考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法及系统技术方案

本发明专利技术属于电力工程技术领域，提供了一种考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法及系统。该方法包括，根据导线电流的变化和导线周围的气象条件，构建架空导线的热模型；根据线档的初始水平应力、横截面积和导线温度，构建架空导线的力学模型；根据导线温度和导线长度，构建导线的互电导函数和互电纳函数；基于热模型、力学模型、互电导函数和互电纳函数，构建电热力耦合潮流模型；在考虑不确定因素后，将电热力耦合潮流模型转换为电热力耦合概率潮流模型；在每一组不确定因素场景下，求解线路电流及导线温度；根据计算出的电流对导线温度进行修正，得到修正后的导线温度；基于修正后的导线温度，得到对应线档的应力及弧垂。垂。垂。

【技术实现步骤摘要】
考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法及系统


[0001]本专利技术属于电力工程
，尤其涉及一种考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]概率潮流的概念提出于1974年，是在考虑电力系统不确定因素的情况下计算系统状态概率分布的一种模型。自概率潮流提出以来，与其建模和算法相关的研究一直是研究人员关注的焦点。系统中存在的许多不确定因素，如故障、负荷功率、风电、光伏发电等的不确定性等因素已在现有的概率潮流模型中进行了考虑，并提出了一些具有代表性的算法，如模拟法、近似法和解析法。
[0004]传统的概率潮流致力于计算状态变量(如节点电压大小、角度、线路潮流等)的分布的同时考虑电力系统运行条件的不确定性。其应用场景之一是分析发电计划的安全风险，并为操作人员提供越限概率和严重程度的信息，操作人员可以根据风险偏好来决定是否采取预防控制来降低越限概率。此外，概率潮流模型也可以用于检查预防性控制决策是否满足运营商的风险偏好。然而，对于运行中的架空线路来说，其安全性本质上取决于其热状态和力学状态，例如，导线温度升高会加速导线的热老化，并且会导致导线弧垂增大，而过大的张力会加剧导线的疲劳甚至断裂。因此，有必要在现有的概率潮流计算中引入架空线路的热状态和力学状态作为状态变量，来进一步给操作人员提供线路热状态和力学状态的分布，从而从架空导线安全的热力学本质上揭示电力系统的安全风险。
[0005]于此同时，人们也开始关注影响线路安全运行的力学本质。上世纪，人们建立了架空导线的力学模型，并总结了导线实际运行状态的力学方程式用于计算架空导线在任意气象和温度下的力学状态。并在导线热、力关系的基础上研究了导线力学状态的计算方法及实时监测技术。有学者通过监测气象条件和导线张力开发了一种追踪系统用于计算导线的温度和弧垂进而反应线路的运行状态并定值追踪。在DTR系统中引入了导线张力监测装置，将弧垂监测装置引入DTR技术，并以导线载流裕度、运行温度和对地净距为指标建立风险预警模型，来对输电线路进行安全评估。但其都是在离线状态下架空线路模型基础上进行的分析，究其原因架空导线的力学计算方法需要不断迭代求解，其计算速度不能满足在线计算的需要，大大限制了其在架空线路力学状态在线评估方面的应用。因此，为了从热力学本质上监测架空线路的安全性，开发了动态热定值(DTR)系统来监测架空导线的导线温度、张力、弧垂和周围的气象条件。在此基础上，将架空线路导线温度引入潮流计算，来提高计算精度，揭示架空线路的潜在输电能力。
[0006]虽然现有的研究已将导线温度作为状态变量引入到了潮流和概率潮流计算中，但仍然存在以下问题需要解决：(1)架空导线的力学状态作为概率潮流计算的重要物理状态，并没有被考虑在内；(2)在偶然事件下，由于热力学状态具有惯性，因此在分析架空导线输
电能力和安全风险时，不应忽略架空导线的热力学状态的动态信息。因此，在概率潮流计算中应综合考虑架空导线的电热力学状态；(3)现有的概率潮流计算中没有考虑对架空导线热力学状态有影响的架空导线周围气象条件的不确定性；(4)考虑热力学状态及环境不确定性后导致概率潮流计算量答复提高，需要进一步研究与之适应的高效求解方法。

