确定多断面各输电断面可用输电能力的方法

摘要

本发明公开了一种确定多断面各输电断面可用输电能力的方法，涉及电力系统的运行与调度。该方法包括了输电断面关联性的判断和多断面可用输电能力的确定，其步骤是：先判断多个输电断面之间相关或无关，然后分别计算输电断面的可用输电能力。如果输电断面相关，则在计算输电断面的可用输电能力时，考虑输电断面之间可用输电能力的相互影响。本发明的优点是：模型准确，处理方法合理、准确，保证了结果的可靠性，可应用于大型互联电网的调度。

说明书

技术领域

本发明涉及电网调度，尤其涉及确定用于电网调度的多输电断面可用输电能力的方法。

背景技术

由于我国电力资源分布不均匀，长距离大容量输电在我国占有很大的比例；加之用电负荷逐年上涨，使得电网某些地方已经运行在其安全极限的边缘；另外，各种自然灾害的发生，让接近极限的电网更加危机重重。因此，在电网极限运行方式下，电网可用输电能力的计算是保证电网安全可靠运行的基础，在电网可用输电能力的约束条件下，采用合理的调度方法，不但能兼顾各方利益，还能保证电网运行的经济性。

可用输电能力(ATC - Available Transfer Capability)是指在确保电网安全运行和保证电力交易不变的情况下电网中由一个区域还能再向另一个区域输送多少电能。

ATC是确保电网安全可靠运行的重要信息，准确的计算ATC是保证电网安全可靠运行的前提。现有的ATC计算方法有采用连续潮流法来确定ATC的方法，这类方法一般采用的模型为负荷变化模型，但这类模型并不能反应实时的调度需求；同时考虑的不等式约束一般不能或仅能考虑暂态稳定约束，考虑的约束条件不是很全面，因此求出的ATC不能完全保证准确性。

多断面ATC问题的本质，在于充分分析断面之间输电极限的相互制约关系。断面间的输电极限相互制约关系复杂，在计算极限运行点的过程中，由于机组的调整而引起的运行模式的改变，不但影响着ATC计算的进度，同时还影响着全网的潮流流向及稳定性，这都将直接影响最终ATC计算的准确性。本章将针对这些问题进行深入研究。

电力系统潮流计算是进行电力系统稳态运行分析的一项基本计算，它是研究和分析电力系统的基础。在电力系统规划设计和现有电力系统运行方式的研究中，需要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。潮流计算的结果称为潮流结果。为方便计算潮流计算数据和潮流结果一般采用标幺值表示，用p.u表示。

常规潮流雅克比子阵是指潮流计算中雅克比矩阵的子阵，分别用                                                、、、表示，在潮流方程确定后，这些子阵的求解方法是唯一确定的。（《电力系统分析（下册）》何仰赞，温增银。）

在潮流计算中需要进行一种迭代计算，所谓迭代计算是指一种求解高维方程组的方法，这种方法通过不断求解方程解的改变量来修正方程近似解直到无限接近真实解为止，其中计算方程解的改变量的方程称为迭代方程。

连续潮流法是一种计算电压稳定用到的方法，它可以跟踪潮流结果的轨迹，从一个初始运行状态出发，逐步增加研究区域间的送受电量，直到静态电压稳定极限或是设备出现过负荷，即系统的临界最大潮流运行状态点。(Ejebe G C, Tong J, Waight J G, et al. Available transfer capability calculations. IEEE Trans on Power Systems, 1998, 13(4): 1521- 1527.)运行状态点是指包含四个参数确定的一个电网运行状态，为节点相角向量，为第j个节点的相角，为节点电压向量，为第j个节点的电压，为节点有功功率向量，为第j个节点的有功功率，为节点无功功率向量，为第j个节点的无功功率，其中各节点的发电机有功功率、无功功率，其中如果第j个节点没有发电机则赋值0；各节点的负荷有功功率、无功功率，其中如果第j个节点没有负荷则赋值0。

电力系统暂态稳定性是指电网受到大的扰动后，各个同步电机能否继续保持同步运行的能力，在电力计算中常用暂态稳定约束来描述。暂态稳定分析的计算方法一般用隐式梯形积分法，暂态稳定分析模块是利用计算机自动进行暂态稳定分析的程序模块。 

