CN103401264B - 一种输电网的过负荷调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电网的过负荷调整方法，包括：采用最短路径法求取输电网络中任意两节点间的最短电气距离，并构成最短路径集合；确定线路A0B0过负荷，并根据最短路径集合获得与节点A0的距离最近节点A1、次近节点A2、......最远节点Am；与节点B0的距离最近节点B1、次近节点B2、......最远节点Bn；以及常规火电机组出力调节。本发明采用了最短路径法就近开始调节，能以较少的调整次数迅速地达到削减线路过负荷，将线路过负荷对电网运行稳定性的影响降到最低；且考虑了由于发电机组调节所带来的化石燃料消耗和相应的碳排放，优先调整常规火电机组的发电出力，尽量避免对水电风电等清洁低碳电源的浪费，最大限度地降低过负荷调整对系统碳排放的影响。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，更具体地，涉及一种输电网的过负荷调整方法。
背景技术
自上世纪90年代以来，为了应对全球气候变暖的挑战，各国政府和相关组织纷纷采取了积极的措施。1992年，联合国大会通过并签署了《联合国气候变化框架公约》（简称：UNFCCC），并进一步于1997年12月，在UNFCCC缔约国会议上制定并通过《京都议定书》，以限制人类活动的温室气体排放；2003年，英国政府公布国家能源白皮书，首次提出了“低碳经济”的发展理念；而2009年于丹麦哥本哈根召开的世界气候大会上，中国政府也做出了到2020年实现我国单位GDP的CO2排放量较2005年下降40-45%的郑重承诺，这既为我国的碳减排工作提出了明确的目标，同时也将给相关能源部门带来严峻的挑战。
电力工业是我国化石能源消耗的重要行业，其CO2排放量已经占全国总排放量的38.76％，电力工业的发展将面临着清洁化、高效化、低碳化的巨大压力。在低碳经济模式下，风电、水电等清洁低碳电源将得到更广阔的发展空间，而如何最大限度的实现对清洁能源的利用，将是实现电力工业低碳化的关键技术。
目前，对于低碳电力的研究重点主要集中于发电侧和用电侧，而针对输电方面的研究成果尚为缺乏。而事实上，输电环节作为连接发电侧和用电侧的枢纽，在实现电力低碳化发展中同样具有极为重要的作用。输电线路过负荷是电力系统运行中常见的现象，若不及时削减，将影响系统的运行安全稳定性，而目前尚未有完整的线路过负荷削减技术和理论体系，尤其是在水电装机不断增加、大规模风电并网的新形势下，如何及时有效地削减输电线路的过负荷现象，同时尽量减少由此所带来的系统损耗和碳的排放，提升输电网对于电力系统低碳化的支撑作用，是迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种考虑低碳要素且最大化利用清洁低碳电源的输电网过负荷调整方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种输电网的过负荷调整方法，包括下述步骤：
S1：采用最短路径法求取输电网络中任意两节点间的最短电气距离，并构成最短路径集合；
S2：确定线路A0B0过负荷，并根据所述最短路径集合获得与节点A0的距离最近节点A1、次近节点A2、……最远节点Am；以及与节点B0的距离最近节点B1、次近节点B2、……最远节点Bn；
所述节点B0为功率输出节点，所述节点A0为功率输入节点，潮流流向为B0→A0；m为与所述节点A0相连的电网节点数目；n为与所述节点B0相连的电网节点数目；
S3：常规火电机组出力调节步骤：
S31：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i=0，j=0；i、j分别表示与节点A0、B0相连的节点序号；
S32：将节点Ai处火电机组Ti的剩余发电容量Pi G与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述剩余发电容量Pi G大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai的火电出力上调PΔL，当所述剩余发电容量Pi G小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai的火电出力上调Pi G，i=0，1，2……m；
S33：根据节点Ai火电机组上调功率，将节点Bj火电出力等量下调；其中j=0，1，2……n；
S34：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i=i+1，j=j+1并返回至步骤S32，若否，则结束。
作为进一步优选地，当i大于m或j大于n，且系统中存在水电时，进入S4：水电可调出力部分的调节步骤：
S41：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i=0，j=0；
S42：将水电机组Hi的可调出力Pi H与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述可调出力Pi H大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai水电出力上调PΔL，当所述可调出力Pi H小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai水电出力上调Pi H，i=0，1，2……m；
