静态安全约束下互联电网输电能力的研究

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电力工业的市场化改革和大规模的电网互联在带来显著经济效益的同时,也对电力系统的安全稳定问题提出了更加严峻的挑战。为保证互联电网的安全稳定运行,减小输电阻塞发生的概率,给电力系统的运行和调度人员及电力交易者提供电网的使用状况信息,就显得尤为必要。在放松管制的市场环境下,互联电网的输电能力不再仅仅是进行电力规划和调度时的一个重要参考信息,而且还具有市场信号的功能,在引导市场交易、充分利用输电容量等方面起着积极作用。因此,研究有效的算法和程序,对互联电网的输电能力做出快速、准确的计算和评价,已经成为当今电力系统研究领域中的一项十分重要的研究课题。  本文基于最优潮流模型,对静态安全约束下的互联电网输电能力评估与决策问题进行了初步性的研究和探索。论文首先对基态安全约束下的输电能力问题进行了研究,建立了输电能力计算问题的非线性规划模型,并利用序列二次规划技术对输电能力优化问题进行了算例求解和分析。  为了提高互联电网输电能力的计算速度,本文建立了多级预想故障筛选与排序算法及其计算流程,依次通过快速预筛选步骤、直流潮流或分布系数法筛选步骤及快速解耦潮流一次迭代法筛选步骤,实现对预想故障的快速筛选与排序。算例分析表明该算法能有效提高输电能力计算的速度。  基于多级预想故障筛选与排序算法,本文对考虑“N-1”安全约束的输电能力计算问题进行了研究。首先利用多级预想故障筛选与排序技术,筛选出对系统安全性有重要影响的预想故障集;然后利用Benders分解技术,将考虑预想故障安全约束的输电能力优化问题分解为一个主、从两层交替迭代求解的非线性规划问题。主问题用于处理稳态约束及由从层各子问题所返回的Benders割集约束,找到最优试探解;从层问题由一系列与不同预想故障相对应的独立子问题组成,用于检验主问题的最优试探解是否满足各预想故障条件下的安全性约束。根据各子问题的相对独立性,分析了应用并行求解及分布式求解技术的可行性,并讨论了两种不同的Benders割集形成策略及其应用范围。最后,利用序列二次规划技术实现了对主、从两层优化问题的迭代求解,并通过算例进行了分析和验证。  针对预想故障的概率特征,本文对考虑概率安全约束的输电能力计算问题进行了研究。将状态枚举与筛选技术和序列二次规划技术相结合,用于求解各预想故障状态下的输电能力及其概率分布。提出了最优输电能力的基本概念和数学模型,根据三种不同的输电赔偿机制,分别介绍了最优输电能力的确定方法。根据最优输电能力的搜索求解过程与各预想故障状态下输电能力的大小无直接关系的特点,提出了用于加速最优输电能力求解过程的两步法。通过算例分析,说明了最优输电能力概念的重要性及相关因素对最优输电能力的影响。  针对互联电网输电能力计算的软件开发与设计问题,本文利用MATLAB环境下的图形用户界面设计技术,开发了用于互联电网输电能力评估与分析的软件包,主要包括潮流计算界面、预想故障筛选与排序界面、基于分解优化技术的输电能力计算界面和基于概率分析技术的输电能力计算界面。
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