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智能电网规划与运行控制的柔性评价及分析方法

作　者: 孙伟卿
导　师: 张焰
学　校: 上海交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 智能电网柔性评价柔性综合优化电网柔性规划柔性切负荷负荷柔性均匀性评估
分类号: TM732
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

智能电网是人类社会应对资源紧缺、环境污染等一系列问题而提出的现代化电力供应系统。与传统电网相比，智能电网对电网规划、运行和管理的各个环节提出了更高的要求，要求电能生产、输送和消费的整个过程更加高效、经济和安全，同时具备更好的可操控性，提供更佳的用户体验。在电力系统分析与计算中，通常以刚性约束的形式描述系统运行约束条件。一方面，这样的刚性描述方法过于刻板，很难满足智能电网对系统规划与运行管理灵活性的需求。另一方面，大量新技术的应用丰富了电力系统的控制手段，要求智能电网能够根据电网实际运行状态，灵活控制系统的各项运行参数。本文将工业过程系统设计中的柔性分析方法引入到电力系统分析与优化中，系统地提出智能电网规划与运行控制的柔性评价及分析方法。本文所做的研究工作主要包括以下几方面：1.在分析传统的电力系统优化模型中约束条件刚性表示方法不足的基础上，提出电力系统运行约束条件的柔性描述与分析方法；分析比较柔性分析方法与模糊集理论、概率理论，以及灰理论的区别；定义智能电网中的柔性概念，并对其进行分类描述；提出智能电网柔性评价的一维线性指标，并根据电网运行约束类型的不同，将该柔性评价指标从一维扩展至多维。2.基于对最优潮流模型中等式和不等式约束条件的柔性化描述，进一步提出电网运行优化目标函数的柔性化表示方法，并将其转化为柔性等式约束的形式；兼顾电网运行的经济性、安全性与可靠性，建立智能电网经济调度的多维柔性综合优化模型，并提出模型求解方法。3.将柔性分析方法应用于智能电网规划中，以柔性化方法评估整个电网规划周期内的投资成本、运行成本和可靠性收益；同时，通过对输电线路负载率约束的柔性化表示，在规划过程中保留部分系统输送能力，从而为系统预留一定的运行安全裕度和对不确定因素的适应能力。4.根据输电线路实时动态热整定（RT-DTLR）系统的监测数据，确定输电线路的实时热稳定极限；通过对线路潮流约束进行柔性化表示，实现对线路潮流的灵活控制；将该技术与传统的电力系统切负荷策略相结合，综合考虑系统风险与收益，提出考虑RT-DTLR技术的智能电网柔性切负荷策略，并以满意度评价方法进行求解。5.阐述智能电网中利用负荷柔性改善系统运行水平的实现方法；分析电动汽车作为智能电网中一类重要的柔性负荷，其充放电行为对电网运行的影响；研究智能电网对电动汽车充放电行为的引导与管理措施，分析电动汽车换电站的负荷柔性，通过对电动汽车换电站最优充放电策略的研究，求取电动汽车换电站的日负荷曲线，实现对其负荷的有序管理，并以此为依据分析换电站负荷对电网运行的影响。6.提出电力系统运行均匀性分析与评估方法，在电网结构确定的情况下，分析系统运行均匀性与经济性和安全性之间的关系；从电力系统运行状态和安全裕度两个角度，定义系统状态均匀度和固有均匀度评估指标；针对固有均匀度指标直接求解的困难，利用本文提出的柔性分析方法，提出基于设备负载率柔性约束参数δ U和δ L的优化模型并进行求解。本文以Garver6，IEEE14和IEEE30节点测试系统作为算例，分析和验证本文提出的智能电网规划与运行控制中柔性评价与分析方法的有效性。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-14
第一章绪论  14-28
  1.1 研究背景及意义  14-17
  1.2 国内外研究发展现状  17-26
    1.2.1 过程系统中的柔性评价与分析方法  17-21
    1.2.2 电力系统中现有的柔性化技术  21-26
  1.3 本文主要研究内容  26-28
第二章智能电网中柔性的定义与分类  28-39
  2.1 电力系统刚性约束优化问题  28-31
  2.2 智能电网中的柔性  31-35
    2.2.1 智能电网柔性的定义  31-32
    2.2.2 智能电网柔性的分类  32-34
    2.2.3 智能电网柔性与过程系统柔性的区别  34-35