S43：根据节点Ai水电机组上调功率，将节点Bj水电出力等量下调；j=0，1，2……n；
S44：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i=i+1，j=j+1并返回至步骤S42，若否，则结束。
作为进一步优选地，当i大于m或j大于n，且系统中存在风电时，进入S5：风电场并网电力的调节步骤：
S51：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i=0，j=0；
S52：将风电机组Wi的发电功率Pi W与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述发电功率Pi W大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调PΔL，当所述发电功率Pi W小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调Pi W，j=0，1，2……n；
S53：根据节点Bj风电机组下降功率，将节点Ai火电出力等量上调；i=0，1，2……m；
S54：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i=i+1，j=j+1并返回至步骤S52，若否，则结束。
作为进一步优选地，当i大于m或j大于n，且系统中存在水电时，进入S6：水电强迫出力的调节步骤：
S61：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i=0，j=0；
S62：将水电机组Hi的强迫出力Pi HF与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述强迫出力Pi HF大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调PΔL，当所述强迫出力Pi HF小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调Pi HF，j=0，1，2……n；
S63：根据节点Bj水电机组下降功率，将节点Ai火电出力等量上调；i=0，1，2……m；
S64：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i=i+1，j=j+1并返回至步骤S62，若否，则结束。
本发明在区域调整层面上采用了最短路径方法就近开始调节，能以较少的调整次数、迅速地达到削减线路过负荷的目的，将线路过负荷对电网运行稳定性的影响降到最低；且考虑了削减线路过负荷过程中由于发电机组调节所带来的化石燃料消耗和相应的碳排放，优先调整常规火电机组的发电出力，尽量避免对水电风电等清洁低碳电源的浪费，最大限度地降低过负荷调整对系统碳排放的影响。
附图说明
图1是本发明实施例提供的输电网的过负荷调整方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的简单输电网示例；
图3是本发明具体实例提供的输电网过负荷调整方法实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的输电网的过负荷调整方法属于电力系统规划与运行领域，特别涉及低碳经济模式下，考虑CO2减排和清洁能源利用的电网规划中输电线路潮流模拟计算和校验、电网的运行方式调整和电网控制等领域。
本发明针对目前低碳经济发展形势下电力系统对碳减排的需求，提供一种考虑低碳要素、最大化利用清洁低碳电源的输电网过负荷调整方法。该方法不仅能较快地实现对输电线路过负荷的削减，而且能保证对系统中清洁能源的高效利用，适应电力系统低碳化的发展趋势。图1示出了本发明实施例提供的输电网的过负荷调整方法的实现流程，具体包括下述步骤：
S1：采用最短路径法求取输电网络中任意两节点间的最短电气距离，并构成最短路径集合；
S2：确定线路A0B0过负荷，并根据所述最短路径集合获得与节点A0的距离最近节点A1、次近节点A2、……最远节点Am；以及与节点B0的距离最近节点B1、次近节点B2、……最远节点Bn；所述节点B0为功率输出节点，所述节点A0为功率输入节点，潮流流向为B0→A0；m为与所述节点A0相连的电网节点数目；n为与所述节点B0相连的电网节点数目；
S3：常规火电机组出力调节步骤：
S31：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i=0，j=0；i、j分别表示与节点A0、B0相连的节点序号；
S32：将节点Ai处火电机组Ti的剩余发电容量Pi G（定义为火电额定容量与实际发电出力的差值）与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述剩余发电容量Pi G大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai的火电出力上调PΔL，当所述剩余发电容量Pi G小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai的火电出力上调Pi G，i=0，1，2……m；
