论文部分内容阅读
摘要：随着经济的迅速发展，我国电力工业的发展也越来越快，随着电力工业的快速增长，電网容量的增大，对发电输电技术提出了许多新的要求。本文从特高压电网建设的现实需要出发，首先阐述了电网输电能力的基本内容以及其对电网运营的意义，接着介绍了影响电网输送能力的因素，并结合目前常见的计算方法论述了影响计算结果的因素，对特高电网输电能力的计算有一定的参考意义。
关键词：特高压可用输电能力（ATC）最优潮流
0 引言
我国的能源构成主要是煤炭以及水电等为主，但是在能源布局与能源消费中心却是存在着不协调的问题。能源储存丰富的地区主要是山西、内蒙古以及四川等地方，而电力负荷中心则是在中东部，我国经济发展与能源储藏的矛盾随着经济的不断发展逐渐显现出来。2008年春运期间爆发的低温冰雪灾害导致交通瘫痪，电煤运输通道受阻，东部很多燃煤发电机组因为没有煤只能停机，对经济发展带来了重大影响。
目前我国的电力需求主要由本地电源满足，这样的发展方式造成中东部撞击过密，同时也使得煤炭运输能力紧张，因此合理布局电源，在煤炭产地建设大型煤电基地，采用特高压输电方式实现跨区域大规模输电，优化电源配置对保持经济稳定发展具有现实意义。
1 “电网输电能力”基本概念
电网输电能力在20世纪70年代被称为输电交换能力(TIC)，此后也称为电网传输容量(TC)。1996年北美电力委员会进一步细分和规范了相关的术语及其计算标准，输电网区域间可用输电能力（ATC）定义为：在现有的输电合同基础上，实际物理输电网络中剩余的、可用于商业使用的传输容量，可表示为：ATC=TTC-TRM-CBM-ETC，在式子中，TTC为最大输电能力，TRM为输电可靠性裕度，CBM为容容量效益裕度，ETC为现存输电协议占用的输电能力。
电网输电能力对于整个系统的安全可靠性有着很大的影响。在计划经济下，电力工业运行模式采取计划指令，电网输电能力主要用于评估系统互联强度及比较不同输电系统结构的优劣，仅仅为系统调度人员了解系统目前运行状况提供一个参考信息。但是到了电力市场环境下，整个电力系统中大量交易频繁变化，往往会出现线路负荷增加、容量裕度降低等一系列问题，进一步会使系统稳定裕度减少，系统的安全与稳定问题也就更加突出。因此为保证整个电力系统的安全运行，就需要实时评估电力系统的运行情况，如何准确、高效地计算可用输电能力就显得十分重要。
2 特高压电网输电能力的主要影响因素
从电网的物理和电气特性来看，特高压电网的ATC主要受限于一下约束条件:发电机容量、节点电压等。因此结合前面给出的ATC的计算式子，要准确地计算ATC，应该全面考虑这些因素。
2.1 电网的最大输电能力
根据目北美电力系统可靠性委员会在1995年给出的TTC定义，TTC应该满足以下三个条件，从一个区域向另一个区域可能输送的最大功率。
2.1.1 在电网正常运行方式下，系统中所有设备(包括线路)的负荷水平及电压在设计范围内。
2.1.2 在电网中单一部件，整个系统能够吸收动态功率振荡，维持系统的稳定。
2.1.3 当2.1.2中描述的事故发生且系统功率振荡平息后，在调度员进行对与故障相关的运行方式调整之前，系统所有设备的功率及电压应当在在既定的紧急事故下额定范围内。
电网最大输电能力的计算依赖于发电、用户和输电条件。在线路传输中，额定容量主要是指线路在热极限条件或者是线路中得某个元器件的额定功率。在计算网络最大传输能力的时候不能直接把每条线路的额定传输能力相加，因为单独的每条线路之间存在着物力关系函数，直接相加的结果要比实际最大输电能力要大的多。
2.2 输电可靠性裕度
输电可靠性裕度说的是整个电网留存的必要的输电能力，用来确保当运行参数在合理范围内发生变化时，整个输电系统能继续安全平稳的运行。
在实际的电网中，这些不确定的运行参数覆盖范围非常的广，既可以是电网组成设备的随机故障，也可以是并联线路中由于传输的的不同步产生的约束等等。可以说，只要是电力系统在整个运行过程中出现的参数的合理变化以及带来的各种影响都应包含在输电可靠性裕度里面。在整个体系设计的时候，会考虑一定的设计裕度，但是随着系统运行时间的增加，出现不确定的可能性也逐渐累积，因此在考虑输电可靠性裕度的时候还要考虑时间的问题。
2.3 容量效益裕度
容量效益裕度说的是为了能够从其它联络网络中获得电力来满足备用发电可靠性需求而预留的输电容量裕度。
电网中的备用发电容量在保证供电可靠性方面具有重要。组成电力系统的发电机组以及线路设备都会存在着失去功能的风险，这时就需要备用电源向电力负荷中心供电。相互连接的电力系统在发生故障的时候，可以从其他网络那得到援助，从整体来说，减少了各个电网的备用容量。但是为了防止极端现象出现，在输电线路中都要留下部分输电容量，这一容量就是容量效益裕度，其中效益指的是由于电网互联带来的效益。