  2.3 柔性分析方法与模糊集理论和概率理论以及灰理论的区别  35-37
  2.4 智能电网柔性分析方法与现有柔性电力技术的关系  37-38
  2.5 本章小结  38-39
第三章智能电网中的多维柔性评价指标与柔性综合优化  39-62
  3.1 智能电网运行约束的柔性化表示  39-44
    3.1.1 等式约束的柔性化描述  40-41
    3.1.2 不等式约束的柔性化描述  41-44
  3.2 智能电网柔性评价方法及指标  44-48
    3.2.1 智能电网柔性评价方法  44-46
    3.2.2 智能电网柔性评价指标  46-48
  3.3 智能电网多维柔性综合优化  48-55
    3.3.1 综合优化模型  48-52
    3.3.2 参数取值与模型求解  52-55
  3.4 算例分析  55-61
  3.5 本章小结  61-62
第四章基于全规划周期柔性成本评估的智能电网规划方法  62-75
  4.1 电网规划中的不确定因素  62-63
  4.2 电网柔性规划与输电线路负载率约束  63-65
    4.2.1 现有电网柔性规划方法的不足  63-64
    4.2.2 输电线路潮流约束的柔性化表示  64-65
  4.3 全规划周期柔性成本分析  65-68
    4.3.1 柔性投资成本  65-67
    4.3.2 柔性运行成本  67-68
    4.3.3 可靠性效益  68
  4.4 智能电网柔性规划模型及求解  68-70
  4.5 输电线路负载率柔性评价指标  70
  4.6 算例分析  70-74
  4.7 本章小结  74-75
第五章考虑输电线路动态热整定技术的智能电网柔性切负荷策略  75-90
  5.1 线路阻塞问题及其解决方案  75-76
  5.2 切负荷技术与 RT-DTLR 技术原理  76-81
    5.2.1 切负荷技术原理  76-78
    5.2.2 RT-DTLR 技术原理  78-79
    5.2.3 考虑 RT-DTLR 技术的智能电网柔性切负荷策略原理  79-81
  5.3 智能电网柔性切负荷模型与算法  81-86
    5.3.1 线路约束的柔性化表示  81-82
    5.3.2 柔性切负荷模型及其求解算法  82-86
  5.4 算例分析  86-89
  5.5 本章小结  89-90
第六章基于负荷柔性分析的电动汽车换电站最优充放电策略研究  90-110
  6.1 电动汽车负荷管理的必要性  90-91
  6.2 电动汽车充电模式比较与分析  91-93
  6.3 电动汽车换电站盈利模式及其负荷柔性分析  93-98
    6.3.1 电动汽车换电站盈利模式分析  93-95
    6.3.2 电动汽车换电站负荷柔性分析  95-96
    6.3.3 负荷柔性对电网运行的影响  96-98
  6.4 电动汽车换电站最优充放电策略  98-101
  6.5 算例分析  101-109
  6.6 本章小结  109-110
第七章基于柔性分析方法的电力系统运行均匀性评估  110-124
  7.1 电力系统运行均匀性的提出  110-112
  7.2 电力系统运行均匀性的定义  112-113
  7.3 电力系统不均匀性的成因及负面影响  113-115
    7.3.1 发电设备的不均匀性  113-114
    7.3.2 电网结构的不均匀性  114
    7.3.3 负荷分布的不均匀性  114-115
  7.4 电力系统均匀度评估指标  115-119
    7.4.1 电力系统状态均匀度指标  115-116
    7.4.2 电力系统固有均匀度指标  116-117
    7.4.3 基于柔性分析方法的固有均匀度指标求解模型  117-119
  7.5 算例分析  119-123
  7.6 本章小结  123-124
第八章全文总结  124-127
  8.1 主要结论  124-126
  8.2 研究展望  126-127
参考文献  127-138
附录  138-148
致谢  148-149
攻读博士学位期间已发表或录用的论文  149-150
攻读博士学位期间参与的科研项目  150

智能电网规划与运行控制的柔性评价及分析方法

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