綜合經(jīng)濟(jì)性與安全性的輸電線路利用率提高平臺(tái)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種輸電線路利用率提高平臺(tái)及方法，尤其是涉及一種綜合經(jīng)濟(jì)性與 安全性的輸電線路利用率提高平臺(tái)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，其運(yùn)行方式由于受制于安全性、穩(wěn)定性、政策性等因素影響，線 路潮流往往遠(yuǎn)低于其承受能力，導(dǎo)致輸電線路利用率較低。輸電線路利用率同電力輸電線 路的經(jīng)濟(jì)性與安全性息息相關(guān)，利用率高，則輸電線路的升級(jí)改造將適當(dāng)延緩，輸電線路投 資低，輸電線路經(jīng)濟(jì)性較好;同時(shí)，較高的輸電線路利用率會(huì)使得輸電線路應(yīng)對(duì)擾動(dòng)的能力 較差，導(dǎo)致輸電線路安全性較低。因此有必要同時(shí)分析線路利用率與安全性和經(jīng)濟(jì)性的變 化關(guān)系。
[0003] 目前各國(guó)輸電線路利用率發(fā)展?fàn)顩r并不平衡，英國(guó)400kV線路利用率大多分布在 35%~45%之間，美國(guó)、澳大利亞500kV輸電線路正反向平均利用率也大多在50%以下。 [0004]我國(guó)已建成的電線路的輸電容量并未得到最充分的利用，輸電網(wǎng)線路平均輸送容 量尚未達(dá)到其設(shè)計(jì)平均水平的50%，造成這一狀況的原因包括發(fā)展裕度、安全穩(wěn)定等因素 的限制。同時(shí)受環(huán)境條件制約，建設(shè)新的線路也越來越困難，因此提高電網(wǎng)的輸電容量以及 輸電設(shè)備的整體利用狀況是解決這一問題的關(guān)鍵，也是智能電網(wǎng)建設(shè)中輸變電環(huán)節(jié)的重要 目標(biāo)。
[0005] 出于安全性方面的考慮，當(dāng)前輸電線路利用率已經(jīng)接近其穩(wěn)定極限，這也導(dǎo)致線 路穩(wěn)定極限的提升空間非常有限。另一方面，經(jīng)濟(jì)性也是電網(wǎng)企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容之一，合 理的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載水平有利于改善輸電運(yùn)行環(huán)境，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
[0006] 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有文獻(xiàn)中，梁浩在《基于概率潮流的輸電線路利用 率計(jì)算方法及其應(yīng)用》中針對(duì)未來輸電線路的利用率計(jì)算方法開展研究，提出了未來輸電 線路利用率指標(biāo)并建立了一套基于蒙特卡羅仿真的概率潮流計(jì)算模型，用于指標(biāo)的計(jì)算與 線路利用情況評(píng)估分析。馮瀚、任昊、張沛等在《電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)》（2015,27(2): 39-43)上發(fā)表的《未來實(shí)際輸電線路利用率估算及應(yīng)用》考慮未來負(fù)荷增長(zhǎng)與變化、發(fā)電機(jī) 與輸電設(shè)備停運(yùn)以及發(fā)電機(jī)機(jī)組經(jīng)濟(jì)分配等多種因素，反映未來電網(wǎng)容量利用水平，參與 電網(wǎng)的可靠性評(píng)估以及計(jì)算項(xiàng)目的投資回收周期，更好地指導(dǎo)了電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)。屈剛、程 浩忠、馬則良等在《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》(2009,33(23):19-23)上發(fā)表的《考慮發(fā)電容量適應(yīng)性 的多目標(biāo)輸電網(wǎng)規(guī)劃》引入發(fā)電容量適應(yīng)性指標(biāo)，改善電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境和應(yīng)對(duì)發(fā)電出力容量 變化的能力，建立考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的多目標(biāo)輸電網(wǎng)規(guī)劃模型，提高電網(wǎng)功率傳輸能力。以 上文獻(xiàn)從電網(wǎng)規(guī)劃角度，對(duì)電網(wǎng)功率傳輸能力進(jìn)行評(píng)估，來提高未來電網(wǎng)利用水平，但都沒 有提供在實(shí)際條件下進(jìn)一步提尚現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)傳輸容量，所以如何在現(xiàn)有網(wǎng)架情況下提尚線路 利用率水平、實(shí)現(xiàn)更多電力傳輸值得深入研究。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種在現(xiàn)有網(wǎng)架基 礎(chǔ)上、緊密結(jié)合工程實(shí)際的綜合經(jīng)濟(jì)性與安全性的輸電線路利用率提高平臺(tái)及方法。
