本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運行優(yōu)化，具體涉及基于dlr和ots的新能源最大接入計算方法。

背景技術(shù)：

1、隨著對清潔能源需求的持續(xù)增長，風(fēng)電和光伏等可再生能源的滲透率正在顯著提升。然而，由于電力系統(tǒng)的傳輸容量有限，導(dǎo)致棄風(fēng)、棄光問題頻繁發(fā)生。這種現(xiàn)象不僅浪費了寶貴的能源資源，還對可再生能源的大規(guī)模推廣和應(yīng)用造成了限制。與此同時，傳統(tǒng)的電網(wǎng)擴(kuò)容方案往往需要經(jīng)歷冗長的規(guī)劃和建設(shè)周期，且伴隨著高昂的資金投入，難以迅速響應(yīng)不斷增長的能源需求。因此，如何在不依賴大規(guī)模新建輸電設(shè)施的情況下，通過對現(xiàn)有電網(wǎng)資產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化，以提升輸電能力，已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)研究的關(guān)鍵課題之一。

2、此外，大規(guī)?？稍偕茉吹牟⒕W(wǎng)使得常規(guī)發(fā)電機的有功功率被替代，無功電源的減少無法向電網(wǎng)提供足夠的無功功率。因此，無功功率輸出將轉(zhuǎn)移到剩余的在線機組和其他的無功電源，這種轉(zhuǎn)變可能會使可用的無功功率源接近其運行極限。同時，風(fēng)光接入引起的有功接入變化可能會改變整個網(wǎng)絡(luò)功率及電壓的分布，尤其是在無功功率不足的地區(qū)。這些原因可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)電壓穩(wěn)定性問題，甚至電壓崩潰。

3、動態(tài)線路極限電流（dynamic?line?rating?dlr，也可稱為動態(tài)線路額定值)與最優(yōu)傳輸切換（optimal?transmission?switching?ots）技術(shù)作為電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行與預(yù)防控制的靈活性措施，在提高電網(wǎng)對可再生能源的接納能力與穩(wěn)定性方面應(yīng)用廣泛。具體而言，動態(tài)線路額定值技術(shù)通過實時監(jiān)測導(dǎo)線的運行環(huán)境，能夠根據(jù)導(dǎo)線的實際溫度和環(huán)境參數(shù)動態(tài)調(diào)整輸電線路的額定額定值，從而提高電網(wǎng)對可再生能源的接納能力。最優(yōu)傳輸切換技術(shù)通過合理的輸電線路拓?fù)鋬?yōu)化進(jìn)一步提高可再生能源接入的能力。因此，dlr與ots的結(jié)合成為提升可再生能源接入的關(guān)鍵途徑。

4、傳統(tǒng)電網(wǎng)網(wǎng)側(cè)資源的利用往往是不充分的，例如靜態(tài)線路額定值和固定的輸電拓?fù)?。這種方法難以應(yīng)對可再生能源的不確定性和跨時段的電網(wǎng)負(fù)荷波動。在復(fù)雜的電力系統(tǒng)中，單純采用靜態(tài)模型難以將更多的可再生能源電力輸送至負(fù)荷中心，因此有必要提出一種計及電壓穩(wěn)定約束和傳輸安全性要求的綜合優(yōu)化方法，利用動態(tài)線路額定值與最優(yōu)輸電切換，在確保系統(tǒng)安全的前提下最大化可再生能源的接入能力。