发明内容

本发明的目的是：提供一种确定多断面各输电断面可用输电能力的方法。该方法先判断多个输电断面之间相关或无关，然后分别计算输电断面的可用输电能力。如果输电断面相关，则在计算输电断面的可用输电能力时，考虑输电断面之间可用输电能力的相互影响。本发明的优点是：模型准确，处理方法合理、准确，保证了结果的可靠性，可应用于大型互联电网的调度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

确定多断面各输电断面可用输电能力的方法，该方法首先判断多个输电断面之间相关或无关，如果某个输电断面与其它输电断面无关，则该输电断面的可用输电能力为该输电断面在初始运行状态下的输电极限功率减去初始输送功率；相关的多个输电断面形成一个输电断面组，先利用连续潮流法分别计算输电断面在电网不同运行状态的输电极限功率，取输电极限功率的最小值减去该输电断面的初始输送功率作为该输电断面的可用输电能力。该方法包含下列步骤：

（a）在有m+n+1个节点和M个输电断面的电网中，其中m个为PQ节点，n个为PV节点，1个为平衡节点 (何仰赞等，电力系统分析(下).武汉:华中科技大学出版社,2002年.pp.52-53)；

（b）设定电网的初值：设第j个节点的发电机有功功率、无功功率，如果第j个节点没有发电机则赋值0；设第j个节点的负荷有功功率、无功功率，如果第j个节点没有负荷则赋值0；电网的潮流结果收敛于，为节点相角向量，为第j个节点的相角，为节点电压向量，为第j个节点的电压，为节点有功功率向量，为第j个节点的有功功率，为节点无功功率向量，为第j个节点的无功功率，表示电网初始运行状态点的参数，上述j=1,2,3，…，m+n+1；S_i表示第i个输电断面，表示S_i的初始输送功率，i=1,2,3，…，M；设定判断输电断面是否相关的标准参数x，0﹤x﹤1；

（c）在M个输电断面中任意选取两个输电断面—第k个输电断面S_k和第l个输电断面S_l，k和l均为大于等于1小于等于M的整数；

（d）利用连续潮流法(Ejebe G C, Tong J, Waight J G, et al. Available transfer capability calculations. IEEE Trans on Power Systems, 1998, 13(4): 1521- 1527.)分别计算输电断面S_k和输电断面S_l在电网初始运行状态下的输电极限，得到输电断面S_k和输电断面S_l的有功功率极限分别为和，此时电网的运行状态点参数分别是和；

（e）利用连续潮流法计算，在电网运行状态点参数为下输电断面S_l的输电极限，得到输电断面S_l的有功功率极限为；

（f）如果<x，则输电断面S_l与输电断面S_k无关；否则，输电断面S_l与输电断面S_k相关；

（g）k、l取遍大于等于1小于等于M整数的组合，从而得到所有与S_i相关的输电断面，i=1，2，3，…，M；

（h）如果第i个输电断面S_i与其它输电断面均无关，则将减去输电断面S_i的初始输送功率即为输电断面S_i的可用输电能力；如果第i个输电断面S_i与输电断面S₁，S₂，…，S_M中的N个输电断面相关，这N个输电断面用表示，用下面的方法确定输电断面S_i的可用输电能力；

（i）针对电网不同运行状态点参数；；…；，利用连续潮流法分别计算输电断面S_i在电网各运行状态点下的输电极限功率，用N个输电极限功率中的最小值减去输电断面S_i的初始输送功率即为输电断面S_i的可用输电能力。

本发明的优点是：

1、所建立的多断面可用输电能力计算模型准确、灵活，考虑的约束条件及计算模型在原则上可以根据需要选取；

2、对各种约束的处理方法较准确，保证可用输电能力计算的合理性；

3、本发明得到的几个参数，给出了一种到达输电断面输电功率警戒值的调度方法，调度人员是要以此为警戒线来合理的安排调度计划，其结果可以应用于大型互联电网的调度。

附图说明

图1为8机36节点系统。 

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

实施例一

确定多断面各输电断面可用输电能力的方法，该方法包含下列步骤：

（a）在有m+n+1个节点和M个输电断面的电网中，其中m个为PQ节点，n个为PV节点，1个为平衡节点 (何仰赞等，电力系统分析(下).武汉:华中科技大学出版社,2002年.pp.52-53)；

