计及元件故障的电力系统输电阻塞评估和辨识的方法

摘要

受输电线路热容量和系统稳定性的限制，输电线路输送功率达到或超过输电容量限制时会出现阻塞现象。通常，根据电力系统拓扑结构、电气参数、运行参数及负荷水平等确定性信息，通过潮流分析，即可判断阻塞是否发生。这种阻塞判断方法为传统的确定性方法，即只能给出某时刻是否阻塞的判断，而不能给出阻塞程度的描述。
　　在电力系统运行及电力市场中，存在多种不确定因素，如：负荷预测的不确定性、发电计划的随机性、电力设备（发电机、线路、变压器等）故障的随机性、电价的不确定等。这些都会引起输电阻塞的不确定性。因此，除了知道阻塞的确定性判断外，电力系统运行人员还需知道阻塞的程度，即未来一段时间内阻塞出现的概率、频率以及线路裕度等信息。还有，对存在输电阻塞的系统，如果能辨识引起输电阻塞的关键元件，并从源头上采取相应措施，可望从本质上缓解或消除输电阻塞。因此，计及不确定因素的输电阻塞评估、输电阻塞关键元件的辨识等研究可为电力系统运行、检修、维护等提供更充分的决策依据，具有重要的理论和工程实用价值。
　　本文对计及元件故障等不确定因素的输电阻塞评估方法、电力系统输电阻塞跟踪及薄弱环节辨识方法等进行了研究；在此基础上，进一步研究了含风电场的电力系统输电阻塞评估。本文主要内容如下：
　　①为克服大多数方法只能针对单一潮流断面阻塞分析的不足，结合负荷时序变化特点，基于负荷时序曲线分析输电阻塞现象的概率特性，利用聚类分析法对负荷进行分层分级，基于Monte Carlo法建立计及负荷曲线的多时段的输电阻塞概率评估模型。以IEEE-RTS为例，利用评估模型计算出单一输电线路阻塞概率指标，验证了评估模型的可行性和正确性。
　　②分别从输电元件和系统层面提出刻画阻塞程度的指标体系。评估输电元件阻塞程度的指标包括：线路阻塞概率、线路阻塞频率、线路阻塞容量和线路受阻电量；评估系统阻塞程度的指标包括：系统阻塞概率、系统阻塞频率、系统阻塞容量和系统受阻电量。该指标体系从两个层面（即输电元件、系统）、三个方面（概率、频率和容量）建立较完备的指标体系，其既能从整体上评估系统阻塞状况，又能给出输电元件阻塞的严重程度。
　　③计及电力元件（发电机、线路、变压器等）随机故障等不确定因素，基于非时序MonteCarlo模拟法，建立输电阻塞的概率评估模型。基于Monte Carlo法抽取元件状态，形成系统状态，并计算系统故障状态潮流，通过机组调度和负荷削减等措施，以判断输电元件的阻塞状况。如果输电元件发生阻塞，则累计阻塞指标，重复抽样，直至抽样完成，最后计算出系统和每一输电元件的阻塞概率、阻塞频率、阻塞容量和受阻电量。以IEEE-RTS为例进行算例分析，验证了模型的有效性和正确性；同时，算例结果表明：电力元件的可靠性参数、负荷削减策略等对输电阻塞指标均有较大影响。
　　④为从源头上找到系统输电阻塞的“诱因”，借鉴可靠性跟踪技术，提出阻塞跟踪的准则，即：故障元件分摊准则、比例分摊准则，建立输电阻塞跟踪模型及Monte Carlo求解方法。对某一抽样状态，若系统出现阻塞，则基于比例分摊方法将该状态出现的概率和频率、失去的电量等指标分摊到各故障元件。基于所有系统抽样状态，各元件累计各自分摊到的指标，即可得到各元件的阻塞跟踪指标，实现输电元件（系统）阻塞指标的跟踪，从而辨识引起输电元件（系统）阻塞的薄弱环节。以IEEE-RTS为例进行算例分析，结果表明本文提出的阻塞跟踪模型及算法可将阻塞指标公平合理地分摊到各元件，并辨识引起输电阻塞的关键元件。
　　⑤由于风电具有间歇性、波动性等特点，其并网后对电网调度、运行等均会产生影响。为刻画风电并入电网对输电阻塞的影响，提出风电出力对输电阻塞的贡献指标体系，以描述风电场并入电力系统对输电阻塞变化的贡献；建立计及风电场出力-负荷相关性的大电网系统输电阻塞评估模型。从系统输电阻塞角度，定义风电场的发电容量可信度；建立基于Monte Carlo法的计及元件故障的风电场容量可信度模型，提出该模型的二分法求解算法。以IEEE-RTS修改系统作为算例，分析并入风电场位置及容量对系统输电阻塞的影响。

目录

封面

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1引言

1.2 电力系统输电阻塞指标

1.3 电力系统输电阻塞评估方法

1.4电力系统输电阻塞的跟踪和消除措施

1.5 含新能源电力系统输电阻塞的研究现状

1.6 本文的主要研究内容及框架结构

2 电力系统输电阻塞评估的Monte Carlo模拟法

2.1引言

2.2 Monte Carlo法

2.3负荷多状态聚类分析模型

2.4负荷削减策略

2.5输电阻塞评估的非时序Monte Carlo法

2.6算例分析

2.7小结

3 计及元件故障的输电阻塞指标体系和评估方法

3.1 引言

3.2 发输电元件的可靠性模型

3.3电力系统输电阻塞指标

3.4 计及元件故障的输电阻塞模型

3.5计及元件故障的输电阻塞模型求解算法

3.6算例分析

3.7本章小结

4 电力系统输电阻塞跟踪及薄弱环节辨识方法

4.1 引言

4.2输电阻塞跟踪的准则

4.3发输电组合系统输电阻塞跟踪模型

4.4输电阻塞跟踪算法

4.5算例分析

4.6 本章小结

5 含风电电力系统的输电阻塞指标和评估模型

5.1 引言

5.2风电场出力模型

5.3计及风电场出力-负荷相关性的抽样模型

5.4风电出力对输电阻塞的“贡献”指标

5.5含风电电力系统输电阻塞的评估算法

5.6基于输电阻塞的风电场容量可信度

5.7算例分析

5.8本章小结

6 结论与展望

6.1本文研究工作总结

6.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 论文附表