CN112034302A - 利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，通过监测装置合理布点、微气象运行环境全景感知，可保障状态监测、限额预测和异常预警等信息的准确性和时效性，为提升输电设备热稳定限额动态化、精益化管理水平，为优化运行方式和完善电网应急策略，提供实时的、可视化的实时信息支撑；同时，在遵守导线温度限额规定、不改变电网现状、适量布置在线监测***的前提下，同步监测微气象和电气运行等关键因子，运用边缘算法实现运行限额预测和安全分级预警，动态解决负荷断面卡口问题，有效提升输电线路或断面的输送能力和安全性。

Description

利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法
技术领域
本发明涉及电力***架空线路动态增容技术领域，特别涉及一种利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法。
背景技术
从线路本体运行讲，架空输电线路的输送能力不仅与导线的结构参数、电气运行参数直接有关，而且与导线周围(或走廊)的微气象环境参数密切相关。通常，微气象环境参数如风速、日照、环境温度、空气湿度和空气密度等，与被监测点的经纬度、海拔高度、季节、昼夜、时辰等明显有关，即具有时间-空间尺度标记特征。从电网运行管理角度看，架空输电线路的输送能力受静态热稳定性、动态稳定性、潮流分布、线损及压降等诸多因素制约，尤以静态热稳定性限值条件最为苛刻，因为静态热稳定性是以静态热稳定限额为判据、以最高环境温度40℃、软风条件(风速0.5m/s)、晴日正午的日照强度(1000W/m2)等极端恶劣气象同时出现且导线表面温度不超过70℃为极限边界条件而确定。
目前，电力***设备部门协同调度部门按照夏季运行方式、冬季运行方式和春秋季运行方式确定电气设备的年度热稳定限额，而运行实践证明，由于全国各级电网的地域性和季节性的差异化区别特别明显，且上述微气象制约因素同时再现概率低达0.02％左右，因此上述热稳定限额不能真实地反映输电线路的输送能力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法。在遵守导线温度限额规定、不改变电网现状的前提下，同步监测微气象和电气运行等关键因子，运用边缘算法实现运行限额预测和安全分级预警，动态解决负荷断面卡口问题，有效提升输电线路或断面的输送能力及安全性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，包括
步骤S1：通过在架空输电线路上沿线安装在线监测装置，实时采集并上传各监测点的各类信息，包括实时运行电流Im、导线温度θc和微气象参数，实现输电线路时间-空间尺度的运行参数监测；
步骤S2：基于木桶理论遴选出架空的运行工控信息与微气象参数信息，作为被监测输电线路的典型信息；
步骤S3：基于输电线路的典型信息、架空线路结构参数，搭建架空线路的稳态热路模型与暂态热路模型，并求解热路模型的热阻、热容和发热源参数；
步骤S4：依据热路模型，计算不同线路负荷下架空线路的安全运行时间，形成负荷-时间内部约束；计算不同线路负荷下架空线路的稳态温升，依据线路稳态温升计算值和导线温度分级预警判据，形成负荷-温度分级预警策略，当导线温度达到预警阈值范围，按照预先设定的分级界定实现分级预警及自复位功能；
步骤S5：依据热路模型，协同负荷-时间内部约束与负荷-温度分级预警策略，建立负荷-温度-时间协同约束方程；
步骤S6：依据负荷-温度-时间协同约束方程，求解：
输电线路长期热稳定限额ILT＝f1(θa,v,Js,θc,k,T)，当T≧10小时且θc＝70℃；θa为环境温度，θc为导线温度，v为风速，Js为日照强度，k为导线结构参数，T为时间；
1.5倍静态热稳定限额Ist时的安全运行时间T1.5，T1.5＝f2(θa,v,Js,θc,k,I)，当I＝1.5IST且θc＝70℃；
30分钟时间T0.5时的最大安全运行限额I0.5，I0.5＝f3(θa,v,Js,θc,k,T)，当T＝0.5小时且θc＝70℃；
步骤S7：比较得出安全运行负荷限额Is，包括长期热稳定安全运行负荷限额ILTS和30分钟时间T0.5时的最大安全运行负荷限额I0.5S，该参数同时受到动态稳定性限额Id、潮流极限If、继电保护定值Ir及两侧间隔通流设备热稳定限额Ie的约束，约束条件为：ILTS为ILT、Id、Ir、If、Ie中的最小值，即：
ILTS＝(ILT,Id,Ir,If,Ie)min
I0.5S为I0.5、Id、Ir、If、Ie中的最小值，即
I0.5S＝(I0.5,Id,Ir,If)min；
步骤S8：将步骤S7得出的安全运行负荷限额Is值带入热路模型算法，计算线路在安全运行负荷限额Is下运行的负荷-温度-时间协同约束方程，重复步骤S4-步骤S8。
特别地，所述步骤S1中的微气象参数，包括监测点附近的环境温度θa、日照强度Js和风速v。
