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第46卷第21期2022年11月10日电力系玩自动化Vol.46No.21Nov.10,2022

DOI:10.7500/AEPS20210702009AutomationofElectricPowerSystems

考虑气象和地理因素的电网传输特性计算及灵敏度分析

贾学勇，董晓明，孙宏文，王亚松，陈凡

（电网智能化调度与控制教育部重点实验室（山东大学），山东省济南市250061）

摘要：针对气象和地理因素对电网功率传输特性的影响，提出了有效的分析模型与算法。首先，将

输电线路热平衡方程与常规潮流方程联立，把架空输电线路周围的气象和地理信息以变量形式引

入潮流计算，推导拓展雅可比矩阵以及牛顿迭代格式，构建了考虑环境因素的电热耦合统一潮流模

型及其求解算法。然后，对比分析了风速、海拔高度和环境温度的差异对线路电阻、温度、有功和无

功损耗的影响程度。算例表明环境因素的变化影响了架空导体的电热平衡，改变了线路阻值，从而

对电网潮流分布、有功和无功损耗产生显著影响。依托中国新疆维吾尔自治区14个位置的温度数

据，利用Pearson相关系数衡量不同位置日平均温度的时空关联特性，分析了不同季节下电网功率

传输特性的变化及差异。最后，基于改进的潮流模型中的拓展雅可比矩阵，提出计及环境因素的

V-Q灵敏度分析方法，并与传统模型在不同情景下进行了算例对比分析。结果表明，传统模型因

忽略线路温度和电阻受电热平衡的影响，使得环境因素的变化会引入一定误差，且在重负荷情况下

会有扩大的趋势，改进模型将有效减少误差的产生。

关键词：环境因素；热平衡方程；拓展雅可比矩阵；功率传输特性；V-Q灵敏度

0引言导体运行温度影响的分析报告[61为众多研究提供了

重要的理论依据。以此为基础，文献[7-8]考虑输电

电力系统运行状态不仅取决于电网的电气参

线路电阻随运行温度的变化，从电压稳定层面计算

量，同时也受风速、气温、海拔等环境因素的影响，特

线路传输功率极限，对线路实际运行具有重要的指

定的电网运行特征指标通常与关键气象要素密切相

导意义。文献[9-12]中提出的动态热定值技术对受

关。近年来，多起造成严重后果的电网事故都与极

环境影响的输电导体实时温度进行跟踪和评估，并

端气象条件的影响密不可分-3]。受全球变暖的影根据导体材料能够耐受的最大允许运行温度决定导

响，极冷和极热天气频繁发生，如2014年美国纽约体的载流量。文献[13-15]则根据输电线路的动态

出现118年来最低温，2018年1月美国东海岸的爆

热定值实时增大风电接人容量，评估结果表明环境

发性气旋影响打破了近百年来的最低气温纪录，协同的电力系统具有更高的风电接纳度。考虑电热

2018年3月极端初寒流横扫欧洲，2019年2月哈萨耦合的整个电网潮流状态的分析计算方法主要分为

克斯坦最低气温跌破一40℃，2020年美国西部大部统一迭代求解方法[16-191]和交替迭代求解方法[20]。交

分地区遭遇极端高温天气，位于洛杉矶市中心以北替送代求解方法具有计算速度快、占用内存少等优

的伯班克市当日最高气温达到46.1℃，更靠近内陆点，但收敛性没有很好的保障；统一送代求解方法具

沙漠的棕榈泉市气温高达50℃。类似的极端天气有严格的数学推导，牛顿迭代具有二阶收敛特性和

往往造成区域电网源-网-荷态势紧张，增加严重停统一完整的灵敏度矩阵即雅可比矩阵结构，能为V-

电事故[4-51发生的概率。据此，气象因素越来越受到Q灵敏度分析、连