CN114662347B - 一种实时电力市场下线路动态定容的方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实时电力市场下线路动态定容的方法、装置和系统，属于电气工程领域，所述方法包括：S1：在一个实时市场调度周期内，获取各根导线的初始时刻温度以及对应的初始时刻温度曲线的正切；S2：利用各根导线对应的初始时刻温度和初始时刻温度曲线的正切计算对应导线在实时市场调度周期内各个时刻的预测温度；S3：将各根导体在一个实时市场调度周期内各个时刻对应预测温度低于预先设定的对应导体最大承受温度作为温度约束，集成至实时SCED模型中，以动态确定各个导线各自对应的线路最大传输容量。该方法相比于传统静态线路容量约束方法，能够有效的适应环境温度和天气变化，保证电网运行的热稳定性与安全性。

Description

一种实时电力市场下线路动态定容的方法、装置和系统
技术领域
本发明属于电气工程领域，更具体地，涉及一种实时电力市场下线路动态定容的方法、装置和系统。
背景技术
自电力市场改革以来，我国开始逐步实施现货市场改革，其中实时市场承担着及时电力电量平衡任务，其调度周期最短，精度要求也最高。然而，由于环境温度和天气情况的不同，导线实时温度往往存在波动，即使满足传统的静态容量约束，导线在极端炎热天气有可能出现温度过高而引起烧毁，造成严重的安全事故。
尽管目前已经有大量研究用来计算导线的温度，但是并没有任何一种方案被应用于实时调度之中，这是因为实时调度主要采用安全约束经济调度模型，是一个线性优化求解模型，而目前已有的研究均基于热平衡方程进行温度迭代计算，其中具有大量高次项，无法进行线性计算，因此不能和现有的电力市场软件进行集成。
此外，导线温度的平衡往往需要一个小时才能达到稳态，而实时调度每个周期仅有15分钟，难以具体刻画实时导线温度的变化。故在实时电力市场下，传统调度方案容易存在热稳定问题，迫切需要在实时市场中引入线路动态容量调整方法，实时计算导线温度并在调度中对其加以限制，从而保证电网热稳定运行。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种实时电力市场下线路动态定容的方法、装置和系统，其目的在于通过分析环境温度和天气情况实时更新导线的温度，从而动态约束了导线最大潮流容量，保证了电网安全运行，由此解决目前实时电力市场下通过固定单一的静态容量限额无法约束导线温度，从而可能出现潜在的热过载的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种实时电力市场下线路动态定容的方法，包括：
S1：在一个实时市场调度周期内，获取各根导线的初始时刻温度以及对应的初始时刻温度曲线的正切；
S2：利用所述各根导线对应的所述初始时刻温度和所述初始时刻温度曲线的正切计算对应导线在所述实时市场调度周期内各个时刻的预测温度；
S3：将所述各根导体在一个实时市场调度周期内各个时刻对应预测温度低于预先设定的对应导体最大承受温度作为温度约束，集成至实时调度安全约束机组组合SCED模型中，以动态确定所述各个导线各自对应的线路最大传输容量。
在其中一个实施例中，所述S2包括：
利用公式
Figure 745596DEST_PATH_IMAGE002
计算所述各根导线在所述实时市场调度周 期内各个时刻的预测温度；
其中，
Figure 353295DEST_PATH_IMAGE004
为时刻标记，指的是距离起始时刻的温度更新迭代的次数；
Figure 202303DEST_PATH_IMAGE006
是导线的初 始时刻温度，
Figure 779914DEST_PATH_IMAGE008
是一个实时市场调度周期内线性化的总段数，
Figure 234029DEST_PATH_IMAGE010
是第
Figure 809367DEST_PATH_IMAGE012
段对应的系数，
Figure 958720DEST_PATH_IMAGE014
是 第
Figure 277706DEST_PATH_IMAGE015
段调度周期对应的长度，
Figure 586327DEST_PATH_IMAGE017
是所述初始时刻温度曲线的正切。
在其中一个实施例中，所述S1包括：
在一个实时市场调度周期内，获取每根导线的初始时刻温度
Figure 394884DEST_PATH_IMAGE006
；
利用公式
Figure 156166DEST_PATH_IMAGE019
计算所述初始时 刻温度曲线的正切；
其中，
Figure 278843DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 550293DEST_PATH_IMAGE023
分别表示初始时刻太阳热增益和焦耳热增益，
Figure 467434DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 716012DEST_PATH_IMAGE027
分别表 示初始时刻对流热和辐射热损失；
Figure 704697DEST_PATH_IMAGE029
为初始时刻的导线表面温度，
Figure 519069DEST_PATH_IMAGE031
为导线的总热容 量，
Figure 810373DEST_PATH_IMAGE033
为导线的质量，
Figure 342986DEST_PATH_IMAGE035
为导线的比热容，
Figure 886094DEST_PATH_IMAGE037
为初始时刻的环境温度。