（b）设定电网的初值：设第j个节点的发电机有功功率、无功功率，如果第j个节点没有发电机则赋值0；设第j个节点的负荷有功功率、无功功率，如果第j个节点没有负荷则赋值0；电网的潮流结果收敛于，为节点相角向量，为第j个节点的相角，为节点电压向量，为第j个节点的电压，为节点有功功率向量，为第j个节点的有功功率，为节点无功功率向量，为第j个节点的无功功率，表示电网初始运行状态点的参数，上述j=1,2,3，…，m+n+1；S_i表示第i个输电断面，表示S_i的初始输送功率，i=1,2,3，…，M；设定判断输电断面是否相关的标准参数x，0﹤x﹤1；

（c）在M个输电断面中任意选取两个输电断面—第k个输电断面S_k和第l个输电断面S_l，k和l均为大于等于1小于等于M的整数；

（d）利用连续潮流法(Ejebe G C, Tong J, Waight J G, et al. Available transfer capability calculations. IEEE Trans on Power Systems, 1998, 13(4): 1521- 1527.)分别计算输电断面S_k和输电断面S_l在电网初始运行状态下的输电极限，得到输电断面S_k和输电断面S_l的有功功率极限分别为和，此时电网的运行状态点参数分别是和；

（e）利用连续潮流法计算，在电网运行状态点参数为下输电断面S_l的输电极限，得到输电断面S_l的有功功率极限为；

（f）如果<x，则输电断面S_l与输电断面S_k无关；否则，输电断面S_l与输电断面S_k相关；

（g）k、l取遍大于等于1小于等于M整数的组合，从而得到所有与S_i相关的输电断面，i=1，2，3，…，M；

（h）如果第i个输电断面S_i与其它输电断面均无关，则将减去输电断面S_i的初始输送功率即为输电断面S_i的可用输电能力；如果第i个输电断面S_i与输电断面S₁，S₂，…，S_M中的N个输电断面相关，这N个输电断面用表示，用下面的方法确定输电断面S_i的可用输电能力；

（i）针对电网不同运行状态点参数；；…；，利用连续潮流法分别计算输电断面S_i在电网各运行状态点下的输电极限功率，用N个输电极限功率中的最小值减去输电断面S_i的初始输送功率即为输电断面S_i的可用输电能力。

实施例二

图1是中国电力科学院8机36节点系统（颜伟，交直流系统的动态无功优化，电力系统自动化，2009年第10期）。其中PQ节点为m=32个，PV节点为n=3个，平衡节点1个。如图1所示进行分区，区域一有发电机3台，区域二有发电机3台，区域三有发电机2台，计算区域一到区域二的可用输电能力和区域三到区域二的可用输电能力。

按中国电力科学院8机36节点系统的结构参数和运行参数初始化电网结构及初始潮流结果。判断相关的标准参数x=20%。

采用实施例一中断面相关性计算方法，对该基本方式进行断面相关性计算，计算输电断面S1与输电断面S2的关联性。初始潮流的输电断面S1和输电断面S2线路功率如表1所示。

表1 初始潮流点输电断面S1和S2的线路功率(单位：p.u)

线路名称送端有功功率送端无功功率有功损耗无功损耗BUS22+BUS20 1.6402-0.09680.05750.0269BUS22+BUS210.55870.52140.00880.1682BUS25+BUS263.8510.10960.04710.1818输电断面S16.04990.53420.11340.3769BUS30+BUS192.429-0.54460.12280.535BUS33+BUS342.75820.51380.11661.0045输电断面S25.1872-0.03080.23941.5395

采用连续潮流法分别计算输电断面S1和输电断面S2在初始运行状态下的可用输电能力，输电断面S1的极限运行状态参数如表2，输电断面S2的极限运行状态参数如表3。此时输电断面S1的输电极限为1008.95 MW；输电断面S2的输电极限为921.27 MW。

表2    输电断面S1极限状态点各节点数据

 

表3    输电断面S2极限状态点各节点数据

 

在断面S1的极限状态下计算输电断面S2的输电极限为518.72 MW，根据，认为输电断面1和输电断面2为相关断面。

采用实施例一中确定多断面各输电断面可用输电能力的方法，对该基本方式进行多断面可用输电能力计算。在输电断面S2的极限状态下计算输电断面S1的ATC结果为0。同时，由上面的计算可知，在输电断面S1的极限状态下计算输电断面S2的ATC结果也为0。

由上面的计算结果表明，这种多断面ATC计算方法可以有效的计算到输电极限点，考虑了多个输电断面的影响，可见该方法在计算ATC的问题上是正确的。

本实施例即为针对一个标准电力系统中的指定多个输电断面，通过本发明方法计算后，得到合理的多断面可用输电能力和潮流结果，其结果可用于该电网的运行调度。