[0008] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種綜合經(jīng)濟(jì)性與安全性的輸電線路利用率提高平臺(tái)，其特征在于，包括依次連 接的數(shù)據(jù)庫模塊、輸入模塊、分析評(píng)估模塊和輸出模塊，所述的輸入模塊從數(shù)據(jù)庫模塊獲取 輸電線路初始負(fù)荷、潮流分布和電力設(shè)備數(shù)據(jù)，并輸送給分析評(píng)估模塊，分析評(píng)估模塊逐步 增加輸電線路加載的負(fù)荷，在負(fù)荷超過安全值時(shí)計(jì)算輸電線路付出的安全性經(jīng)濟(jì)代價(jià)和獲 得的經(jīng)濟(jì)性效益，并對(duì)二者增長(zhǎng)速度進(jìn)行比較，當(dāng)安全性經(jīng)濟(jì)代價(jià)增速首次大于經(jīng)濟(jì)性效 益增速時(shí)，所述的輸出模塊輸出此時(shí)的輸電線路利用率，所述的安全性經(jīng)濟(jì)代價(jià)為輸電線 路部分停電或主動(dòng)切負(fù)荷時(shí)，對(duì)用戶的經(jīng)濟(jì)賠償，所述的經(jīng)濟(jì)性效益為售電收益。
[0010] 所述的輸入模塊包含初始負(fù)荷子模塊、潮流分布子模塊、線路容量子模塊、發(fā)電機(jī) 容量子模塊和線路利用率評(píng)價(jià)指標(biāo)子模塊，所述的初始負(fù)荷子模塊、潮流分布子模塊、線路 容量子模塊、發(fā)電機(jī)容量子模塊和線路利用率評(píng)價(jià)指標(biāo)子模塊分別向分析評(píng)估模塊輸送輸 電線路的初始負(fù)荷、潮流分布、線路容量、發(fā)電機(jī)容量和線路利用率評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括各條線 路年運(yùn)行等效利用率C TLj與輸電年路平均年運(yùn)行等效利用率CTLu。
[0011] 所述的分析評(píng)估模塊包括第一階段模型和第二階段模型，所述的第一階段模型為 輸電線路自身負(fù)荷極限計(jì)算子模塊，所述的輸電線路自身負(fù)荷極限計(jì)算子模塊在約束條件 下逐次增加輸電線路負(fù)荷，求得輸電線路最大負(fù)荷增長(zhǎng)率h和輸電線路自身負(fù)荷極限p max， 并通過對(duì)線路自身負(fù)荷極限狀態(tài)下系統(tǒng)中的負(fù)荷從大到小排列得到此時(shí)系統(tǒng)年持續(xù)負(fù)荷 曲線，所述的約束條件包括輸電線路較初始狀態(tài)最大負(fù)荷增長(zhǎng)率約束、線路潮流平衡約束、 支路潮流約束和節(jié)點(diǎn)電壓約束，約束條件和Pmx計(jì)算式具體如下：
[0012] 輸電線路較初始狀態(tài)最大負(fù)荷增長(zhǎng)率約束為：
[0013] λχ < Amax
[0014] 線路潮流平衡約束為下式有實(shí)數(shù)解：
[0015]
I … ' .....Μ " '
[0016] 支路潮流約束為：
[0017]
[0018]節(jié)點(diǎn)電壓約束為：
[0019]
[0020]式中，心為第一階段模型的線路負(fù)荷增長(zhǎng)率，λΜΜ為線路負(fù)荷增長(zhǎng)率上限值，即負(fù) 荷增長(zhǎng)不應(yīng)超過線路可用傳輸容量，夂&與夂&分別為調(diào)整節(jié)點(diǎn)i發(fā)電機(jī)有功出力與負(fù)荷有 功增長(zhǎng)的比例系數(shù)，夂 &與夂&分別為調(diào)整節(jié)點(diǎn)i發(fā)電機(jī)無功出力與負(fù)荷無功增長(zhǎng)的比例系 數(shù)，Vi為節(jié)點(diǎn)i的電壓，匕為I的下限，『為I的上限況偽支路ij首末端相角差，Gu為支路 i j的電導(dǎo)，Bij為支路i j的電納，PCi為節(jié)點(diǎn)i的發(fā)電機(jī)初始有功功率，Pu為節(jié)點(diǎn)i的初始有功 負(fù)荷，Qci為節(jié)點(diǎn)i的發(fā)電機(jī)初始無功功率，Qu為節(jié)點(diǎn)i的無功負(fù)荷，@為支路i j的可用傳輸 容量；
[0021] 滿足約束條件的輸電線路最大負(fù)荷增長(zhǎng)率h:
[0022]
[0023] 輸電線路自身負(fù)荷極限Pmax:
[0024] Pmax = Pm(l+Ai)