在其中一个实施例中，所述S3包括：
S31：将公式
Figure 492655DEST_PATH_IMAGE039
作为所述温度约束集成至所述实时SCED 模型中；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为t时刻下第k条线路的导线温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为全部线路集，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
为t时刻导 体最大承受温度；
S32：控制所述实时SCED模型动态确定各个导线对应的线路最大传输容量。
在其中一个实施例中，所述S32包括：
控制所述实时SCED模型根据各个时刻各根导线的预测温度与所述导体最大承受温度的差值，动态调整各个导线对应的线路最大传输容量。
按照本发明的另一方面，提供了一种实时电力市场下线路动态定容的装置，包括：
数据获取模块，用于在一个实时市场调度周期内，获取各根导线的初始时刻温度以及对应的初始时刻温度曲线的正切；
温度计算模块，用于利用所述各根导线对应的所述初始时刻温度和所述初始时刻温度曲线的正切计算对应导线在所述实时市场调度周期内各个时刻的预测温度；
容量确定模块，将所述各根导体在一个实时市场调度周期内各个时刻对应预测温度低于预先设定的对应导体最大承受温度作为温度约束，集成至实时调度安全约束机组组合SCED模型中，以动态确定所述各个导线各自对应的线路最大传输容量。
在其中一个实施例中，所述温度计算模块，还用于利用公式
Figure 79495DEST_PATH_IMAGE002
计算所述各根导线在所述实时市场调度周期内各个时刻的预 测温度；
其中，
Figure 410988DEST_PATH_IMAGE003
为时刻标记，指的是距离起始时刻的温度更新迭代的次数；
Figure 413579DEST_PATH_IMAGE005
是导线的初 始时刻温度，
Figure 140226DEST_PATH_IMAGE007
是一个实时市场调度周期内线性化的总段数，
Figure 163546DEST_PATH_IMAGE009
是第
Figure DEST_PATH_IMAGE045
段对应的系数，
Figure 608434DEST_PATH_IMAGE013
是第
Figure 493344DEST_PATH_IMAGE045
段调度周期对应的长度，
Figure 402394DEST_PATH_IMAGE016
是所述初始时刻温度曲线的正切。
按照本发明的另一方面，提供了一种实时电力市场下线路动态定容的系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明公开了一种实时电力市场下线路动态定容的方法。该方法基于原先有的动态线路容量确定方法，结合实时市场调度时间短，精度高等特点，对其进行近似假设与数学变换，将导线温度进行分段线性化。模型考虑了实际环境温度，天气情况，线路潮流等因素，对高阶热平衡方程进行线性化处理，最终求得实时导线温度，通过对温度线性化考虑即可将温度约束集成至SCED模型之中，从而动态调整线路的额定容量约束。本发明为电力市场下的潮流调度提供了一种新思路，有利于进行实时导线温度分析，相比于传统静态线路容量约束方法，能够有效的适应环境温度和天气变化，保证电网运行的热稳定性与安全性。
附图说明
图1是本发明一实施例中提供的实时电力市场下线路动态定容的方法的流程图。
图2是本发明一实施例中提供的实时电力市场下线路动态定容的方法的应用场景的系统拓扑图。
图3是本发明一实施例中第5支路通过解析温度求解法和分段线性温度求解法获得支路温度的对比图。
图4是本发明一实施例中第15支路通过解析温度求解法和分段线性温度求解法获得支路温度的对比图。
图5是本发明一实施例中第27支路通过解析温度求解法和分段线性温度求解法获得支路温度的对比图。
图6是本发明一实施例中第46支路通过解析温度求解法和分段线性温度求解法获得支路温度的对比图。
图7是本发明一实施例中对比传统方案和本发明方案下第33条线路的温度变化情况图。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供了一种实时电力市场下线路动态定容的方法，包括：
S1：在一个实时市场调度周期内，获取各根导线的初始时刻温度以及对应的初始时刻温度曲线的正切；
S2：利用各根导线对应的初始时刻温度和初始时刻温度曲线的正切计算对应导线在实时市场调度周期内各个时刻的预测温度；
S3：将各根导体在一个实时市场调度周期内各个时刻对应预测温度低于预先设定的对应导体最大承受温度作为温度约束，集成至实时调度安全约束机组组合SCED模型中，以动态确定各个导线各自对应的线路最大传输容量。
电网的安全稳定运行在实时市场中至关重要，不仅要考虑静态容量限制，还需要关注导体温度是否会因天气条件或峰值负荷而导致热过载。其中架空输电线路的温度取决于1）环境天气条件，2）线路电流，3）导体的物理参数，在物理模型上由热平衡方程(Heatbalance equation，HBE)描述。热平衡方程由热增益和热损失组成，热增益包括太阳热增益和焦耳热增益，而热损失包括对流热损失和辐射热损失。方程反映了单位时间内进入、离开和储存在导体中的热能，并引起温度变化。通常，热平衡方程有两种应用情况，一种应用于“稳态热平衡”情况，其可以表示为如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
