计及电缆热特性的配电网潮流计算方法研究

计及电缆热特性的配电网潮流计算方法研究

当前,随着用电量的增加、分布式发电广泛并入配电网,增强了配电网潮流的波动性,使配电网输电能力面临挑战,如何充分利用现有配电网输电能力,提高输电元件利用效率已成为电力工作者关注的焦点问题。电力电缆作为电力传输的重要载体,具有配电可靠性高、敷设在地下、受环境影响小和不易损坏等优点,已被广泛采用于城市配电网的电网建设中。

由于配电网相对于输电网来说,其输电距离较短,电缆线路的传输容量主要由热限制决定,因此,发掘电缆线路的热载荷潜力是提高城市配电网传输效率的主要途径。电网中输电元件热载荷能力限制的本质是保证输电元件在允许温度下运行,由于电缆线路热惯性的存在,电缆最大允许载流并不能准确表征其本质载荷能力,使得传统以热电流为电缆载荷能力约束的配电网运行分析及调控决策结果在一些情况下存在保守性。

对此,本文将电缆热特性嵌入配网潮流计算之中,帮助电力系统运行人员充分发掘电缆载荷潜力。本文主要工作内容如下:(1)调研了配电网中使用的典型交联聚乙烯(XLPE)绝缘单芯、三芯电缆的热路模型及参数计算方法;利用Carson公式和Kron化简方法推导了三相电缆特定排列方式下的三相电气参数计算公式。

(2)将XLPE绝缘电缆热路模型求解嵌入前推回代配电网三相潮流计算之中,并考虑导体的电阻温度效应,提出了计及电缆热特性的过程化配电网三相潮流计算方法。方法在传统前推回代求解格式下易于扩展,可推演任意预想场景下配电网中各相电缆温度的动态变化过程,实现电缆各层温度的预估,有效揭示电缆载荷潜力。

(3)以一定时间段内总网损费用最小为目标,考虑主动配电网中分布式电源及储能的运行约束,引入单芯电缆热平衡方程等式约束以及电缆导体最大允许温度约束,构建计及电缆

热特性的配电网优化潮流模型。该模型能够在保证电缆温度不越限的前提下决策分布式电源无功出力以及储能装置充放电计划,从而帮助调度充分利用电缆载荷潜力,提高配电网的经济运行水平。

本文围绕计及电缆热特性的配电网潮流和优化潮流两个基础问题展开研究,研究成果可用于配电网运行分析与控制决策之中,帮助运行人员预见并挖掘电缆载荷潜力,有望在设备高效利用、提高配电网安全经济运行及新能源接纳水平方面带来可观的社会及经济效益。