一種外送風(fēng)電輸電線路熱定值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種外送風(fēng)電輸電線路熱定值方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，風(fēng)力發(fā)電因具有資源分布廣、技術(shù)成熟，建設(shè)周期短等優(yōu)勢得到了快速發(fā) 展，電網(wǎng)建設(shè)相對緩慢，輸電能力不足已成為制約電網(wǎng)接納風(fēng)電的重要因素之一。
[0003] 熱限制是輸電元件載荷能力的本質(zhì)，各國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均給出輸電線路（鋼芯鋁絞 線）長期連續(xù)運(yùn)行最大允許溫度（MaximumPermissibleTemperature，MPT)參考值作為熱 定值計(jì)算依據(jù)（如我國給出的MPT參考值為70°C、法國為85°C，日本為90°C等）。在給定 MPT的基礎(chǔ)上，目前工程中廣泛使用的靜態(tài)熱定值（StaticThermalRating，STR)和動(dòng)態(tài) 熱定值（DynamicThermalRating，DTR)則是分別在保守氣象條件假設(shè)和實(shí)測氣象參數(shù)下， 通過導(dǎo)體熱平衡方程計(jì)算最大允許熱電流，從而實(shí)現(xiàn)在工程中以電氣量表征熱限制。
[0004] 然而，MPT是在綜合考慮溫度對導(dǎo)線及其配套金具壽命影響基礎(chǔ)上確定的長期 (需上萬小時(shí)）可持續(xù)運(yùn)行溫度，設(shè)定存在保守性，體現(xiàn)在：
[0005] (1)輸電線路導(dǎo)線壽命損失是其抗拉強(qiáng)度損失長期累積的結(jié)果，而導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度 損失不僅與其運(yùn)行溫度有關(guān)（如鋁導(dǎo)體在65°C以下的退火效應(yīng)并不明顯，鋼的退火溫度則 在200°C以上）還與高溫的持續(xù)時(shí)間相關(guān)，溫度短時(shí)超過MPT未必會(huì)影響導(dǎo)體的期望使用壽 命（如30年），而MPT的設(shè)定并未考慮不同輸電線路溫度變化規(guī)律對導(dǎo)體抗拉強(qiáng)度損失累 積過程的影響。
[0006] (2)由于輸電線路配套金具在使用材料的耐熱性及散熱面積方面均優(yōu)于鋁導(dǎo)體， 因此在接觸良好的情況下輸電線路金具的運(yùn)行溫度約為導(dǎo)體溫度的50%，且試驗(yàn)表明金具 在80°C時(shí)對導(dǎo)線的握力基本沒有影響，甚至在導(dǎo)線溫度達(dá)到200°C時(shí)也可保證安全運(yùn)行， 而通常導(dǎo)線難以達(dá)到如此高溫，因此在金具接觸良好情況下可忽略導(dǎo)線高溫運(yùn)行對其的影 響。
[0007] 針對MPT設(shè)定導(dǎo)致熱定值結(jié)果保守性的問題，我國經(jīng)過試驗(yàn)論證已在華東等地電 網(wǎng)將部分關(guān)鍵輸電線路MPT提升至80°C，美國則在長期連續(xù)允許運(yùn)行溫度（100°C)的基礎(chǔ) 上還規(guī)定有短期（115°C，3小時(shí)）和緊急情況下更短時(shí)間內(nèi)的允許運(yùn)行溫度（125°C，15分 鐘）以提升輸電線路在短時(shí)潮流波動(dòng)及緊急情況下的使用效率。
[0008] 對外送風(fēng)電輸電線路，其載流和溫度均有較強(qiáng)的波動(dòng)性，使得導(dǎo)體抗拉強(qiáng)度損失 的累積過程也具有波動(dòng)性，此時(shí)傳統(tǒng)以設(shè)定MPT計(jì)算熱定值的保守性問題就更為凸顯，若 能直接考慮輸電線路導(dǎo)線溫度與抗拉強(qiáng)度損失之間的關(guān)系，并兼顧輸電線路運(yùn)行的弧垂限 制，實(shí)現(xiàn)滿足輸電線路安全凈距及使用年限需求的熱定值計(jì)算，則必然能夠改善傳統(tǒng)熱定 值的保守性，增強(qiáng)電網(wǎng)接納風(fēng)電能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種外送風(fēng)電輸電線路熱定值方法，本方法抓 住輸電線路熱載荷能力本質(zhì)，在解析溫度與導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度損失及弧垂關(guān)系的基礎(chǔ)上，以棄 風(fēng)損失最小為目標(biāo)，同時(shí)考慮輸電線路對地凈距及使用年限需求，引入輸電線路累積抗拉 強(qiáng)度損失率及弧垂約束，構(gòu)建外送風(fēng)電輸電線路熱定值決策模型，對高效利用外送風(fēng)電輸 電線路載荷能力，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重要意義。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0011] 一種外送風(fēng)電輸電線路熱定值方法，包括以下步驟：