5、從數(shù)學(xué)本質(zhì)上講，基于動態(tài)線路額定值和最優(yōu)輸電切換的可再生能源接入最大化的數(shù)學(xué)模型是一個非線性非凸的優(yōu)化模型，其特點為具有非線性的目標(biāo)函數(shù)與約束條件，現(xiàn)有求解方法通常計算效率低、難于收斂。其求解難點在于：（1）無功功率平衡對電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性具有直接影響，直流潮流模型忽略了無功功率和電壓的關(guān)聯(lián)性，無法準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的電壓變化和穩(wěn)定性要求，因此在分析和求解時不能簡單地采用線性化的直流潮流模型。此外在涉及電壓穩(wěn)定性的研究中，必須采用更復(fù)雜的交流潮流模型，以充分考慮無功功率、節(jié)點電壓幅值及其對系統(tǒng)整體穩(wěn)定性所帶來的影響。（2）該模型包含大量非線性和非凸約束條件，使得其求解過程更加復(fù)雜。非線性約束如交流潮流方程和交流連續(xù)潮流方程，涉及變量之間的復(fù)雜關(guān)系，而非凸性約束則使得傳統(tǒng)的優(yōu)化算法難以直接求解。這些非線性非凸約束不僅增加了模型的計算難度，還對優(yōu)化結(jié)果的全局性提出了更高的要求。（3）傳統(tǒng)的dlr實現(xiàn)方法通?；趇eee?738標(biāo)準(zhǔn)，評估輸電線路導(dǎo)體在特定環(huán)境條件下的熱平衡狀態(tài)。通過精確測量和計算導(dǎo)體溫度、環(huán)境風(fēng)速以及太陽輻射等參數(shù)，從而確定線路的動態(tài)傳輸能力。然而，眾所周知，線路的電氣參數(shù)（如電阻、電感）會隨著溫度的變化而發(fā)生相應(yīng)改變。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供基于dlr和ots的新能源最大接入計算方法，通過利用動態(tài)線路額定值技術(shù)動態(tài)調(diào)整線路額定值，并結(jié)合最優(yōu)傳輸切換技術(shù)選擇最優(yōu)的線路切換方案，最大限度地提高可再生能源的接入容量，同時滿足電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和傳輸安全性要求。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了基于dlr和ots的新能源最大接入計算方法，包括以下步驟：

3、s1、構(gòu)建基于動態(tài)線路極限電流dlr和最優(yōu)線路切換ots的可再生能源接入量最大化模型，該模型以最大化可再生能源接入量為優(yōu)化目標(biāo)，以交流潮流平衡約束、交流連續(xù)潮流平衡約束、極限裕度需求約束、發(fā)電機輸出功率約束、線路傳輸功率約束、電壓幅值約束和線路切換數(shù)量約束為約束條件；

4、s2、獲取電力系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，包括電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、各輸電線路的運行狀態(tài)、各發(fā)電機組（包括可再生能源機組和傳統(tǒng)發(fā)電機組）的功率輸出和負(fù)荷需求；

5、s3、通過安裝在輸電線路上的溫度傳感器，獲取輸電線路的實時導(dǎo)體溫度數(shù)據(jù)，并通過安裝在輸電線路上的電流互感器，獲取輸電線路的電流數(shù)據(jù)；

6、s4、根據(jù)計及線路參數(shù)修正的dlr技術(shù)，計算輸電線路動態(tài)最大允許電流值（也可以采用公知的dlr技術(shù)來獲取輸電線路動態(tài)最大允許電流值）；

7、s5、使用連續(xù)潮流算法（采用公知算法即可）計算當(dāng)前電力系統(tǒng)的可再生能源接入容量及其電壓穩(wěn)定性裕度；計算過程中，逐步增加可再生能源的接入量和負(fù)荷需求，直到達(dá)到電壓穩(wěn)定極限或線路傳輸極限或電壓幅值極限；記錄此時可再生能源的最大可接入量、限制可再生能源接入的原因以及極限點處電力系統(tǒng)狀態(tài)（包括各節(jié)點電壓幅值、電壓相角和各支路功率）；

8、s6、判斷此時靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度是否滿足閾值需求，若不滿足則執(zhí)行三階段方法求解滿足閾值要求的切換輸電線路，三階段方法包括預(yù)篩選階段、排序階段和詳細(xì)計算階段；若滿足則計算下一時刻的可再生能源接入量；

9、s7、執(zhí)行預(yù)篩選階段：

10、s71、如果限制可再生能源接入的原因是輸電線路傳輸容量限制或是電壓幅值限制，則在此極限點處通過快速解耦潮流算法對開斷每條輸電線路后的電力系統(tǒng)進(jìn)行一次潮流計算，預(yù)篩選候選切換輸電線路集合，將其發(fā)送至s8；

11、s72、如果限制可再生能源接入的原因是靜態(tài)電壓穩(wěn)定性限制，則計算切換每條輸電線路后的負(fù)荷裕度變化量，并排序得到候選輸電線路集合，將其發(fā)送至s8；

