电网消纳风电中的电热协调理论研究

The conservative property of static thermal rating of wind farm transmission line restricts the capability of absorbing the wind energy, which leads to wind power spillage. In this proposal the electro-thermal coordination theory for wind power absorption based on dynamic thermal rating technology will be proposed. The aim is to take the full use of the dynamic characteristics of long-term and short-term transfer capability of integrated transmission components in advanced dispatch to accommodate wind power. The key points of the research lies in analyzing the fluctuation property of wind power and (long term and short term) dynamic property of transmission capability of components. Based on the correlations of these two properties, a probabilistic forecasting method for thermal rating wind farm transmission components will be proposed, the dynamic constraints which reflect the electro-thermal associations of integration transmission component in different dispatch scale will be established. Finally the model and algorithm for electro-thermal coordination dispatch which is used to accommodate the wind power will be proposed. The proposed model can coordinate the current of integration transmission components with its steady\dynamic process of temperature within the feasible wind power variation range. Thus a complete of electro-thermal coordination thoery system which can promote the capability of network to accommodate the wind power is formed. The research can efficiently decrease the wind spillage, and meet requirements of energy saving and emission reduction. Therefore, it has significant theoretical and realistic meanings.

针对静态热定值保守性导致调度消纳风电受送出通道输电元件载荷能力制约，引发不必要的弃风问题，本项目基于动态热定值技术提出电网消纳风电中的电热协调理论。其目的在于使调度能够超前利用风电外送输电元件长期、短时载荷能力的动态特性以消纳风电。关键在于：在分析风电波动特性、输电元件载荷能力（长期、短时）动态特性，以及两者相关性规律的基础上，研究并给出风电外送输电元件热定值的概率预测方法，建立不同时间级调度中体现输电元件电热关联关系的动态约束表达，构建电网消纳风电的电热协调调度模型和方法，使调度能够在一定目标下协调风电外送输电元件载流与温度变化的稳态、动态过程，提升电网接纳风电能力。由此形成完整的电网消纳风电中的电热协调理论体系。本项目的开展能够有效增强电网消纳风电能力，符合节能减排需求，具有研究的迫切性和理论储备价值。

针对静态热定值保守性导致电网消纳风电受送出通道输电元件载荷能力制约，引发不必要的弃风问题，本项目基于动态热定值技术提出电网消纳风电中的电热协调理论。其目的在于使调度能够超前利用风电外送输电元件长期、短时载荷能力的动态特性以消纳风电，提升电网接纳风电能力。主要研究内容包括：（1）研究输电元件热特性及其建模，仿真分析输电元件长期、短时载荷能力及其在消纳风电中的作用；（2）研究输电元件长期发热允许热电流（热定值）的概率预测方法；（3）研究消纳风电的电热协调模型和方法。主要研究结果如下：（1）在掌握架空线电、热、力关联关系和数学模型以及交联聚乙烯绝缘电缆热路模型及参数计算方法的基础上，建立了伴随风电波动的外送输电线路热、力学动态过程仿真方法；将输电线路热特性模型与电网潮流模型有机结合，建立了伴随电网潮流变化的输电线路温度动态过程计算方法以及考虑输电线路温度的电网扩展状态估计方法；提出了计及动态热定值的配电网可靠性分析方法，仿真分析了考虑输电线路时变载荷能力对电力系统可靠性的提升效果；（2）提出了将区域天气预报用于架空线路动态热定值概率预测的思路及方法。在根据历史微气象及区域天气预报数据统计两者偏差分布规律的基础上，可依据区域天气预报信息给出预测时段内热定值可能的波动范围及概率分布，预测结果对帮助调度高效利用输电线路载荷能力，提高电力系统安全经济运行水平具有实际意义；（3）以外送风电架空线路为对象，在分析导体发热对其抗拉强度损失及弧垂影响规律的基础上，在满足输电线路期望使用寿命及安全净距需求基础上决策使得弃风电量最小的热定值。该方法一定程度上克服了按设定长期最大允许运行温度计算热定值所带来的保守性；提出了紧急情况下基于模型预测控制的外送风电输电线路过载控制方法，可有效预见并利用输电线路短时载荷能力接纳风电，对提高输电元件利用效率，实现节能减排具有重要意义。