特别地，所述步骤S2中，基于木桶理论遴选是指从一条输电线路上所有在线监测利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法上传的各参数中筛选出最大导线运行电流、最高环境温度、最高导线表面温度、最大日照强度和最小风速，作为被监测输电线路的典型信息；
特别地，所述步骤S4中，负荷-温度预警约束是指将导线运行电流带入热路模型算法，计算当前微气象条件下导线的稳态温度θsc，当计算导线的稳态温度达到预警阈值时，按照预先设定的分级界定实现分级预警及自复位功能；若温度预警未启动，即使运行负荷超限预警，后台***也不会发出预警信号。
特别地，所述负荷-温度-时间协同约束方程即负荷f(Im)、温度f(θc)和时间f(tn)协同约束条件方程，是通过热路模型计算在线路负荷为Im时线路温度达到θc所需时间，方程形式为：
Pk＝g{f(Im),f(θc),f(tn)}。
特别地，所述预警阈值范围通过下表标定：
导线表面温度预警阈值范围 预警级别设置
50℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;55℃ 三级预警并信号复位
55℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;60℃ 二级预警并信号复位
60℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;65℃ 一级预警并信号复位
65℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;70℃ 二级紧急预警并信号复位
θ<sub>sc</sub>≧70℃ 一级紧急预警并信号复位
特别地，以线路走廊海拔和地表差异不大、微气象差异化小且占比高的主流场地或走廊作为基本监测条件，沿线路走廊分布式错相错位安装在线监测利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法；对地理位置特别、通风条件差异大、运行场所特殊的微气象环境变化较大的点位，合理密布监测点位；基于线路负荷、温度，监测利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法采用自动调整采样周期。
本发明的有益效果是：
本发明基于温度-负荷-时间协同约束的精准预测及分级预警策略、时间-空间尺度协同控制策略，通过监测装置合理布点、微气象运行环境全景感知，可保障状态监测、限额预测和异常预警等信息的准确性和时效性，为提升输电设备热稳定限额动态化、精益化管理水平，为优化运行方式和完善电网应急策略，提供实时的、可视化的实时信息支撑；同时，在遵守导线温度限额规定、不改变电网现状、适量布置在线监测***的前提下，同步监测微气象和电气运行等关键因子，运用边缘算法实现运行限额预测和安全分级预警，动态解决负荷断面卡口问题，有效提升输电线路或断面的输送能力和安全性。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和前述的权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明的利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，包括如下步骤：
步骤S1：通过在架空输电线路上沿线安装在线监测装置，实时采集并上传各监测点的各类信息，包括实时运行电流Im、导线温度θc和微气象参数，实现输电线路时间-空间尺度的运行参数监测；
本实施例中，以线路走廊海拔和地表差异不大、微气象差异化小、且占比高的主流场地或走廊作为基本监测条件，沿线路走廊分布式错相错位安装在线监测利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法；对地理位置特别(如高地、坡面、垭口、风道、水面)、通风条件差异大(如通风、避风)、运行场所特殊(如大跨越、高落差)等微气象环境变化较大的点位，合理密布监测点位；基于线路负荷、温度，监测利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法可自动调整采样周期；
步骤S2：基于木桶理论，从一条输电线路上所有在线监测利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法上传的各参数中筛选出最大导线运行电流，最高环境温度，最高导线表面温度，最大日照强度，最小风速，作为被监测输电线路的典型信息；
步骤S3：基于输电线路的典型信息、架空线路结构参数，搭建架空线路的稳态热路模型与暂态热路模型，并求解热路模型包括热阻、热容、发热源在内的各参数；热路模型是基于热电类比理论，将热路模型以电路模型来表示，基于被监测输电线路的典型信息计算出热路模型中热阻与热容参数，通过求解电路得出负荷-温度-时间协同约束精准预测函数，即I＝f(θa,v,Js,θc,k,t)，其中θa为环境温度，θc为导线温度，v为风速，Js为日照强度，k为导线结构参数，t为时间；