12、s8、執(zhí)行排序階段：應(yīng)用look-ahead負(fù)荷裕度估算方法（采用公知估算方法即可），估算每條切換輸電線路后電力系統(tǒng)的運行點到熱極限點、電壓幅值極限點和靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限點的負(fù)荷裕度，并根據(jù)估算的負(fù)荷裕度對候選切換輸電線路進(jìn)行按照降序排序，將排名靠前的候選切換輸電線路送入s9；

13、s9、執(zhí)行詳細(xì)計算階段：應(yīng)用連續(xù)潮流方法逐個計算候選切換輸電線路后電力系統(tǒng)的可再生能源接入容量，可接入容量最大值對應(yīng)的候選切換輸電線路為最佳切換輸電線路；

14、s10、在完成三階段方法計算后，輸出輸電線路切換方案和每個輸電線路切換方案對應(yīng)的最大可再生能源接入容量。

15、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的s1中，可再生能源接入最大化模型的目標(biāo)函數(shù)為：

16、（1）；

17、式中，是包含可再生能源機組的節(jié)點集合，表示帶有可再生能源機組的第i個節(jié)點；是負(fù)荷裕度；、分別是節(jié)點i上的可再生能源機組的有功功率輸出、有功功率變化量。

18、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的s1中，交流潮流平衡約束為：

19、（2）；

20、式中，是節(jié)點i上傳統(tǒng)發(fā)電機組的有功功率輸出；是節(jié)點i上負(fù)荷的有功功率；、分別是節(jié)點i上傳統(tǒng)發(fā)電機組、可再生能源機組的無功功率輸出；是節(jié)點i上負(fù)荷需求的無功功率；、分別是節(jié)點i、節(jié)點j的電壓幅值；是節(jié)點i與節(jié)點j之間的電壓相角差；、分別是輸電線路i-j的電導(dǎo)、電納；是一個0-1整數(shù)變量，表示輸電線路i-j的運行狀態(tài)，當(dāng)時表示輸電線路i-j處于斷開狀態(tài)，當(dāng)時表示輸電線路i-j處于運行狀態(tài)；是節(jié)點總數(shù)量；

21、交流連續(xù)潮流平衡約束為：

22、（3）；

23、（4）；

24、式中，是節(jié)點i上傳統(tǒng)發(fā)電機組的有功功率變化量；是節(jié)點i上負(fù)荷的有功功率變化量；是節(jié)點i上傳統(tǒng)發(fā)電機組的無功功率變化量；、分別是電力系統(tǒng)達(dá)到可再生能源接入極限點時節(jié)點i、節(jié)點j的電壓幅值；是達(dá)到可再生能源接入極限點時節(jié)點i與節(jié)點j之間的電壓相角差；、分別是電力系統(tǒng)有功功率、無功功率的增長方向；

25、負(fù)荷裕度需求約束為：

26、（5）；

27、式中，、、分別是運行點到熱極限點、電壓幅值極限點和靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限點的負(fù)荷裕度；是設(shè)定的負(fù)荷裕度需求；

28、發(fā)電機輸出功率約束為：

29、（6）；

30、式中，、分別是節(jié)點i上傳統(tǒng)發(fā)電機組有功功率輸出的最小值、最大值；、分別是節(jié)點i上可再生能源機組有功功率輸出的最小值、最大值；、分別是節(jié)點i上傳統(tǒng)發(fā)電機組無功功率輸出的最小值、最大值；、分別是節(jié)點i上可再生能源機組無功功率輸出的最小值、最大值；

31、線路傳輸約束為：

32、（7）；

33、式中，是輸電線路i-j在極限運行點時的電流值；為第t時刻輸電線路i-j的最大允許電流值；

34、電壓幅值約束為：

35、（8）；

36、（9）；

37、式中，、分別是節(jié)點i上電壓幅值的最小值、最大值；

38、線路切換數(shù)量約束為：

39、（10）；

40、式中，是允許切換輸電線路的數(shù)量。

41、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的s4中，計算輸電線路動態(tài)最大允許電流值的過程為：

42、s41、將導(dǎo)體散熱功率函數(shù)表示為關(guān)于導(dǎo)體溫度（即為實測的導(dǎo)體溫度）的m階有理多項式，此時輸電線路導(dǎo)體的熱平衡方程表示為：