3 常见的输电能力（ATC）的计算方法以及影响因素
3.1 常见的ATC计算方法非为两大类
3.1.1 确定性的计算方法，这一类方法主要是不考虑ATC的随机性，也就是说在已知的运行状态下，对故障进行筛选，选取严重的故障进行分析，最后用适当的方法求解在故障状态下的ATC值。
目前基于模型的确定性ATC计算方法有现行规划法、潮流计算法（如最优潮流法）、灵敏度分析法等。
3.1.2 概率性计算方法，这一方法是将ATC视为随机函数，利用概率理论和数理统计来分析确定ATC。目前常用的方法有随机规划法、枚举法以及人工智能法。
3.2 ATC计算的影响因素
3.2.1 如何确定不确定性因素对ATC的影响。在确定不确定性因素在计算ATC的影响时，既不能过度考虑使得计算结果过于保守，也不能过于乐观使得系统出现故障或过负荷以后统电压崩溃，最终对整个社会和国民经济造成重大的损失。
3.2.2 选择的系统状态确定方法是否符合实际。在线计算ATC的时候就要求有比较高的计算速度尽可能的对故障的选择和排序，而离线ATC计算对计算精度要求比较高，需考虑数量庞大的不确定性因素，模拟电力系统可能出现的各种运行状态，确定系统状态时可选用各种随机数学和概率论方法，如马尔可夫过程、蒙特卡罗仿真法等。
3.2.3 选择ATC计算方法时要综合考虑计算精度和速度。确定了系统运行状态后，不论在线ATC计算还是离线ATC计算，都要采用适当的优化算法来计算ATC。优化算法的选择应综合考虑计算精度和速度。
4 结论及建议
我国经济的发展需要电网的坚强支持，因此对电网输送能力的研究具有现实的意义。建设远距离的特高压输电网络是未来的发展方向，但是特高压可用输电能力方面的研究还有很多工作要做，例如本文详细分析了特高压可用输电能力的影响因素，但考虑到计算的可行性和快速性，在算例计算过程中没有考虑网络的不确定因素。在电网的可用输电能力计算上，如何合理地处理网络不确定因素对ATC的影响仍是今后需要研究的具有实际意义的课题。这都需要进一步的研究。
参考文献：
[1]王成山，王兴刚，魏炜.输电系统可用输电能力研究[J].电力系统及其自动化学报，2005，17(5): 42-49.
[2]李庚银，高亚静，周明.可用输电能力评估的序贯蒙特卡罗仿真法[J].中国电机工程学报，2008，28(25):74-79.
[3]李彤岩.电力系统区域间可用输电能力研究综述[J].黑龙江电力，2007，29(4):255-258.
关键词：特高压可用输电能力（ATC）最优潮流
0 引言
我国的能源构成主要是煤炭以及水电等为主，但是在能源布局与能源消费中心却是存在着不协调的问题。能源储存丰富的地区主要是山西、内蒙古以及四川等地方，而电力负荷中心则是在中东部，我国经济发展与能源储藏的矛盾随着经济的不断发展逐渐显现出来。2008年春运期间爆发的低温冰雪灾害导致交通瘫痪，电煤运输通道受阻，东部很多燃煤发电机组因为没有煤只能停机，对经济发展带来了重大影响。
目前我国的电力需求主要由本地电源满足，这样的发展方式造成中东部撞击过密，同时也使得煤炭运输能力紧张，因此合理布局电源，在煤炭产地建设大型煤电基地，采用特高压输电方式实现跨区域大规模输电，优化电源配置对保持经济稳定发展具有现实意义。
1 “电网输电能力”基本概念
电网输电能力在20世纪70年代被称为输电交换能力(TIC)，此后也称为电网传输容量(TC)。1996年北美电力委员会进一步细分和规范了相关的术语及其计算标准，输电网区域间可用输电能力（ATC）定义为：在现有的输电合同基础上，实际物理输电网络中剩余的、可用于商业使用的传输容量，可表示为：ATC=TTC-TRM-CBM-ETC，在式子中，TTC为最大输电能力，TRM为输电可靠性裕度，CBM为容容量效益裕度，ETC为现存输电协议占用的输电能力。
电网输电能力对于整个系统的安全可靠性有着很大的影响。在计划经济下，电力工业运行模式采取计划指令，电网输电能力主要用于评估系统互联强度及比较不同输电系统结构的优劣，仅仅为系统调度人员了解系统目前运行状况提供一个参考信息。但是到了电力市场环境下，整个电力系统中大量交易频繁变化，往往会出现线路负荷增加、容量裕度降低等一系列问题，进一步会使系统稳定裕度减少，系统的安全与稳定问题也就更加突出。因此为保证整个电力系统的安全运行，就需要实时评估电力系统的运行情况，如何准确、高效地计算可用输电能力就显得十分重要。
2 特高压电网输电能力的主要影响因素
从电网的物理和电气特性来看，特高压电网的ATC主要受限于一下约束条件:发电机容量、节点电压等。因此结合前面给出的ATC的计算式子，要准确地计算ATC，应该全面考虑这些因素。