；
另一种情况应用于“非稳态热平衡”情况，其可以表示为如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE049
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure DEST_PATH_IMAGE053
表示对流热和辐射热损失，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
和
Figure DEST_PATH_IMAGE057
表示太阳热增益和焦耳热增益。
Figure DEST_PATH_IMAGE059
为导线表面温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE061
为导线的总热容量，
Figure DEST_PATH_IMAGE063
为导线温度对时间的导数。
假设给定了稳态电流和温度，这种情况下一旦出现电流阶跃，当热平衡方程计算间隔为1分钟时，线路温度几乎需要1小时才能达到新的稳态热平衡。通过观察温度变化曲线可知，温度在最初的几十分钟内变化很快，而在剩余的大部分时间里变化缓慢。并且在整个周期内，导体温度在前十几分钟具有近似线性特征。
在电力市场运行中，实时市场调度周期为15分钟，并且每15分钟调度中心都会获得当前的负荷数据、投标价格和天气状况等数据。在每个时间段内，假设每个调度周期内天气条件和线路电流恒定，其值取调度首末端数据的平均值进行计算。从一个调度时间段的初始状态开始，每1分钟计算一次导体温度，然后每分钟根据计算的温度更新导体对流和辐射热损失项，同时太阳能和焦耳热增益保持不变。这样迭代15次后，将得到一个调度时间段结束时的温度。一个调度周期结束时的导体温度可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE065
；
Figure DEST_PATH_IMAGE067
；
其中
Figure 727109DEST_PATH_IMAGE005
是导线初始时刻的温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
是导线第15分钟的温度，
Figure 924872DEST_PATH_IMAGE007
是一个调度周期 线性化的段数，
Figure DEST_PATH_IMAGE070
是每段对应的系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
是每段调度周期对应的长度，
Figure 66003DEST_PATH_IMAGE016
是初始时刻温度曲线 的正切。它可以通过推导温度函数得到，也可以通过物理表达式计算得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE074
；
在一个调度周期的初始时刻，中的参数可以通过设备观察得到。所以K可以在调度之前就计算出来。通过对其进行线性加权，我们就可以计算出一个调度周期结束时的导线温度。进一步即可在实时调度安全约束机组组合(Security Constrained EconomicDispatch，SCED)中将原有的线路约束替换为：
Figure DEST_PATH_IMAGE076
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE077
为t时刻下第k条线路的导线温度，
Figure 875565DEST_PATH_IMAGE042
为全部线路集，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为t时刻允 许的最大温度。
在其中一个实施例中，S2包括：
利用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE079
计算各根导线在实时市场调度周期内各 个时刻的预测温度；
其中，
Figure 443950DEST_PATH_IMAGE004
为时刻标记，指的是距离起始时刻的温度更新迭代的次数；
Figure DEST_PATH_IMAGE080
是导线的初 始时刻温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE081
是一个实时市场调度周期内线性化的总段数，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
是第
Figure DEST_PATH_IMAGE083
段对应的系数，
Figure 66692DEST_PATH_IMAGE014
是 第
Figure DEST_PATH_IMAGE084
段调度周期对应的长度，
Figure 418039DEST_PATH_IMAGE016
是初始时刻温度曲线的正切。
在其中一个实施例中，S1包括：
在一个实时市场调度周期内，获取每根导线的初始时刻温度
Figure 613266DEST_PATH_IMAGE005
；
利用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE085
计算初始时 刻温度曲线的正切；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
和
Figure DEST_PATH_IMAGE087
分别表示初始时刻太阳热增益和焦耳热增益，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