S33：根据节点Ai火电机组上调功率，将节点Bj火电出力等量下调；其中j=0，1，2……n；
S34：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i=i+1，j=j+1并返回至步骤S32，若否，则结束。
本发明实施例提供的输电网的过负荷调整方法是一种考虑低碳要素的输电网过负荷调整方法，通过系统碳排放指标控制不同区域间各类型发电机组发电出力的有序升降，实现输电网过负荷调整过程中系统整体所增加的碳排放量最小化。采用发电机组发电出力碳排放增量指标，该指标的计算方法为：通过相应机组发电出力的增减以及线路潮流的变化所导致的碳排放增量来表征调整过程中系统碳排放增量。采用发电机与区域双层协调的方法作为考虑低碳要素的输电网过负荷调整方法。该方法特点为：发电机调节层面以最大化利用风、水等低碳电源为原则；区域协调层面以就近调节为原则；在实际调整过程中，该两个层面的调整是交叉进行的，且优先进行发电机调整层面，即：首先，在区域协调层面上调整系统各常规发电节点的机组出力；其次，在区域协调层面上调整系统各水电节点的机组可调节部分出力；再次，在区域协调层面上调整系统各风电节点的并网电力；最后，在区域协调层面上调整系统各水电节点的机组强迫出力。
在本发明实施例中，当i大于m或j大于n，且系统中存在水电时，进入S4：水电可调出力部分的调节步骤：
S41：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i=0，j=0；
S42：将水电机组Hi的可调出力Pi H与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述可调出力Pi H大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai水电出力上调PΔL，当所述可调出力Pi H小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai水电出力上调Pi H，i=0，1，2……m，m为与节点A0相连的电网节点数目；
S43：根据节点Ai水电机组上调功率，将节点Bj水电出力等量下调；j=0，1，2……n，n为与节点B0相连的电网节点数目；
S44：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i=i+1，j=j+1并返回至步骤S42，若否，则结束。
在本发明实施例中，当i大于m或j大于n，且系统中存在风电时，进入S5：风电场并网电力的调节步骤：
S51：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i=0，j=0；
S52：将风电机组Wi的发电功率Pi W与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述发电功率Pi W大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调PΔL，当所述发电功率Pi W小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调Pi W，j=0，1，2……n，n为与节点B0相连的电网节点数目；
S53：根据节点Bj风电机组下降功率，将节点Ai火电出力等量上调；i=0，1，2……m，m为与节点A0相连的电网节点数目；
S54：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i=i+1，j=j+1并返回至步骤S52，若否，则结束。
在本发明实施例中，当i大于m或j大于n，且系统中存在水电时，进入S6：水电强迫出力的调节步骤：
S61：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i=0，j=0；i、j分别代表与节点A0、B0相连的节点序号；
S62：将水电机组Hi的强迫出力Pi HF与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述强迫出力Pi HF大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调PΔL，当所述强迫出力Pi HF小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调Pi HF，j=0，1，2……n，n为与节点B0相连的电网节点数；
S63：根据节点Bj水电机组下降功率，将节点Ai火电出力等量上调；i=0，1，2……m，m为与节点A0相连的电网节点数目；
S64：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i=i+1，j=j+1并返回至步骤S62，若否，则结束。