2.1 电网的最大输电能力
根据目北美电力系统可靠性委员会在1995年给出的TTC定义，TTC应该满足以下三个条件，从一个区域向另一个区域可能输送的最大功率。
2.1.1 在电网正常运行方式下，系统中所有设备(包括线路)的负荷水平及电压在设计范围内。
2.1.2 在电网中单一部件，整个系统能够吸收动态功率振荡，维持系统的稳定。
2.1.3 当2.1.2中描述的事故发生且系统功率振荡平息后，在调度员进行对与故障相关的运行方式调整之前，系统所有设备的功率及电压应当在在既定的紧急事故下额定范围内。
电网最大输电能力的计算依赖于发电、用户和输电条件。在线路传输中，额定容量主要是指线路在热极限条件或者是线路中得某个元器件的额定功率。在计算网络最大传输能力的时候不能直接把每条线路的额定传输能力相加，因为单独的每条线路之间存在着物力关系函数，直接相加的结果要比实际最大输电能力要大的多。
2.2 输电可靠性裕度
输电可靠性裕度说的是整个电网留存的必要的输电能力，用来确保当运行参数在合理范围内发生变化时，整个输电系统能继续安全平稳的运行。
在实际的电网中，这些不确定的运行参数覆盖范围非常的广，既可以是电网组成设备的随机故障，也可以是并联线路中由于传输的的不同步产生的约束等等。可以说，只要是电力系统在整个运行过程中出现的参数的合理变化以及带来的各种影响都应包含在输电可靠性裕度里面。在整个体系设计的时候，会考虑一定的设计裕度，但是随着系统运行时间的增加，出现不确定的可能性也逐渐累积，因此在考虑输电可靠性裕度的时候还要考虑时间的问题。
2.3 容量效益裕度
容量效益裕度说的是为了能够从其它联络网络中获得电力来满足备用发电可靠性需求而预留的输电容量裕度。
电网中的备用发电容量在保证供电可靠性方面具有重要。组成电力系统的发电机组以及线路设备都会存在着失去功能的风险，这时就需要备用电源向电力负荷中心供电。相互连接的电力系统在发生故障的时候，可以从其他网络那得到援助，从整体来说，减少了各个电网的备用容量。但是为了防止极端现象出现，在输电线路中都要留下部分输电容量，这一容量就是容量效益裕度，其中效益指的是由于电网互联带来的效益。
3 常见的输电能力（ATC）的计算方法以及影响因素
3.1 常见的ATC计算方法非为两大类
3.1.1 确定性的计算方法，这一类方法主要是不考虑ATC的随机性，也就是说在已知的运行状态下，对故障进行筛选，选取严重的故障进行分析，最后用适当的方法求解在故障状态下的ATC值。
目前基于模型的确定性ATC计算方法有现行规划法、潮流计算法（如最优潮流法）、灵敏度分析法等。
3.1.2 概率性计算方法，这一方法是将ATC视为随机函数，利用概率理论和数理统计来分析确定ATC。目前常用的方法有随机规划法、枚举法以及人工智能法。
3.2 ATC计算的影响因素
3.2.1 如何确定不确定性因素对ATC的影响。在确定不确定性因素在计算ATC的影响时，既不能过度考虑使得计算结果过于保守，也不能过于乐观使得系统出现故障或过负荷以后统电压崩溃，最终对整个社会和国民经济造成重大的损失。
3.2.2 选择的系统状态确定方法是否符合实际。在线计算ATC的时候就要求有比较高的计算速度尽可能的对故障的选择和排序，而离线ATC计算对计算精度要求比较高，需考虑数量庞大的不确定性因素，模拟电力系统可能出现的各种运行状态，确定系统状态时可选用各种随机数学和概率论方法，如马尔可夫过程、蒙特卡罗仿真法等。
3.2.3 选择ATC计算方法时要综合考虑计算精度和速度。确定了系统运行状态后，不论在线ATC计算还是离线ATC计算，都要采用适当的优化算法来计算ATC。优化算法的选择应综合考虑计算精度和速度。
4 结论及建议
我国经济的发展需要电网的坚强支持，因此对电网输送能力的研究具有现实的意义。建设远距离的特高压输电网络是未来的发展方向，但是特高压可用输电能力方面的研究还有很多工作要做，例如本文详细分析了特高压可用输电能力的影响因素，但考虑到计算的可行性和快速性，在算例计算过程中没有考虑网络的不确定因素。在电网的可用输电能力计算上，如何合理地处理网络不确定因素对ATC的影响仍是今后需要研究的具有实际意义的课题。这都需要进一步的研究。
参考文献：
[1]王成山，王兴刚，魏炜.输电系统可用输电能力研究[J].电力系统及其自动化学报，2005，17(5): 42-49.
[2]李庚银，高亚静，周明.可用输电能力评估的序贯蒙特卡罗仿真法[J].中国电机工程学报，2008，28(25):74-79.
[3]李彤岩.电力系统区域间可用输电能力研究综述[J].黑龙江电力，2007，29(4):255-258.