步骤S4：依据热路模型，计算不同线路负荷下架空线路的安全运行时间，形成负荷-时间内部约束；计算不同线路负荷下架空线路的稳态温升，依据线路稳态温升计算值和导线温度分级预警判据，形成负荷-温度分级预警策略；当导线温度达到下表预警阈值范围，按照下表的界定实现分级预警及自复位功能；
表1导线表面温度预警阈值范围与预警级别设置对应表
导线表面温度预警阈值范围 预警级别设置
50℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;55℃ 三级预警并信号复位
55℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;60℃ 二级预警并信号复位
60℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;65℃ 一级预警并信号复位
65℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;70℃ 二级紧急预警并信号复位
θ<sub>sc</sub>≧70℃ 一级紧急预警并信号复位
由上表可知，本实施例中的导线表面温度与运行负荷电流分级预警阈值，具体包括：
导线表面温度分级预警阈值分为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃，共5级；
运行负荷分级预警阈值分为110％、120％、130％、140％、150％，共5级，导线额定载流量取环境温度40℃时的静态长期热稳定限额。
步骤S5：依据热路模型，协同负荷-时间内部约束与负荷-温度分级预警策略，建立负荷-温度-时间协同约束方程：Pk＝g{f(Im),f(θc),f(tn)}；t为时间；
步骤S6：依据负荷-温度-时间协同约束方程，求解：
(1)输电线路长期热稳定限额ILT＝f1(θa,v,Js,θc,k,T)，当T≧10小时且θc＝70℃；
(2)1.5倍静态热稳定限额Ist时的安全运行时间T1.5，T1.5＝f2(θa,v,Js,θc,k,I)，当I＝1.5IST且θc＝70℃；
(3)30分钟时间T0.5时的最大安全运行限额I0.5，I0.5＝f3(θa,v,Js,θc,k,T)，当T＝0.5小时且θc＝70℃；
对上述参数的说明如下：
所述长期热稳定限额ILT，具体是指导线在当前微气象条件下以长期热稳定限额ILT运行至少10小时，其温度不会超过70℃；
所述1.5倍静态热稳定限额IST时的安全运行时间T1.5，具体是指线路在当前微气象条件下以1.5倍额定负荷(此额定负荷取环境温度40℃时的静态长期稳定限额)运行，导线温度达到70℃所需的时间；
所述30分钟时间T0.5内的最大安全运行限额I0.5，具体是指线路在当前微气象条件下以最大安全运行限额I0.5运行30分钟，导线温度将达到70℃；
步骤S7：比较得出安全运行负荷限额Is，包括长期热稳定安全运行负荷限额ILTS和30分钟时间T0.5时的最大安全运行负荷限额I0.5S，该参数同时受到动态稳定性限额Id、潮流极限If、继电保护定值Ir及两侧间隔通流设备热稳定限额Ie的约束，约束条件为：ILTS为ILT、Id、Ir、If、Ie中的最小值，即
ILTS＝(ILT,Id,Ir,If,Ie)min
I0.5S为I0.5、Id、Ir、If中的最小值，即
I0.5S＝(I0.5,Id,Ir,If)min
步骤S8:将步骤S7得出的安全运行负荷限额Is值带入热路模型算法，计算线路在安全运行负荷限额Is下运行的负荷-温度-时间约束方程，重复步骤S4至步骤S8,实现全时段、不间断的实时预警监控，提升线路输送能力及安全性。
步骤S4中的负荷-温度预警约束是指将导线运行电流带入热路模型算法，计算当前微气象条件下导线的稳态温度θsc，当计算导线的稳态温度达到预警阈值时，按照预先设定的分级界定实现分级预警及自复位功能；若温度预警未启动，即使运行负荷超限预警，后台***也不会发出预警信号。
需要说明的是，本发明的流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：通过在架空输电线路上沿线安装在线监测装置，实时采集并上传各监测点的各类信息，包括实时运行电流Im、导线温度θc和微气象参数，实现输电线路时间-空间尺度的运行参数监测；
步骤S2：基于木桶理论遴选出架空的运行工控信息与微气象参数信息，作为被监测输电线路的典型信息；
步骤S3：基于输电线路的典型信息、架空线路结构参数，搭建架空线路的稳态热路模型与暂态热路模型，并求解热路模型的热阻、热容和发热源参数；
步骤S4：依据热路模型，计算不同线路负荷下架空线路的安全运行时间，形成负荷-时间内部约束；计算不同线路负荷下架空线路的稳态温升，依据线路稳态温升计算值和导线温度分级预警判据，形成负荷-温度分级预警策略，当导线温度达到预警阈值范围，按照预先设定的分级界定实现分级预警及自复位功能；
步骤S5：依据热路模型，协同负荷-时间内部约束与负荷-温度分级预警策略，建立负荷-温度-时间协同约束方程；
步骤S6：依据负荷-温度-时间协同约束方程，求解：