本发明属于电力系统规划与运行领域，特别涉及低碳经济模式下，考虑CO2减排和清洁能源利用的输电网过负荷调整方法。本发明设计了一个双层协调的输电网过负荷调整方法，分为发电机层面的调整机制和区域层面的调整机制，要求输电网出现过负荷时：（1）发电机层面：首先调节系统常规的燃煤燃气机组出力，其次调节水电机组的可调节出力部分，再次调节风电等新能源电站的出力，最后调节水电机组的强迫出力部分；（2）区域协调层面：应用最短路径法搜索距过负荷线路距离最近的发电机节点，由最近节点处的发电机开始调整（若含多种发电机类型，则按照发电机调节的先后顺序进行），若仍无法消除过负荷现象，则由次近的发电机节点继续下一轮调节，以此类推。本发明不仅能以较快的速度处理输电线路过负荷现象，而且可保证对低碳清洁电源实现最大程度的利用。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的输电网过负荷调整方法，现参照图2和图3并结合具体实例详述如下：
A0、B0为两个主要的区域电网，B0电网通过输电容量为PBA的线路i向A电网输送电力。其中，A0电网又与m个子电网A1，A2，…，Am互联，假设AA1，AA2，…，AAm间的输电路径为LAA1，LAA2，…，LAAm，且LAA1<LAA2<…<LAAm；同样，B电网又与n个子电网B1，B2，…，Bn互联，假设BB1，BB2，…，BBn间的输电路径为LBB1，LBB2，…，LBBn，且LBB1<LBB2<…<LBBn。
假设线路i过负荷，则应用本发明的具体调整措施如下：
（1）下调B0电网常规煤电和气电机组的出力，同时等量上调A0电网常规煤电和气电机组的出力（假设忽略输电线路i的线路输电损耗）；
（2）若依然无法消除过负荷现象，则进一步下调与B0电网输电距离最短的子电网B1的常规煤电和气电机组的出力，同时等量上调与A0电网输电距离最短的子电网A1常规煤电和气电机组的出力；
（3）若依然无法消除过负荷现象，则进一步下调与B0电网输电距离次短的子电网B2的常规煤电和气电机组的出力，同时等量上调与A0电网输电距离次短的子电网A2常规煤电和气电机组的出力；以此类推。
（4）若所有区域的常规机组调节结束，依然无法消除过负荷现象，则按照如上次序进一步调整各区域的水电机组可调节出力；
（5）若所有区域的水电机组可调节出力调整结束，依然无法消除过负荷现象，则按照如上次序进一步调整各区域的风电机组上网电力（将造成弃风）；
（6）若所有区域的风电机组上网电力调整结束，依然无法消除过负荷现象，则按照如上次序进一步调整各区域的水电机组强迫出力（将造成弃水）。
通过以上步骤的调节，可以较少的调整次数、迅速地达到削减线路A0B0过负荷的目的，将线路过负荷对电网运行稳定性的影响降到最低；同时也尽量避免对水电风电等清洁低碳电源的浪费，最大限度地降低过负荷调整对系统碳排放的影响。
本发明为一种分层协调优化方法，分为发电机调整层面和区域协调层面，两个层面的调整是交叉进行的，且优先进行发电机调整层面，即：首先，在区域协调层面上调整系统各常规发电节点的机组出力；其次，在区域协调层面上调整系统各水电节点的机组可调节部分出力；再次，在区域协调层面上调整系统各风电节点的并网电力；最后，在区域协调层面上调整系统各水电节点的机组强迫出力。
如图3所示，为本发明考虑低碳要素的输电网过负荷调整方法的流程图，如上所述，包括两层面的优化调整过程，其中，横向为发电机组调整层面，纵向为区域协调层面，且发电机调整层面的优先级高于区域协调层面，即：首先，在区域协调层面上调整系统各常规发电节点的机组出力；其次，在区域协调层面上调整系统各水电节点的机组可调节部分出力；再次，在区域协调层面上调整系统各风电节点的并网电力；最后，在区域协调层面上调整系统各水电节点的机组强迫出力。
各层面具体调整策略如下：
一、发电机调整层面：考虑最大限度利用风电、水电等清洁能源，减少系统化石能源消耗和碳排放。
（1）当系统常规机组依然存在调节空间时，优先相应调整过负荷线路两端的常规发电机组出力（此时可认为电力系统整体燃料消耗和碳排放保持不变），以降低过负荷线路的输电电力并平衡系统电力平衡；
（2）当系统常规机组调节空间不够时，考虑通过相应调整过负荷线路两端的水电机组可调节出力部分（此时可认为不影响电力系统其他机组的运行状况，系统整体燃料消耗和碳排放保持不变），以降低过负荷线路的输电电力并平衡系统电力平衡；
（3）当水电机组可调节部分出力的调整依然无法消除线路的过负荷问题时，考虑通过降低输电线路送端系统的风电站上网电力，同时增加受端系统的常规机组出力（此时将造成弃风以及系统燃料消耗量和碳排放量的增加），以降低过负荷线路的输电电力并平衡系统电力平衡；
（4）当系统弃风依然无法消除线路的过负荷问题时，考虑通过降低输电线路送端系统的水电站强迫出力部分，同时增加受端系统的常规机组出力（此时将造成弃水以及系统燃料消耗量和碳排放量的增加），以降低过负荷线路的输电电力并平衡系统电力平衡。
二、区域协调层面：考虑最大限度减少输电损耗，以实现对电能的高效利用，间接达到减少系统碳排放的目标。
（1）采用最短路径法寻找输电网络中任意两节点间的最短输电路径，形成最短路径集合；当系统中某条输电线路出现过负荷时，则搜索最短路径集合，寻找最近、次近等处的发电机节点；
（2）当输电线路出现过负荷时，考虑优先调整过负荷线路两端节点相应类型发电机组的出力来消除过负荷现象；
（3）若依然无法消除过负荷现象，则调整距过负荷线路两端节点最近节点处相应类型发电机组的出力；
（4）若依然无法消除过负荷现象，则调整距过负荷线路两端节点次近节点处相应类型发电机组的出力；以此类推。