和
Figure DEST_PATH_IMAGE089
分别表 示初始时刻对流热和辐射热损失；
Figure DEST_PATH_IMAGE090
为初始时刻的导线表面温度，
Figure 431180DEST_PATH_IMAGE030
为导线的总热容 量，
Figure DEST_PATH_IMAGE091
为导线的质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为导线的比热容，
Figure DEST_PATH_IMAGE093
为初始时刻的环境温度。
在其中一个实施例中，S3包括：
S31：将公式
Figure DEST_PATH_IMAGE094
作为温度约束集成至实时SCED 模型中；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE095
为t时刻下第k条线路的导线温度，
Figure 665852DEST_PATH_IMAGE042
为全部线路集，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
为t时刻导体 最大承受温度；
S32：控制实时SCED模型动态确定各个导线对应的线路最大传输容量。
在其中一个实施例中，S32包括：
控制实时SCED模型根据各个时刻各根导线的预测温度与导体最大承受温度的差值，动态调整各个导线对应的线路最大传输容量。
按照本发明的另一方面，提供了一种实时电力市场下线路动态定容的装置，包括：
数据获取模块，用于在一个实时市场调度周期内，获取各根导线的初始时刻温度以及对应的初始时刻温度曲线的正切；
温度计算模块，用于利用各根导线对应的初始时刻温度和初始时刻温度曲线的正切计算对应导线在实时市场调度周期内各个时刻的预测温度；
容量确定模块，将各根导体在一个实时市场调度周期内各个时刻对应预测温度低于预先设定的对应导体最大承受温度作为温度约束，集成至实时调度安全约束机组组合SCED模型中，以动态确定各个导线各自对应的线路最大传输容量。
在其中一个实施例中，温度计算模块，还用于利用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE097
计算各根导线在实时市场调度周期内各个时刻的预测温度；
其中，
Figure 132475DEST_PATH_IMAGE003
为时刻标记，指的是距离起始时刻的温度更新迭代的次数；
Figure 198520DEST_PATH_IMAGE005
是导线的初 始时刻温度，
Figure 311969DEST_PATH_IMAGE007
是一个实时市场调度周期内线性化的总段数，
Figure 440462DEST_PATH_IMAGE009
是第
Figure 8978DEST_PATH_IMAGE045
段对应的系数，
Figure 601633DEST_PATH_IMAGE013
是第
Figure 89246DEST_PATH_IMAGE045
段调度周期对应的长度，
Figure 767352DEST_PATH_IMAGE016
是初始时刻温度曲线的正切。
按照本发明的另一方面，提供了一种实时电力市场下线路动态定容的系统，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的方法的步骤。
举例来说，以IEEE标准39节点案例进行改进分析，其网络拓扑结构如图2所示，其中G符号表示火电机组，箭头符号表示节点负荷。系统由39个节点和46个分支组成，其中发电机组设置在30~39个节点，参考节点31个，投标价格采用五段报价的形式。负荷分布在节点1、3、4、7、8、9、12、15、16、18、20、21、23~29、39，负荷曲线参考了中国某天的实际情况，对应数值按照IEEE标准案例的初始比例进行分布。
通过对线路温度进一步分析，我们挑选了四条较为典型的支路温度的变化情况进行解析温度求解法和分段线性温度求解法结果的对比，分别是第5，第15，第27，第46条支路用以说明本方案在刻画温度上具有较好的精度，满足实时市场调度的精度需求，结果如图3、图4、图5和图6以及表1所示，数据表明两种方案非常吻合，也即本发明提出的方案在将高阶问题降阶为线性问题并且大幅降低计算速度的情况下能够以较高的精度计算出实时导线温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE098
进一步的，我们将上述方案运用到实时市场调度SCED中，并且对比传统方案和线路动态定容方案下第33条线路的温度变化情况，结果如图7所示。可以发现在中午和晚上的高峰负荷期间，导体温度超过了最高温度限制。尤其是中午太阳能最大，环境温度接近最高时，热过载最为严重，导体温度高达120摄氏度。当我们通过温度线性化将DLR引入实时市场，通过动态调整线路容量之后，在原先温度越限的时间点，第33条支路的导体温度被限制在100摄氏度，从而保证了电网运行的热稳定性。
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)

1.一种实时电力市场下线路动态定容的方法，其特征在于，包括：
S1：在一个实时市场调度周期内，获取各根导线的初始时刻温度以及对应的初始时刻温度曲线的正切；
S2：利用所述各根导线对应的所述初始时刻温度和所述初始时刻温度曲线的正切计算对应导线在所述实时市场调度周期内各个时刻的预测温度；