输电线路长期热稳定限额ILT＝f1(θa,v,Js,θc,k,T)，当T≧10小时且θc＝70℃；θa为环境温度，θc为导线温度，v为风速，Js为日照强度，k为导线结构参数，T为时间；
1.5倍静态热稳定限额Ist时的安全运行时间T1.5，T1.5＝f2(θa,v,Js,θc,k,I)，当I＝1.5IST且θc＝70℃；
30分钟时间T0.5时的最大安全运行限额I0.5，I0.5＝f3(θa,v,Js,θc,k,T)，当T＝0.5小时且θc＝70℃；
步骤S7：比较得出安全运行负荷限额Is，包括长期热稳定安全运行负荷限额ILTS和30分钟时间T0.5时的最大安全运行负荷限额I0.5S，该参数同时受到动态稳定性限额Id、潮流极限If、继电保护定值Ir及两侧间隔通流设备热稳定限额Ie的约束，约束条件为：ILTS为ILT、Id、Ir、If、Ie中的最小值，即：
ILTS＝(ILT,Id,Ir,If,Ie)min
I0.5S为I0.5、Id、Ir、If、Ie中的最小值，即
I0.5S＝(I0.5,Id,Ir,If)min；
步骤S8：将步骤S7得出的安全运行负荷限额Is值带入热路模型算法，计算线路在安全运行负荷限额Is下运行的负荷-温度-时间协同约束方程，重复步骤S4-步骤S8。
2.根据权利要求1所述的利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，其特征在于：所述步骤S1中的微气象参数，包括监测点附近的环境温度θa、日照强度Js和风速v。
3.根据权利要求1所述的利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，其特征在于：所述步骤S2中，基于木桶理论遴选是指从一条输电线路上所有在线监测利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法上传的各参数中筛选出最大导线运行电流、最高环境温度、最高导线表面温度、最大日照强度和最小风速，作为被监测输电线路的典型信息。
4.根据权利要求1所述的利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，其特征在于：所述步骤S4中，负荷-温度预警约束是指将导线运行电流带入热路模型算法，计算当前微气象条件下导线的稳态温度θsc，当计算导线的稳态温度达到预警阈值时，按照预先设定的分级界定实现分级预警及自复位功能；若温度预警未启动，即使运行负荷超限预警，后台***也不会发出预警信号。
5.根据权利要求1所述的利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，其特征在于：所述负荷-温度-时间协同约束方程即负荷f(Im)、温度f(θc)和时间f(tn)协同约束条件方程，是通过热路模型计算在线路负荷为Im时线路温度达到θc所需时间，方程形式为：
Pk＝g{f(Im),f(θc),f(tn)}。
6.根据权利要求1所述的利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，其特征在于：步骤S4中，导线表面温度分级预警阈值分为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃，共5级；运行负荷分级预警阈值分为110％、120％、130％、140％、150％，共5级，导线额定载流量取环境温度40℃时的静态长期热稳定限额。
7.根据权利要求1或4或6所述的利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，其特征在于：所述预警阈值范围通过下表标定：
导线表面温度预警阈值范围 预警级别设置 50℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;55℃ 三级预警并信号复位 55℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;60℃ 二级预警并信号复位 60℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;65℃ 一级预警并信号复位 65℃≦θ<sub>sc</sub>&lt;70℃ 二级紧急预警并信号复位 θ<sub>sc</sub>≧70℃ 一级紧急预警并信号复位
8.根据权利要求1所述的利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法，其特征在于：以线路走廊海拔和地表差异不大、微气象差异化小且占比高的主流场地或走廊作为基本监测条件，沿线路走廊分布式错相错位安装在线监测利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法；对地理位置特别、通风条件差异大、运行场所特殊的微气象环境变化较大的点位，合理密布监测点位；基于线路负荷、温度，监测利用微气象实时监测信息强化架空线路输送安全性的方法采用自动调整采样周期。
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