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随着我国经济的快速发展,社会用电需求持续增长,加之新能源发电的大规模接入,使得电网运行方式复杂多变,由故障引发电网潮流越限使系统进入紧急状态的情况时有发生。在紧急状态下,校正控制是保障电网安全运行的重要手段,如何结合智能电网技术,挖掘电网中输电元件(架空导线、电缆、变压器)载荷潜力,扩大校正控制决策的可行域,实现更为有效且经济的安全校正控制是亟待解决的问题。
在智能电网快速发展的背景下,以动态热定值(DTR)为代表的输电元件在线监测技术得到了广泛的重视及应用,当前已能够实现对输电元件运行状态及环境的实时监测,这为挖掘输电元件载荷能力提供了有利条件。对此,电热协调校正控制在一定程度上利用输电元件的载荷能力优化了校正控制决策,但仍存在两方面问题。其一,现有电热协调校正控制方法主要以架空导线为对象,尚未考虑电缆及变压器。其二,输电元件载荷能力本质在于热老化导致的寿命损失,目前电热协调校正控制研究以最大允许温度作为输电元件的载荷能力限制条件,忽视了热老化寿命损失限制下输电元件具有的短时过载能力(运行温度短时高于长期最大允许运行温度),载荷能力有待进一步被深度挖掘。
针对上述问题,本文首先研究了架空导线、交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆和油浸式变压器的热平衡模型及求解方法。其次,将输电元件热平衡模型与潮流计算模型有机结合,构建了计及输电元件热特性的潮流计算模型,该模型由一组高维非线性代数微分方程组构成,描述了一个具有一定刚性的电热耦合动态系统。本文通过隐式梯形法将模型转化为非线性代数方程组并利用牛顿法求解,在此基础上,结合PQ分解法思想和雅克比矩阵数值特点,详细分析了差分步长对收敛性和计算精度的影响,进一步提出了两种快速解耦计算方法及其前提条件,将修正方程组解耦成具有常系数矩阵的独立方程,从而有效提高了求解效率。该方法可模拟任意预想场景下输电元件的温度动态过程,通过对发电计划安全校核和断线事故等场景应用分析,展现了各类输电元件热动态过程特点以及在电网安全控制中的挖掘利用效果。基于电热耦合潮流计算,针对电力系统紧急状态下的安全校正问题,研究了输电元件寿命损失与运行温度之间的关联关系,提出了输电元件寿命损失价值度量方法,并以安全校正控制代价(包括发电机组出力调整成本、切负荷赔付费用和热老化寿命损失价值)最小为目标,建立电热协调校正控制优化模型并求解,本模型相比传统电热协调校正控制能够有效发掘输电元件过载能力,与传统电热协调校正控制决策结果对比验证了本文所提出校正控制方法的有效性。
在智能电网快速发展的背景下,以动态热定值(DTR)为代表的输电元件在线监测技术得到了广泛的重视及应用,当前已能够实现对输电元件运行状态及环境的实时监测,这为挖掘输电元件载荷能力提供了有利条件。对此,电热协调校正控制在一定程度上利用输电元件的载荷能力优化了校正控制决策,但仍存在两方面问题。其一,现有电热协调校正控制方法主要以架空导线为对象,尚未考虑电缆及变压器。其二,输电元件载荷能力本质在于热老化导致的寿命损失,目前电热协调校正控制研究以最大允许温度作为输电元件的载荷能力限制条件,忽视了热老化寿命损失限制下输电元件具有的短时过载能力(运行温度短时高于长期最大允许运行温度),载荷能力有待进一步被深度挖掘。
针对上述问题,本文首先研究了架空导线、交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆和油浸式变压器的热平衡模型及求解方法。其次,将输电元件热平衡模型与潮流计算模型有机结合,构建了计及输电元件热特性的潮流计算模型,该模型由一组高维非线性代数微分方程组构成,描述了一个具有一定刚性的电热耦合动态系统。本文通过隐式梯形法将模型转化为非线性代数方程组并利用牛顿法求解,在此基础上,结合PQ分解法思想和雅克比矩阵数值特点,详细分析了差分步长对收敛性和计算精度的影响,进一步提出了两种快速解耦计算方法及其前提条件,将修正方程组解耦成具有常系数矩阵的独立方程,从而有效提高了求解效率。该方法可模拟任意预想场景下输电元件的温度动态过程,通过对发电计划安全校核和断线事故等场景应用分析,展现了各类输电元件热动态过程特点以及在电网安全控制中的挖掘利用效果。基于电热耦合潮流计算,针对电力系统紧急状态下的安全校正问题,研究了输电元件寿命损失与运行温度之间的关联关系,提出了输电元件寿命损失价值度量方法,并以安全校正控制代价(包括发电机组出力调整成本、切负荷赔付费用和热老化寿命损失价值)最小为目标,建立电热协调校正控制优化模型并求解,本模型相比传统电热协调校正控制能够有效发掘输电元件过载能力,与传统电热协调校正控制决策结果对比验证了本文所提出校正控制方法的有效性。