43、（11）；

44、式中，是導(dǎo)體在下的電阻值；是導(dǎo)體的熱慣性值；是多項式系數(shù)；表示的z次方；i是通過輸電線路的電流；t為時間，表示時刻；

45、s42、取m=2，在t時刻下的熱平衡方程表示為：

46、（12）；

47、式中，、和為待求的多項式系數(shù)；為第t時刻的導(dǎo)數(shù)，表示為：

48、（13）；

49、式中，為第t時刻的導(dǎo)體實測溫度；為第時刻的導(dǎo)體實測溫度；為相鄰兩次導(dǎo)體溫度測量的時間間隔；是相鄰兩個時刻之間（即為第t時刻和第時刻，下同）流過的平均導(dǎo)體電流；為導(dǎo)體在溫度下的電阻值；是相鄰兩個時刻之間的平均導(dǎo)體溫度，表示為：

50、（14）；

51、s43、利用測量的第t時刻及之前的m個時刻導(dǎo)體溫度數(shù)據(jù)，構(gòu)建溫度矩陣a；利用測量的第t時刻及之前m個流過導(dǎo)體的電流值，構(gòu)建電流矩陣y；定義閾值和：

52、s431、如果，則a和y分別表示為：

53、（15）；

54、（16）；

55、式中，即為第時刻的導(dǎo)數(shù)，其余符號同理（例如為第時刻和第時刻兩個相鄰時刻之間的平均導(dǎo)體溫度）；

56、s432、如果，且，則a和y分別表示為：

57、（17）；

58、（18）；

59、s433、如果，且，則第t時刻的輸電線路動態(tài)最大允許電流，并轉(zhuǎn)到s5（即為第時刻的輸電線路動態(tài)最大允許電流）；

60、s44、根據(jù)m+1個m階有理多項式的熱平衡方程以形成矩陣方程，即y=ax，其中x為待求的系數(shù)矩陣，如果，則；如果，且，則；

61、s45、采用最小二乘法對x進(jìn)行最佳估計，求得所有待求的x：

62、（19）；（t即表示轉(zhuǎn)置）

63、s46、修正輸電線路的長度，計算公式為：

64、（20）；

65、式中，是導(dǎo)體的線性膨脹系數(shù)；是導(dǎo)體的二次膨脹系數(shù)；是導(dǎo)體所允許的最大溫度值；是初始導(dǎo)體溫度；是在下的輸電線路長度；

66、s47、修正輸電線路在溫度下的電阻值，若輸電線路屬于短距離輸電線路（長度小于100km），利用式（21）計算，若輸電線路屬于長距離輸電線路（長度大于等于100km），利用式（22）計算，分別表示為：

67、（21）；

68、（22）；

69、式中，是導(dǎo)體在溫度下的電阻值；是導(dǎo)體的波阻抗；是導(dǎo)體的傳播系數(shù)；表示雙曲正弦函數(shù)；real表示取復(fù)數(shù)的實部；

70、s48、求解，表示為：

71、（23）。

72、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，取0.2°c/s，取0.1a或0.5a。

73、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的s71中，預(yù)篩選候選切換輸電線路集合的公式為：

74、（24）；

75、（25）；

76、式中，是由于熱額定值限制的候選切換輸電線路的指標(biāo)；是由于電壓幅度限制的候選切換輸電線路的指標(biāo)；是切換輸電線路k后輸電線路i-j的電流；對于，如果輸電線路i-j配置了dlr技術(shù)和設(shè)備，則為第t時刻輸電線路i-j動態(tài)最大允許電流值，否則為輸電線路i-j靜態(tài)最大允許電流值；是切換輸電線路k后節(jié)點i上的電壓幅值；是切換輸電線路k前輸電線路i-j上的電流值。

77、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的s72中，切換每條輸電線路后的負(fù)荷裕度變化量的計算過程為：

78、s721、交流連續(xù)潮流方程用緊湊形式表示為：

79、（26）；

80、式中，x是狀態(tài)變量，包括電壓幅度、電壓相角、線路功率和發(fā)電機輸出功率；p表示可切換輸電線路的阻抗；是靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度；

81、s722、隨著的增加，或會達(dá)到上限值，即或，此時交流連續(xù)潮流方程用緊湊形式表示為：

82、（27）；

83、在靜態(tài)電壓穩(wěn)定性限制點處，存在一個與雅可比矩陣j正交的非零向量ω，即ωj=0，因此：

84、（28）；

85、則由于切換輸電線路導(dǎo)致的負(fù)荷裕度變化量的計算通式為：

86、（29）；

87、式中，、分別是式（26）、式（27）對x的導(dǎo)數(shù)；、分別是式（26）、式（27）對p的導(dǎo)數(shù)；、分別是式（26）、式（27）對的導(dǎo)數(shù)；如果開斷輸電線路，則為輸電線路的阻抗參數(shù)的負(fù)值；如果投入輸電線路，則為輸電線路的阻抗參數(shù)；為中間變量，表示為：

