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(lái)越多的風(fēng)電場(chǎng)直接并入輸電系統(tǒng)，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率對(duì)風(fēng)速有較大的依賴(lài)性，其固有的波動(dòng)性和不可控性必然對(duì)電網(wǎng)的輸電能力產(chǎn)生影響，而且隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(jì)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(diǎn)。
　　 目前，動(dòng)態(tài)熱定值(dynamic thermal rating，DTR)技術(shù)已較為成熟，DTR技術(shù)通過(guò)輸電線路上增加各種測(cè)量、通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路運(yùn)行溫度、熱定值的實(shí)時(shí)跟蹤和計(jì)算，有效挖掘了輸電線路的輸電潛力，輸電線路動(dòng)態(tài)熱定值和大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)架空輸電線路輸電能力的研究，無(wú)論從深度和廣度上都提出若干新的問(wèn)題，如:DTR技術(shù)硬件的依賴(lài)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(wèn)

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(wèn)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(cè)問(wèn)題;大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)影響電網(wǎng)輸電能力的問(wèn)題等，為此，本文在動(dòng)態(tài)熱定值環(huán)境下，及風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)背景下，對(duì)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(duì)DTR技術(shù)對(duì)硬件的依賴(lài)性及其運(yùn)行維護(hù)的昂貴費(fèi)用，給出了在僅需測(cè)量輸電線路載流和導(dǎo)線溫

4、度的情況下實(shí)現(xiàn)DTR功能的方法。首先，對(duì)IEEE標(biāo)準(zhǔn)的輸電線路熱平衡方程各項(xiàng)系數(shù)的計(jì)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(guò)輸電線路熱平衡方程離散參數(shù)來(lái)進(jìn)行等效;其次，利用限定記憶廣義最小二乘遞推估計(jì)方法實(shí)現(xiàn)熱平衡方程離散參數(shù)的在線估計(jì)，該方法克服了經(jīng)典最小二乘遞推法的增益矩陣隨時(shí)間推移漸趨于零而導(dǎo)致的修正能力降低問(wèn)題，獲得了熱平衡方程離散參數(shù)的一致、無(wú)偏估計(jì)

5、。在采樣時(shí)間較短的連續(xù)采樣過(guò)程中，通過(guò)遞推過(guò)程實(shí)現(xiàn)了熱平衡方程時(shí)變離散參數(shù)的近似連續(xù)辨識(shí)，達(dá)到了對(duì)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(shí)現(xiàn)了輸電線路長(zhǎng)期和短期熱載荷能力的實(shí)時(shí)在線定值;最后，通過(guò)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(jiǎn)化了氣象條件量測(cè)系統(tǒng)，只需測(cè)量輸電線路載流量和導(dǎo)線溫度即可實(shí)現(xiàn)輸電線路長(zhǎng)期和短期最大允許載流量實(shí)時(shí)在線定值，從而有效挖掘輸電線

6、路的輸電潛力。
　　 (2)針對(duì)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(guò)簡(jiǎn)化的輸電線路送、受端系統(tǒng)等值模型，對(duì)線路運(yùn)行的系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)對(duì)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(jí)下，輸電線路送受端系統(tǒng)簡(jiǎn)化等值參數(shù)對(duì)線路載流量的影響，從而說(shuō)明了建立實(shí)時(shí)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(guò)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的變換和等值化簡(jiǎn)，推導(dǎo)出建立考慮系統(tǒng)的整體性，體現(xiàn)并行流對(duì)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(guò)程簡(jiǎn)單，且物理意義明確;最后，基于狀態(tài)估計(jì)，實(shí)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(shí)現(xiàn)運(yùn)行條件下輸電線路載荷能力在線定值計(jì)算，通過(guò)山東電網(wǎng)220kV輸電線路載流量在線定值的計(jì)算驗(yàn)證了模型和計(jì)算方法的有效性。
　　 (3)精確的風(fēng)速預(yù)測(cè)

8、，有助于風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)的精度提高，有效地減輕或避免風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)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(bào)模式進(jìn)行風(fēng)速預(yù)測(cè)，利用WRF模式提供的高分辨率優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)，有效定位風(fēng)電場(chǎng)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(cè)模型方案;其次，針對(duì)各種不同的方案分別進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)效為12小時(shí)和24小時(shí)的風(fēng)速預(yù)測(cè)，最后，與由山東安成風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統(tǒng)獲得的風(fēng)電

9、場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)相比較，通過(guò)誤差分析驗(yàn)證基于WRF模式的風(fēng)速預(yù)測(cè)是提高預(yù)測(cè)精度的新的有效方法。本文基于WRF模式風(fēng)速預(yù)測(cè)以全方位的展示與設(shè)計(jì)視角為研究理念，風(fēng)速預(yù)測(cè)的研究采用了從全球預(yù)報(bào)資料GFS的預(yù)報(bào)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(cè)框架基調(diào)。
　　 (4)針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測(cè)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(cè)法和風(fēng)功率曲線預(yù)測(cè)法有機(jī)結(jié)

10、合，進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)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(chǎng)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(cè)相結(jié)合，進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)效為12小時(shí)和24小時(shí)的風(fēng)功率預(yù)測(cè)研究;最后，運(yùn)用平均相對(duì)誤差法、均方根法、相關(guān)系數(shù)法和風(fēng)電功率預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率法針對(duì)不同方法下得出的預(yù)測(cè)功率值與山東安成風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際風(fēng)功率輸出值進(jìn)行分析比對(duì)，經(jīng)綜合分析和驗(yàn)證，運(yùn)算簡(jiǎn)捷的非線性?xún)绾瘮?shù)法不失為提高風(fēng)功率預(yù)測(cè)

11、精度的有效方法。
　　 (5)針對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)必然影響電網(wǎng)輸電能力問(wèn)題，以及在以往輸電斷面內(nèi)輸電線路載荷能力求解過(guò)程中電源節(jié)點(diǎn)端電壓維持不變（PV節(jié)點(diǎn)）的假設(shè)，使輸電線路輸電能力計(jì)算偏于樂(lè)觀等問(wèn)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(chǎng)和同步發(fā)電機(jī)組發(fā)電約束的計(jì)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(diǎn)的假設(shè)，將描述元件動(dòng)態(tài)特性的微分

12、方程加入到潮流計(jì)算中，將傳統(tǒng)潮流方程與動(dòng)態(tài)元件的狀態(tài)方程聯(lián)立求取其穩(wěn)態(tài)解，同時(shí)解出系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓、相角、各種動(dòng)態(tài)元件內(nèi)部的狀態(tài)變量，比傳統(tǒng)潮流計(jì)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(chǎng)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(lì)磁系統(tǒng)等動(dòng)態(tài)元件運(yùn)行限制對(duì)電網(wǎng)輸電能力的影響;最后，通過(guò)算例分析驗(yàn)證了由于擴(kuò)展潮流模型中考慮了各類(lèi)電源的發(fā)電約束對(duì)電網(wǎng)輸電能力的影響，計(jì)算結(jié)果更符