特高壓輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化與未來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)研究.pdf

1、基于能源資源和負(fù)荷需求逆向分布的國情，我國國家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)“以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展”的戰(zhàn)略目標(biāo)。2009年1月6日，晉東南—南陽—劑門特高壓交流試驗(yàn)示范工程正式投入運(yùn)行，標(biāo)志著我國在特高壓輸電核心技術(shù)以及設(shè)備國產(chǎn)化上取得重大突破。根據(jù)規(guī)劃，到2020年，我國將建成由1000kV交流、±1100kV與±800kV直流構(gòu)成的特高壓電網(wǎng)，實(shí)施遠(yuǎn)距離、大規(guī)模、高效率輸電，促進(jìn)大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地的集

2、約化開發(fā)，在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。
　　 根據(jù)大電網(wǎng)發(fā)展規(guī)律，新的更高一級電壓電網(wǎng)發(fā)展初期，將是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的高風(fēng)險期。在構(gòu)建特高壓電網(wǎng)的過程中，我國電網(wǎng)將出現(xiàn)與輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的新的技術(shù)問題，典型的包括多級電磁環(huán)網(wǎng)問題、短路電流超標(biāo)問題、多饋入直流相互影響問題和可再生能源大規(guī)模送出問題。如果解決不好這些問題，將給特高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重的隱患。為避免不合理的輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的穩(wěn)定破壞事故，深入開展對特高

3、壓輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的研究，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
　　 在全面學(xué)習(xí)和借鑒已有研究工作的基礎(chǔ)上，本文從輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的綜合評價模型研究入手，深入到具體的多級電磁環(huán)網(wǎng)優(yōu)化分區(qū)和多饋入直流系統(tǒng)限流優(yōu)化問題，并對我國未來可再生能源電網(wǎng)進(jìn)行了遠(yuǎn)景設(shè)想。整個研究引入了多屬性決策理論、模糊理論、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論、多目標(biāo)優(yōu)化理論等，涉及到模型建立、算法求解、約束校驗(yàn)、策略流程等多個方面的內(nèi)容，針對輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)問題建立了系統(tǒng)的研究體系和模型。論文的

4、研究工作和創(chuàng)新成果如下:
　　 1)考慮提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定性與限制短路電流水平的相互制約關(guān)系，建立了一種適用于運(yùn)行規(guī)劃的輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)綜合評價模型。引入線路或變壓器過負(fù)荷指標(biāo)、母線電壓越限指標(biāo)、暫態(tài)發(fā)電機(jī)功角差指標(biāo)、暫態(tài)電壓安全裕度指標(biāo)、短路電流越限指標(biāo)、短路容量均衡指標(biāo)及系統(tǒng)網(wǎng)損指標(biāo)，應(yīng)用模糊綜合評價方法對不同的輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量的評價。從功率轉(zhuǎn)移和短路電流超標(biāo)兩方面對多級電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行了一定的理論分析，仿真計算了華北—華

5、中特高壓電網(wǎng)的多級電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式，指出了多級電磁環(huán)網(wǎng)存在的弊端和隱患，并應(yīng)用綜合評價模型對多級電磁環(huán)網(wǎng)開、合環(huán)方案進(jìn)行了定量的評價。實(shí)際系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了所建模型和方法的有效性。
　　 2)提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)結(jié)構(gòu)特性量化分析的電磁環(huán)網(wǎng)分區(qū)方法，將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用于電磁環(huán)網(wǎng)分區(qū)過程，為形成電磁環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案提供理論依據(jù)?？紤]電力網(wǎng)絡(luò)的線路長度及參數(shù)特性，選取線路的導(dǎo)納模值作為邊權(quán)重，并以此為基礎(chǔ)定義了加權(quán)邊介數(shù)和加權(quán)模塊度

6、指標(biāo);對傳統(tǒng)Floyd-Warshall算法進(jìn)行了改進(jìn)，使其能夠適用于存在多條等長度最短路徑的網(wǎng)絡(luò)的邊介數(shù)計算;根據(jù)樞紐變電站分布情況及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性，應(yīng)用GN分裂算法將電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式下低電壓等級網(wǎng)絡(luò)劃分成若干分區(qū);依據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)分裂過程中各個分區(qū)被劃分出來的先后順序形成電磁環(huán)網(wǎng)分區(qū)方案集合，并利用加權(quán)模塊度指標(biāo)宏觀地衡量電磁環(huán)網(wǎng)分區(qū)質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)算例和實(shí)際系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了所建模型和方法的有效性。
　　 3)為了協(xié)調(diào)解決短路電流超標(biāo)

7、和多饋入直流相互影響問題，建立了一種適用于多饋入直流受端電網(wǎng)的限流方案多目標(biāo)優(yōu)化模型。通過分析各種限流措施對阻抗矩陣元素的影響，推導(dǎo)各種限流措施與超標(biāo)站點(diǎn)自阻抗的靈敏度關(guān)系，提出了一種考慮限流措施靈敏度的支路篩選策略;通過分析多饋入短路比與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，推導(dǎo)出限流措施可能使多饋入短路比增大、也可能使其減小;采用開斷線路和加裝限流電抗器這兩種典型的限流措施，以總投資成本最小、短路容量綜合裕度最小、加權(quán)多饋入短路比最大為目標(biāo)，應(yīng)用帶精英策

8、略的快速非支配排序遺傳算法(nondominated sorting genetic algorithmⅡ，NSGA-Ⅱ)，結(jié)合支路篩選策略，尋找Pareto最優(yōu)的限流方案。實(shí)際系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了所建模型和方法的有效性。
　　 4)在分析歐洲“Super Grid2050”未來輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了在我國“三北”地區(qū)建設(shè)可再生能源電網(wǎng)的遠(yuǎn)景設(shè)想。結(jié)合“三北”地區(qū)可再生能源發(fā)電基地規(guī)劃，給出了2020年、2030年和2050年這