電網運行的電熱協調理論研究.pdf

1、因輸電能力制約使發(fā)、用電間不能經濟的協調，對電力工業(yè)乃至社會的發(fā)展都是不利的，也是不和諧的。因此，在現有電網運行條件下，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，已成為學術界和工程界共同關注的焦點。
　　 目前，動態(tài)熱定值(DTR)技術已相當成熟，能夠實現對輸電元件運行溫度、熱定值的實時跟蹤和計算，但尚未與電網運行決策有機結合，其效能發(fā)揮依然存在可挖掘的空間。對此，在電網運行調度、控制決策中體現輸電元件熱

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

3、值概念，其目的在于通過調度協調電熱耦合的動態(tài)過程，實現對輸電元件熱慣性性質有預見性地利用，體現電熱協調思想，是對電網優(yōu)化調度理論的發(fā)展。
　　 (2)分析輸電元件電熱耦合規(guī)律與潮流規(guī)律的耦聯關系，將輸電元件熱平衡方程引入電網潮流模型，提出計及電熱耦合的過程潮流數學模型。針對模型的代數微分方程聯立形式，利用隱式梯形差分方法將模型代數化，并在牛頓法修正方程基礎上，提出適應電熱耦合處理的快速解耦算法。該模型和算法實現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展。不同場景下的仿真結果驗證了模型和算法的有效性。
　　 (3)在超前熱定值概念基礎上，將電熱耦合規(guī)律引入優(yōu)化潮流模型，建立電熱耦合的動態(tài)優(yōu)化潮流模型。模型以發(fā)電運行成本最小為目標，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，能夠實現電熱耦合動態(tài)過程的有機協調，充分利用輸電元件熱慣性。將模型差分

5、化，形成代數形式的動態(tài)優(yōu)化潮流問題，使用內點法求解，并根據KKT方程求解的牛頓法修正矩陣特點，提出解耦的計算方法，使優(yōu)化計算得以簡化。簡單電網下三種調度方式的對比結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態(tài)優(yōu)化潮流模型的復雜度問題，通過保守性假設簡化熱平衡方程表達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、型復雜度。與原始電熱耦合動態(tài)優(yōu)化潮流模型對比結果說明了所提出簡化模型的有效性。
　　 (5)提出電熱協調下的靜態(tài)安全評估方法，在電熱耦合潮流模型基礎上，簡化處理熱平衡方程，求得其解析解表達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，實現對預想事故下輸電元件穩(wěn)態(tài)溫度及允許溫升時間的快速計算。依據該計算結果對預想事故進行篩選和嚴重性排序，建立完整的電熱協調下電網靜態(tài)安全評估體系。評估結果能夠反映預想事故下電網輸電元件載流

7、與溫度變化的不同步性，提供允許溫升時間和事故嚴重性排序預警信息，有利于調度合理選擇嚴重事故，同時為安全控制措施的制定提供參考。
　　 (6)針對事故導致輸電元件載流越限情況下的實時安全校正控制問題，引入電熱耦合規(guī)律，提出電熱協調實現電網實時安全校正的優(yōu)化過程控制模型，并給出機理分析。模型以事故后校正控制代價最小為目標，引入電熱耦合潮流方程約束和輸電元件溫度作為決策量，自動把握溫度變化于過程控制之中。模型能夠實現在保障電網安全運行