[0025] 式中，Pm為初始輸電線路最大時(shí)刻負(fù)荷，nu為輸電線路潮流無解或不滿足安全約 束時(shí)負(fù)荷增長(zhǎng)過的次數(shù)，ει為每次負(fù)荷較前一次增加的比例，ει取〇. 5%~2%。
[0026] 所述的第二階段模型包括停電損失賠償計(jì)算子模塊、主動(dòng)切負(fù)荷賠償計(jì)算子模 塊、經(jīng)濟(jì)性效益計(jì)算子模塊、安全性經(jīng)濟(jì)代價(jià)增速評(píng)估子模塊、經(jīng)濟(jì)性增速評(píng)估子模塊與線 路利用率指標(biāo)計(jì)算子模塊，所述的停電損失賠償計(jì)算子模塊計(jì)算停電損失賠償額C 3,所述 的主動(dòng)切負(fù)荷賠償計(jì)算子模塊計(jì)算主動(dòng)切負(fù)荷賠償額C2,所述的經(jīng)濟(jì)性效益計(jì)算子模塊計(jì) 算某一負(fù)荷下的經(jīng)濟(jì)性效益Gi，所述的安全性經(jīng)濟(jì)代價(jià)增速評(píng)估子模塊計(jì)算安全性經(jīng)濟(jì)代 價(jià)&的增速，所述的經(jīng)濟(jì)性增速評(píng)估子模塊計(jì)算經(jīng)濟(jì)性效益&的增速，所述的線路利用率指 標(biāo)計(jì)算子模塊計(jì)算輸電線路平均年運(yùn)行等效利用率Ctu·，其中具體算式如下：
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] 式中，&為某一負(fù)荷水平下理論年持續(xù)負(fù)荷曲線為某一負(fù)荷水平下t時(shí)刻的 負(fù)荷大小，EENS為通過對(duì)實(shí)際持續(xù)負(fù)荷曲線進(jìn)行聚類和可靠性分析獲得的電量不足期望值 (MffhhCi為單位電量的售電電價(jià)，C2為單位電量的主動(dòng)切負(fù)荷賠償額，C3為單位電量的停電 損失賠償額，L為輸電線路中線路條數(shù)，C TU為某一年內(nèi)，第j條線路年運(yùn)行等效利用率，CTLJ 計(jì)算式如下：
[0031]
[0032] 式中，Sji表示第j條線路第i小時(shí)的輸送功率值，CjR表示第j條線路額定傳輸容量。 [0033]所述的電量不足期望值EENS，即在被研究的一段時(shí)間內(nèi)由于負(fù)荷需要超過可用發(fā) 電容量而引起用戶停電的平均值計(jì)算式為：
[0034]
[0035] 式中，Ci是一小時(shí)內(nèi)節(jié)點(diǎn)i削減負(fù)荷量，Pi是負(fù)荷削減對(duì)應(yīng)的概率。
[0036] 所述的削減負(fù)荷量(^具體值確定方法為：獲得當(dāng)前負(fù)荷水平下理論持續(xù)負(fù)荷曲 線，將曲線上超過輸電線路自身負(fù)荷極限Pmax的部分作為G。
[0037]所述的某一負(fù)荷下的經(jīng)濟(jì)性效益Gi具體值確定方法為:將匕從理論持續(xù)負(fù)荷曲線 上削減后，得到實(shí)際持續(xù)負(fù)荷曲線，實(shí)際持續(xù)負(fù)荷曲線所包含的電量乘以售電價(jià)格得到該 負(fù)荷下的經(jīng)濟(jì)性效益Gu
[0038] 所述的數(shù)據(jù)庫模塊包括網(wǎng)架接線模式庫和電力設(shè)備庫。
[0039] -種輸電線路利用率提高方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0040] S01，根據(jù)已有輸電線路，搭建綜合經(jīng)濟(jì)性與安全性的輸電線路利用率提高平臺(tái)；
[0041 ] S02，輸入模塊從數(shù)據(jù)庫模塊讀取數(shù)據(jù)，并向分析評(píng)估模塊輸送輸電線路的初始負(fù) 荷、潮流分布、線路容量、發(fā)電機(jī)容量和線路利用率評(píng)價(jià)指標(biāo)；
[0042] S03,分析評(píng)估模塊的第一階段模型計(jì)算輸電線路自身負(fù)荷極限Pmax，具體為:在輸 電線路初始狀態(tài)的基礎(chǔ)上，增加輸電線路負(fù)荷，同時(shí)輸電線路自身負(fù)荷極限計(jì)算子模塊判 斷輸電線路負(fù)荷是否滿足約束條件，若滿足，則繼續(xù)增加負(fù)荷并進(jìn)行約束條件判斷，若不滿 足，則當(dāng)前負(fù)荷為輸電線路自身負(fù)荷極限Pmx;
[0043] S04,分析評(píng)估模塊的第二階段模型在輸電線路自身負(fù)荷極限Pmax基礎(chǔ)上，為輸電 線路逐漸增加負(fù)荷，并計(jì)算每個(gè)負(fù)荷水平下的安全性經(jīng)濟(jì)代價(jià)6 2和經(jīng)濟(jì)性效益6:及二者的 增速，當(dāng)G2增速大于61增速時(shí)，輸電線路利用率達(dá)到最大值，同時(shí)計(jì)算此時(shí)的輸電線路利用 率，包括各條線路年運(yùn)行等效利用率C TU與輸電年路平均年運(yùn)行等效利用率(：^的計(jì)算方 法；
[0044] S05，輸出模塊輸出輸電線路最大利用率。