[0012] 以輸電線路期望使用壽命時(shí)間內(nèi)，由于輸電線路熱定值限制造成的總棄風(fēng)功率為 目標(biāo)函數(shù)，以導(dǎo)體熱平衡、輸電線路抗拉強(qiáng)度損失及安全凈距限制為約束，構(gòu)建輸電線路熱 定值的最優(yōu)決策模型，對該模型采用啟發(fā)式求解：首先確定保守氣象環(huán)境假設(shè)下的輸電線 路的靜態(tài)熱定值作為熱定值決策量的初值，然后結(jié)合風(fēng)功率、氣象環(huán)境的實(shí)測或假設(shè)概率 分布下的抽樣數(shù)據(jù)，模擬輸電線路期望使用壽命期間內(nèi)的輸電線路溫度、抗拉強(qiáng)度損失及 弧垂，若出現(xiàn)抗拉強(qiáng)度損失或弧垂越限的情況則說明熱定值偏高，此時(shí)以一定步長減小熱 定值后更新熱定值初值并重復(fù)上述模擬過程；若未出現(xiàn)抗拉強(qiáng)度損失或弧垂越限的情況則 需進(jìn)一步判斷目標(biāo)函數(shù)是否為零，若是則輸出熱定值作為結(jié)果，若否則以設(shè)定步長增大熱 定值后更新初值并重復(fù)模擬過程，直至抗拉強(qiáng)度損失或弧垂達(dá)到限值，或目標(biāo)函數(shù)為零，輸 出待決策量的決策結(jié)果。
[0013] 進(jìn)一步的，所述導(dǎo)體熱平衡約束條件為：在熱穩(wěn)態(tài)條件下輸電線路溫度與載流及 氣象環(huán)境之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)。
[0014] 所述輸電線路抗拉強(qiáng)度損失約束條件為：在期望壽命期內(nèi)輸電線路累積抗拉強(qiáng)度 損失率小于等于設(shè)定允許值。
[0015] 所述安全凈距限制約束條件為：任意時(shí)間內(nèi)，輸電線路所處溫度下的導(dǎo)線弧垂與 輸電線路長期連續(xù)運(yùn)行最大允許溫度的導(dǎo)線弧垂的差值小于等于輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)所預(yù)留 的弧垂裕度。
[0016] 所述最優(yōu)決策模型為：
[0017]
其中，NH為輸電線路期望使用壽 命的小時(shí)數(shù)，Γ為第i小時(shí)流過外送輸電線路1的載流，Zf為第i小時(shí)輸電線路1溫度，I1TR 為輸電線路1的熱定值電流，u(1)為第i小時(shí)輸電線路風(fēng)場側(cè)高壓母線電壓幅值，為第 i小時(shí)通過輸電線路1的風(fēng)電功率因數(shù)，目標(biāo)函數(shù)即為NH時(shí)間內(nèi)由于輸電線路1熱定值限 制造成的總棄風(fēng)功率。
[0018] 所述待決策量為輸電線路的靜態(tài)熱定值。
[0019] 所述求解的具體步驟包括：
[0020] (1)在保守氣象條件假設(shè)下計(jì)算熱定值/作為初值；
[0021] (2)令i= 1，越限標(biāo)識(shí)oflag= 1 ;讀入輸電線路型號(hào)、NH時(shí)間內(nèi)風(fēng)電功率及氣象 參數(shù)數(shù)據(jù)，并計(jì)算各時(shí)段外送風(fēng)電輸電線路1的載流Ilw;
[0022] (3)判斷若則說明由于輸電線路1熱定值限制導(dǎo)致了棄風(fēng)，此時(shí)計(jì)算目標(biāo) 函數(shù)中第i時(shí)段棄風(fēng)電量并累加，并令;
[0023] (4)將#代入式⑴計(jì)算輸電線路溫度〃，并在此基礎(chǔ)上分別計(jì)算輸電線路弧垂 及累積抗拉強(qiáng)度損失ST￡;
[0024] (5)令i=i+1，若i=NH貝IJ進(jìn)行下一步，否則返回步驟（3);
[0025] (6)判斷NH時(shí)間內(nèi)是否出現(xiàn)弧垂或累積抗拉強(qiáng)度損失越限，若越限存在則按一定 比例減小0后返回步驟（2)，并設(shè)置越限標(biāo)識(shí)oflag= 1 ;若不存在越限則進(jìn)行下一步；
[0026] (7)判斷目標(biāo)函數(shù)是否為0,若不為0且of lag =0則按一定比例增大C后返回步 驟（2);否則計(jì)算結(jié)束，輸出.為最終結(jié)果。
[0027] 所述步驟（2)中，在缺乏歷史數(shù)據(jù)的情況下通過概率抽樣獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
[0028] 本發(fā)明的有益效果為：
[0029] (1)基于輸電線路運(yùn)行壽命及安全凈距需求構(gòu)建了導(dǎo)體抗拉強(qiáng)度損失及弧垂約 束，避免了設(shè)定MPT，可有效克服傳統(tǒng)熱定值的保守性，有效增強(qiáng)電網(wǎng)接納風(fēng)電能力；
[0030] (2)該方法可在保守氣象環(huán)境假設(shè)下或DTR實(shí)測氣象數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行熱定值計(jì) 算，且對兩者保守性均有所改善，方法具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0031] 圖1為年持續(xù)溫度曲線示意圖；
[0032] 圖2為輸電線路抗拉強(qiáng)度變化曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0033] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0034] 1、導(dǎo)線溫度與壽命及弧垂的關(guān)系
[0035] 輸電線路壽命及所受應(yīng)力、弧垂均與其運(yùn)行溫度存在密切的物理關(guān)聯(lián)。作為實(shí)現(xiàn) 上述熱定值決策的關(guān)鍵，本節(jié)將具體說明輸電線路載流與溫度、溫度與抗拉強(qiáng)度損失及弧 垂之間的電熱力耦合關(guān)系。
[0036]L1導(dǎo)體載流與溫度的關(guān)系
[0037] 運(yùn)行環(huán)境下，輸電線路溫度（T)隨載流（I)及氣象環(huán)境的變化而變化，熱穩(wěn)態(tài)下的 輸電線路載流與溫度之間關(guān)系可由式（1)所示熱平衡方程（Heatbalanceequation，HBE) 描述：
[0038] I2R〇[1+0(T-Td)]+EsAsD-Ac[T-Tj-A r[(273+T)4-(273+T