技术实现思路

[0007]为了解决上述
技术介绍
中存在的电力系统不确定运行环境下关键线档的电热力动态分布情况的技术问题，本专利技术提供一种考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法及系统，其能够为运营商根据架空线路安全的热本质和力学本质获取不确定环境下关键线档的电热力状态分布、检测潜在的系统安全风险。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的第一个方面提供一种考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法。
[0010]考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法，包括：
[0011]根据导线电流的变化和导线周围的气象条件，构建架空导线的热模型；
[0012]根据线档的初始水平应力、横截面积和导线温度，构建架空导线的力学模型；
[0013]根据导线温度和导线长度，构建导线的互电导函数和互电纳函数；
[0014]基于热模型、力学模型、互电导函数和互电纳函数，构建电热力耦合潮流模型；
[0015]在考虑不确定因素后，将电热力耦合潮流模型转换为电热力耦合概率潮流模型；
[0016]在每一组不确定因素场景下，求解线路电流及导线温度；
[0017]利用导线载流与温度的正相关性规律，根据计算出的电流对导线温度计算结果进行修正，得到修正后的导线温度；
[0018]基于修正后的导线温度，得到对应线档的应力及弧垂计算结果；
[0019]对所有场景逐一进行计算，得到电网潮流，以及线路导线温度、应力及弧垂的概率分布情况。
[0020]进一步地，所述热模型为：
[0021][0022][0023][0024][0025][0026]其中，I
l
(t)是线路电流，是对流系数，v
l,k,s
是导线周围的风速，δ
l,k,s
是风与导线轴线的夹角，l是导线，k是耐张段，s是线档；T
l,k,s
是线路l第k个耐张段中线档s的导体温度；m
l
C
l
是架空线路l单位长度质量和比热容的乘积；是架空线路l单位长度质量和比热容的乘积；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s单位长度导体的对流散热；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s单位
长度导体的辐射散热；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s单位长度导体的电流发热；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s单位长度导体的日照发热；是线路l单位长度的参考温度T
ref
下(20℃)的参考电阻；S
B
是电力系统的基本容量；β是日照吸收率；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s导体周围的太阳辐射热强度；D
l
是导线l直径；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s导体周围的环境温度；是导体l单位长度的辐射传热系数；α是电阻温度系数。
[0027]进一步地，所述力学模型包括：导线应力和线档长度的关系，以及导线应力与线档弧垂的关系。
[0028]更进一步地，所述导线应力和线档长度的关系为：
[0029][0030]所述导线应力与线档弧垂的关系为：
[0031][0032]其中，a
l,k,s
是导线l第k个耐张段中线档s的长度；X
l,k,s
是导线l第k个耐张段中线档s的应力系数；是导线l第k个耐张段中的初始水平应力；是导线l第k个耐张段中线档s的导线长度；h
l,k,s
是线路l耐张段k中线档s的两个悬挂点沿线路的高度差；γ
l,k,s
是线路l耐张段k中线档s上的导线比载，与气象条件有关；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法，其特征在于，包括：根据导线电流的变化和导线周围的气象条件，构建架空导线的热模型；根据线档的初始水平应力、横截面积和导线温度，构建架空导线的力学模型；根据导线温度和导线长度，构建导线的互电导函数和互电纳函数；基于热模型、力学模型、互电导函数和互电纳函数，构建电热力耦合潮流模型；在考虑不确定因素后，将电热力耦合潮流模型转换为电热力耦合概率潮流模型；在每一组不确定因素场景下，求解线路电流及导线温度；利用导线载流与温度的正相关性规律，根据计算出的电流对导线温度计算结果进行修正，得到修正后的导线温度；基于修正后的导线温度，得到对应线档的应力及弧垂计算结果；对所有场景逐一进行计算，得到电网潮流，以及线路导线温度、应力及弧垂的概率分布情况。2.根据权利要求1所述的考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法，其特征在于，所述热模型为：于，所述热模型为：于，所述热模型为：于，所述热模型为：于，所述热模型为：其中，I
l
(t)是线路电流，是对流系数，v
l,k,s
是导线周围的风速，δ
l,k,s
是风与导线轴线的夹角，l是导线，k是耐张段，s是线档；T
l,k,s
是线路l第k个耐张段中线档s的导体温度；m
l
C
l
是架空线路l单位长度质量和比热容的乘积；是架空线路l单位长度质量和比热容的乘积；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s单位长度导体的对流散热；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s单位长度导体的辐射散热；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s单位长度导体的电流发热；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s单位长度导体的日照发热；是线路l单位长度的参考温度T
ref
下(20℃)的参考电阻；S
B
是电力系统的基本容量；β是日照吸收率；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s导体周围的太阳辐射热强度；D
l
是导线l直径；是在t时沿线路l第k个耐张段中线档s导体周围的环境温度；是导体l单位长度的辐射传热系数；α是电阻温度系数。3.根据权利要求1所述的考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法，其特征在于，所述力学模型包括：导线应力和线档长度的关系，以及导线应力与线档弧垂的关系。4.根据权利要求3所述的考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法，其特征在于，所述导线应力和线档长度的关系为：
所述导线应力与线档弧垂的关系为：其中，a
l,k,s
是导线l第k个耐张段中线档s的长度；X
l,k,s
是导线l第k个耐张段中线档s的应力系数；是导线l第k个耐张段中的初始水平应力；是导线l第k个耐张段中线档s的导线长度；h
l,k,s
是线路l耐张段k中线档s的两个悬挂点沿线路的高度差；γ
l,k,s
是线路l耐张段k中线档s上的导线比载，与气象条件有关；是线路l耐张段k中线档s的弧垂；O
l
是导线l的横截面积。5.根据权利要求1所述的考虑架空导线电热力学动态的概率潮流计算方法，其特征在于，所述互电导函数为：所述互电纳函数为：其中，T
l
是由导线l的所有线档的导体温度组成的矢量，T
l
∈{T
l,k,s
|k＝1,
…
,n
l,ts
,s＝1,
…
,n
l,k,span
}；L
l
是导线l所有线档的导线长度组成的矢量，L
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,s＝1,
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【专利技术属性】
技术研发人员：王孟夏，尹贻民，黄金鑫，杨明，王明强，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：