小時的風(fēng)功率預(yù)測研究;最后，運(yùn)用平均相對誤差法、均方根法、相關(guān)系數(shù)法和風(fēng)電功率預(yù)報準(zhǔn)確率法針對不同方法下得出的預(yù)測功率值與山東安成風(fēng)電場實際風(fēng)功率輸出值進(jìn)行分析比對，經(jīng)綜合分析和驗證，運(yùn)算簡捷的非線性冪函數(shù)法不失為提高風(fēng)功率預(yù)測

11、精度的有效方法。
　　 (5)針對大型風(fēng)電場并網(wǎng)，風(fēng)電場輸出功率的波動必然影響電網(wǎng)輸電能力問題，以及在以往輸電斷面內(nèi)輸電線路載荷能力求解過程中電源節(jié)點端電壓維持不變（PV節(jié)點）的假設(shè)，使輸電線路輸電能力計算偏于樂觀等問題，首先，在輸電線路熱載荷為DTR熱定值背景下，建立了基于擴(kuò)展潮流，考慮大型風(fēng)電場和同步發(fā)電機(jī)組發(fā)電約束的計算輸電斷面最大輸電能力的潮流模型和方法。擴(kuò)展潮流打破了PV、PQ和平衡節(jié)點的假設(shè)，將描述元件動態(tài)特性的微分

12、方程加入到潮流計算中，將傳統(tǒng)潮流方程與動態(tài)元件的狀態(tài)方程聯(lián)立求取其穩(wěn)態(tài)解，同時解出系統(tǒng)中各個節(jié)點的電壓、相角、各種動態(tài)元件內(nèi)部的狀態(tài)變量，比傳統(tǒng)潮流計算得出了更多的信息，更加全面地描述了電力系統(tǒng)的模型;其次，基于擴(kuò)展潮流模型和方法，分析大型風(fēng)電場并網(wǎng)位置、風(fēng)速和風(fēng)功率變化及同步發(fā)電機(jī)調(diào)速器和勵磁系統(tǒng)等動態(tài)元件運(yùn)行限制對電網(wǎng)輸電能力的影響;最后，通過算例分析驗證了由于擴(kuò)展潮流模型中考慮了各類電源的發(fā)電約束對電網(wǎng)輸電能力的影響，計算結(jié)果更符