S3：将所述各根导体在一个实时市场调度周期内各个时刻对应预测温度低于预先设定的对应导体最大承受温度作为温度约束，集成至实时调度安全约束机组组合SCED模型中，以动态确定所述各个导线各自对应的线路最大传输容量；
所述S2包括：利用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
计算所述各根导线在所述实时市场调度周期内各个时刻的预测温度；其中，
Figure 783226DEST_PATH_IMAGE002
为时刻标记，指的是距离起始时刻的温度更新迭代的次数；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
是导线的初始时刻温度，
Figure 475239DEST_PATH_IMAGE004
是一个实时市场调度周期内线性化的总段数，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
是第
Figure 664780DEST_PATH_IMAGE006
段对应的系数，是第
Figure 250482DEST_PATH_IMAGE006
段调度周期对应的长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是所述初始时刻温度曲线的正切；
所述S1包括：在一个实时市场调度周期内，获取每根导线的初始时刻温度
Figure 788649DEST_PATH_IMAGE003
；利用公式
Figure 843324DEST_PATH_IMAGE008
计算所述初始时刻温度曲线的正切；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure DEST_PATH_IMAGE011
分别表示初始时刻太阳热增益和焦耳热增益，
Figure 187890DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure DEST_PATH_IMAGE013
分别表示初始时刻对流热和辐射热损失；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为初始时刻的导线表面温度，
Figure 80629DEST_PATH_IMAGE016
为导线的总热容量，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为导线的质量，
Figure 586434DEST_PATH_IMAGE018
为导线的比热容，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为初始时刻的环境温度；
所述S3包括：
S31：将公式作为所述温度约束集成至所述实时SCED模型中；其中，
Figure 971148DEST_PATH_IMAGE020
为t时刻下第k条线路的导线温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为全部线路集，
Figure 253225DEST_PATH_IMAGE022
为t时刻导体最大承受温度；
S32：控制所述实时SCED模型动态确定各个导线对应的线路最大传输容量。
2.如权利要求1所述的实时电力市场下线路动态定容的方法，其特征在于，所述S32包括：
控制所述实时SCED模型根据各个时刻各根导线的预测温度与所述导体最大承受温度的差值，动态调整各个导线对应的线路最大传输容量。
3.一种实时电力市场下线路动态定容的装置，其特征在于，用于执行权利要求1或2的方法，包括：
数据获取模块，用于在一个实时市场调度周期内，获取各根导线的初始时刻温度以及对应的初始时刻温度曲线的正切；
温度计算模块，用于利用所述各根导线对应的所述初始时刻温度和所述初始时刻温度曲线的正切计算对应导线在所述实时市场调度周期内各个时刻的预测温度；
容量确定模块，将所述各根导体在一个实时市场调度周期内各个时刻对应预测温度低于预先设定的对应导体最大承受温度作为温度约束，集成至实时调度安全约束机组组合SCED模型中，以动态确定所述各个导线各自对应的线路最大传输容量；
所述温度计算模块，还用于利用公式
Figure 16781DEST_PATH_IMAGE001
计算所述各根导线在所述实时市场调度周期内各个时刻的预测温度；其中，
Figure 100013DEST_PATH_IMAGE002
为时刻标记，指的是距离起始时刻的温度更新迭代的次数；
Figure 660438DEST_PATH_IMAGE024
是导线的初始时刻温度，
Figure 136419DEST_PATH_IMAGE004
是一个实时市场调度周期内线性化的总段数，
Figure 3750DEST_PATH_IMAGE005
是第
Figure 352822DEST_PATH_IMAGE006
段对应的系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
是第
Figure 492554DEST_PATH_IMAGE006
段调度周期对应的长度，
Figure 726221DEST_PATH_IMAGE007
是所述初始时刻温度曲线的正切。
4.一种实时电力市场下线路动态定容的系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1或2所述的方法的步骤。
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