潮流跟蹤模型和算法及其在輸電阻塞管理中的應(yīng)用.pdf

1、電力體制改革促使電力系統(tǒng)經(jīng)營模式由傳統(tǒng)壟斷模式逐步發(fā)展為發(fā)電、輸電和配電相分離的輸電網(wǎng)開放模式,這給電力系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃帶來了巨大的挑戰(zhàn)。在引入競爭、優(yōu)化資源配置的同時(shí),不可避免地出現(xiàn)了傳輸管理問題,即輸電費(fèi)用分?jǐn)?、網(wǎng)損分?jǐn)偤妥枞芾韱栴}。因此,快速準(zhǔn)確地確定各發(fā)電機(jī)與負(fù)荷之間的功率分配關(guān)系,確定發(fā)電機(jī)和負(fù)荷對(duì)輸電線的實(shí)際使用程度以及發(fā)電機(jī)對(duì)系統(tǒng)損耗的貢獻(xiàn)等,顯得日益重要。研究如何準(zhǔn)確度量各市場參與者對(duì)電力系統(tǒng)的使用程度以公平合理的分?jǐn)傒?/p>

2、電費(fèi)用和網(wǎng)損,以及如何消除傳輸阻塞以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文受到重慶市自然科學(xué)基金“電力市場潮流分析的理論和應(yīng)用研究”和“電力市場輸電阻塞管理模型與算法研究”等相關(guān)課題的資助,對(duì)電力市場環(huán)境下潮流跟蹤模型和算法以及基于潮流跟蹤的輸電阻塞管理等進(jìn)行了深入研究。針對(duì)已有功率跟蹤方法需經(jīng)過大量的搜索、跟蹤或等值,需假設(shè)跟蹤原則的不足,提出一種有效、快速的功率跟蹤解析模型及求解算法。構(gòu)造順流分配矩陣并

3、分析其對(duì)角占優(yōu)、上三角等特點(diǎn)。建立該矩陣與節(jié)點(diǎn)注入功率矩陣、負(fù)荷功率矩陣以及發(fā)電機(jī)出力矩陣間的量化關(guān)系。提出發(fā)電機(jī)對(duì)負(fù)荷功率分配系數(shù)矩陣的概念,建立發(fā)電機(jī)對(duì)負(fù)荷功率分配、負(fù)荷對(duì)發(fā)電機(jī)功率汲取的解析模型。應(yīng)用矩陣?yán)碚撟C明了基于順流分配矩陣的功率跟蹤算法的正確性。應(yīng)用IEEE-RTS、New England 39和IEEE-118等測試系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)、負(fù)荷以及線路間的功率分配,展示了良好的應(yīng)用效果。系統(tǒng)輸送功率時(shí)總會(huì)在支路上產(chǎn)生損耗,而在

4、進(jìn)行功率跟蹤時(shí)常需將實(shí)際有損網(wǎng)絡(luò)等值為無損網(wǎng)絡(luò)。為提高潮流跟蹤和損耗分?jǐn)偟臏?zhǔn)確度,根據(jù)電流具有無損的特點(diǎn),提出一種基于擴(kuò)展關(guān)聯(lián)矩陣的電流跟蹤解析模型及求解算法。給出節(jié)點(diǎn)間擴(kuò)展關(guān)聯(lián)矩陣的概念及構(gòu)造方法,分析該矩陣行元素之和、列元素之和等優(yōu)良性質(zhì)。根據(jù)交流潮流結(jié)果將實(shí)際網(wǎng)絡(luò)分解為實(shí)部和虛部電流網(wǎng)絡(luò)并建立其對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展關(guān)聯(lián)矩陣。根據(jù)發(fā)電注入以及負(fù)荷電流矩陣計(jì)算電流跟蹤分配系數(shù)矩陣,建立發(fā)電機(jī)對(duì)負(fù)荷電流分配的解析模型?；陔娏鞲櫮Ｐ瓦M(jìn)而得到潮流

5、跟蹤和損耗分?jǐn)偟木_結(jié)果。論文用定理保證了電流分配和汲取的正確性,并采用電路理論證明跟蹤前后節(jié)點(diǎn)電流和回路電壓均能分別滿足電力網(wǎng)絡(luò)的KCL和KVL定律。該模型不需分?jǐn)傇瓌t的假設(shè)前提,而是通過矩陣分析直接解析求解,可用于無環(huán)流/環(huán)流網(wǎng)絡(luò)。通過對(duì)測試系統(tǒng)的計(jì)算分析,證實(shí)了算法的有效性。電力系統(tǒng)需時(shí)刻保持電力平衡,而電力負(fù)荷隨時(shí)間在不斷變化,致使電力系統(tǒng)的潮流以及潮流跟蹤的結(jié)果也隨時(shí)間變化。前述功率或電流跟蹤模型是在給定運(yùn)行方式下分析功率的分

6、配和汲取情況,不能滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)性要求。當(dāng)發(fā)電機(jī)組出力或負(fù)荷變化時(shí),常需重復(fù)進(jìn)行潮流跟蹤計(jì)算。為有效避免該重復(fù)計(jì)算,基于多項(xiàng)式理論和潮流跟蹤原理建立了描述功率的汲取和分配隨運(yùn)行方式變化規(guī)律的潮流跟蹤曲線模型。在系統(tǒng)各種運(yùn)行方式下,分別應(yīng)用前述功率和電流跟蹤模型采集樣本數(shù)據(jù),進(jìn)而運(yùn)用最小二乘法求解潮流跟蹤曲線模型。根據(jù)Taylor級(jí)數(shù)理論得到潮流跟蹤動(dòng)態(tài)計(jì)算的近似模型。在此基礎(chǔ)上提出潮流跟蹤靈敏度的概念,以描述機(jī)組出力變化對(duì)支路功率

7、變化的影響程度。根據(jù)潮流跟蹤靈敏度以及支路潮流越限量確定阻塞管理中參與調(diào)整的機(jī)組及其出力調(diào)整量,采用逐條支路消去法實(shí)現(xiàn)輸電阻塞管理。對(duì)IEEE-30和IEEE-RTS系統(tǒng)進(jìn)行潮流跟蹤的近似計(jì)算以及從單回線路、不同位置線路和多條線路阻塞等角度進(jìn)行輸電阻塞管理分析計(jì)算,驗(yàn)證了該方法的有效性和正確性。電力系統(tǒng)中,任意機(jī)組出力的變化都會(huì)影響潮流跟蹤結(jié)果?；诖?結(jié)合潮流跟蹤曲線的思想建立了反映支路潮流跟蹤結(jié)果與機(jī)組出力間非線性關(guān)系的多元非線性回

8、歸模型。應(yīng)用變換思想將非線性回歸模型轉(zhuǎn)化為線性回歸模型,基于前述潮流跟蹤模型和Monte Carlo模擬法產(chǎn)生機(jī)組出力和潮流跟蹤樣本,進(jìn)而應(yīng)用最小二乘法求解模型。為避免逐條支路消除法可能出現(xiàn)震蕩的不足,采用同時(shí)消除法進(jìn)行阻塞管理,根據(jù)多元非線性回歸模型,基于Taylor級(jí)數(shù)得到所有阻塞線路潮流越限量與各機(jī)組出力調(diào)整量之間的關(guān)系,以此構(gòu)成等式約束條件,從而建立以調(diào)整費(fèi)用最小為目標(biāo)的輸電阻塞管理模型,并用拉格朗日乘子法進(jìn)行求解。將該方法應(yīng)用