88、（30）；

89、因此，由于切換輸電線路k導(dǎo)致的負(fù)荷裕度的變化量的計算式為：

90、（31）；

91、式中，是由于切換輸電線路k導(dǎo)致的阻抗參數(shù)變化量，如果開斷輸電線路k，則為輸電線路k的阻抗參數(shù)的負(fù)值；如果投入輸電線路，則為輸電線路k的阻抗參數(shù)；

92、經(jīng)式（31）計算后，選擇的輸電線路，將其發(fā)送至s8。

93、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的s8中，執(zhí)行排序階段的具體計算步驟為：

94、s81、從s7篩選后的候選切換輸電線路k，應(yīng)用look-ahead負(fù)荷裕度估算方法，快速估算切換輸電線路k后的電力系統(tǒng)熱極限點的負(fù)荷裕度、電壓幅值極限點的負(fù)荷裕度和靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限點的負(fù)荷裕度；

95、s82、計算切換輸電線路k后電力系統(tǒng)的負(fù)荷裕度，計算式為：

96、（32）；

97、s83、判斷是否滿足閾值要求，即，如果滿足，則保留輸電線路k，否則剔除輸電線路k；

98、s84、重復(fù)s81-s83步驟，直至所有s7步驟篩選的候選切換輸電線路全部計算完畢，然后執(zhí)行s85；

99、s85、根據(jù)s82計算出的負(fù)荷裕度對所有保留下來的切換輸電線路進(jìn)行降序排序，并將排名20%的候選切換輸電線路送入s9。

100、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的s9中，執(zhí)行詳細(xì)計算階段的具體步驟為：應(yīng)用連續(xù)潮流方法對s8排序后的候選切換輸電線路按順序逐個計算切換后系統(tǒng)的熱極限點裕度、電壓幅值極限點裕度、靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限點的裕度和切換輸電線路后電力系統(tǒng)的可再生能源接入容量；輸出計算的可接入容量最大值及其對應(yīng)的候選切換輸電線路，該切換輸電線路為最佳切換線路解。

101、本發(fā)明涉及的算法可以通過電子設(shè)備執(zhí)行，電子設(shè)備包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，通過處理器執(zhí)行軟件實現(xiàn)上述的算法計算。

102、本發(fā)明所具有的有益效果是：

103、本發(fā)明結(jié)合了動態(tài)線路額定值dlr技術(shù)和最優(yōu)輸電切換ots技術(shù)，通過利用dlr技術(shù)動態(tài)調(diào)整線路額定值，并結(jié)合ots技術(shù)選擇最優(yōu)的線路切換方案，最大限度地提高可再生能源的接入容量，同時滿足電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和傳輸安全性要求。

104、本發(fā)明通過結(jié)合dlr技術(shù)和ots技術(shù)，顯著提升了電網(wǎng)對可再生能源（如風(fēng)電和光伏發(fā)電）的接納能力。通過引入靜態(tài)電壓穩(wěn)定性約束，確保在提升可再生能源接入的同時，保證了電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

105、本發(fā)明提出的三階段優(yōu)化求解策略（預(yù)篩選、排序、詳細(xì)計算）大大減少了問題求解的計算復(fù)雜度。相比于傳統(tǒng)的全局優(yōu)化算法，三階段方法不僅能夠在較短時間內(nèi)得到可行解，還能夠為實際應(yīng)用提供多種選擇。這使得本發(fā)明具有更強的實時應(yīng)用潛力，適用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度。

106、本發(fā)明中還提出了一種具備線路參數(shù)校正功能的動態(tài)線路額定值計算方法。該方法將導(dǎo)體溫度變化引起的熱膨脹效應(yīng)納入線路的運行參數(shù)中，以獲得更加準(zhǔn)確的輸電線路動態(tài)額定值。這一改進(jìn)能夠有效提升dlr計算的精度，從而提高輸電系統(tǒng)的運行效率和安全性。