采用本发明的输电网过负荷调整方法，具有这些显著优点和有益效果：（1）本发明方法在区域调整层面上采用了最短路径方法就近开始调节，能以较少的调整次数、迅速地达到削减线路过负荷的目的，将线路过负荷对电网运行稳定性的影响降到最低；（2）本发明方法考虑了削减线路过负荷过程中由于发电机组调节所带来的化石燃料消耗和相应的碳排放，优先调整常规火电机组的发电出力，尽量避免对水电风电等清洁低碳电源的浪费，最大限度地降低过负荷调整对系统碳排放的影响。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种输电网的过负荷调整方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1：采用最短路径法求取输电网络中任意两节点间的最短电气距离，并构成最短路径集合；
S2：确定线路A0B0过负荷，并根据所述最短路径集合获得与节点A0的距离最近节点A1、次近节点A2、……最远节点Am；以及与节点B0的距离最近节点B1、次近节点B2、……最远节点Bn；
所述节点B0为功率输出节点，所述节点A0为功率输入节点，潮流流向为B0→A0；m为与所述节点A0相连的电网节点数目；n为与所述节点B0相连的电网节点数目；
S3：常规火电机组出力调节步骤：
S31：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i＝0，j＝0；
S32：将节点Ai处火电机组Ti的剩余发电容量Pi G与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述剩余发电容量Pi G大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai的火电出力上调PΔL，当所述剩余发电容量Pi G小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai的火电出力上调Pi G，i表示与节点A0相连的节点序号，i＝0，1，2……m；
S33：根据节点Ai火电机组上调功率，将节点Bj火电出力等量下调；j表示与节点B0相连的节点序号，j＝0，1，2……n；
S34：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i＝i+1，j＝j+1并返回至步骤S32，若否，则结束。
2.如权利要求1所述的过负荷调整方法，其特征在于，当i大于m或j大于n，且系统中存在水电时，进入S4：水电可调出力部分的调节步骤：
S41：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i＝0，j＝0；
S42：将水电机组Hi的可调出力Pi H与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述可调出力Pi H大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai水电出力上调PΔL，当所述可调出力Pi H小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Ai水电出力上调Pi H；
S43：根据节点Ai水电机组上调功率，将节点Bj水电出力等量下调；
S44：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i＝i+1，j＝j+1并返回至步骤S42，若否，则结束。
3.如权利要求1或2所述的过负荷调整方法，其特征在于，当i大于m或j大于n，且系统中存在风电时，进入S5：风电场并网电力的调节步骤：
S51：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i＝0，j＝0；
S52：将风电机组Wi的发电功率Pi W与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述发电功率Pi W大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调PΔL，当所述发电功率Pi W小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调Pi W；
S53：根据节点Bj风电机组下降功率，将节点Ai火电出力等量上调；
S54：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i＝i+1，j＝j+1并返回至步骤S52，若否，则结束。
4.如权利要求3所述的过负荷调整方法，其特征在于，当i大于m或j大于n，且系统中存在水电时，进入S6：水电强迫出力的调节步骤：
S61：获取线路A0B0过负荷功率PΔL，i＝0，j＝0；
S62：将水电机组Hi的强迫出力Pi HF与所述过负荷功率PΔL进行比较，当所述强迫出力Pi HF大于等于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调PΔL，当所述强迫出力Pi HF小于所述过负荷功率PΔL时，将节点Bj风电出力下调Pi HF；
S63：根据节点Bj水电机组下降功率，将节点Ai火电出力等量上调；
S64：判断线路A0B0是否过负荷，若是，则重新获取过负荷功率PΔL且i＝i+1，j＝j+1并返回至步骤S62，若否，则结束。
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