一种发输电联合动态增容方法及系统与流程

本发明涉及一种输电线路动态增容与发电厂自动保护技术领域，尤其涉及一种发输电联合动态增容方法及系统。

背景技术：

电源建设、电网规划及监管政策间矛盾和博弈，往往会造成电源送出通道受阻的现象。特别是2011年后由于政府对供电可靠性要求的提高，发电企业送出能力受到进一步限制，导致大量的窝电现象。

目前，利用输电线路动态增容技术，虽然在技术上可提高输电线路的输送容量，但是由于提升部分的容量会受到输电线路环境变化的影响，从电力系统运行的角度需要考虑输电通道失去容量增加部分的风险，避免因增加的输送容量的波动对电网安全运行和发电企业出力造成影响，因此现阶段输电线路动态增容技术还未实用化。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种发输电联合动态增容方法及系统。

本发明一方面提供了一种发输电联合动态增容方法，其特征在于，所述发输电联合动态增容方法包括：

实时获取输电线路上各监测点处的导线温度及各监测点周边环境的气象数据，并获取发电厂送出线路上的运行数据及其输电线路上的导线电流；

根据所述气象数据、导线最大允许温度以及导线的物理参数计算各监测点处导线的最大允许载流量；

根据省调发给所述发电厂的调度值、所述各监测点处导线的最大允许载流量及发电厂送出线路上的运行数据，生成增容指令或者非增容指令，以控制发电机组的输出功率。

在一实施例中，所述发输电联合动态增容方法还包括：在所述输电线路上设置导线温度监测装置及气象监测装置，并在所述发电厂的出线端设置电网运行数据采集装置，在所述输电线路上设置导线电流监测装置。

在一实施例中，所述发输电联合动态增容方法还包括：根据所述增容指令生成增容运行指令以控制发电机组进行增容，或者根据所述非增容指令生成快减指令以控制发电机组减少出力。

在一实施例中，根据所述气象数据、导线最大允许温度以及导线的物理参数计算各监测点处导线的最大允许载流量，包括：

分别将输电线路上各监测点处的气象数据、导线的最大允许温度以及导线的物理参数代入摩尔根公式，计算对应监测点处导线的最大允许载流量。

在一实施例中，根据省调发给所述发电厂的调度值、所述各监测点处导线的最大允许载流量及发电厂送出线路上的运行数据，生成增容指令或者非增容指令，包括：

根据所述各监测点处导线的最大允许载流量，获取当前气象条件下输电线路上各监测点的最大允许载流量的最小值；

当所述最小值大于或者等于所述调度值与安全余量之和时，生成一增容指令；

当所述最小值小于所述调度值与安全余量之和，并且所述运行数据中的导线实时载流量大于调度值时，生成一非增容指令。

本发明还提供了一种发输电联合动态增容系统，所述发输电联合动态增容系统包括：

数据采集单元，用于实时获取输电线路上各监测点处的导线温度及各监测点周边环境的气象数据，并获取发电厂送出线路上的运行数据及其输电线路上的导线电流；

最大允许载流量计算单元，用于根据所述气象数据、导线最大允许温度以及导线的物理参数计算各监测点处导线的最大允许载流量；

逻辑判断单元，用于根据省调发给所述发电厂的调度值、所述各监测点处导线的最大允许载流量及发电厂送出线路上的运行数据，生成增容指令或者非增容指令，以控制发电机组的输出功率。

在一实施例中，所述发输电联合动态增容系统还包括：DCS快减逻辑单元，用于根据所述逻辑判断单元输出的增容指令生成增容运行指令以控制发电机组进行增容，或者根据所述非增容指令生成快减指令以控制发电机组减少出力。

在一实施例中，所述数据采集单元包括：多个导线温度监测装置、多个气象监测装置、电网运行数据采集装置及导线电流监测装置；其中，

所述导线温度监测装置，设置在所述输电线路上，分别用于实时获取输电线路上 各监测点的导线温度；

所述气象监测装置，分别设置在距离各所述导线温度监测装置最近的杆塔上，用于实时获取输电线路上各监测点的气象数据；

所述电网运行数据采集装置，设置在发电厂出线端，用于实时获取发电厂送出线路上的运行数据；

所述导线电流监测装置，设置在发电厂的输电线路上，用于实时获取所述发电厂的输电线路上的导线电流。

在一实施例中，所述发输电联合动态增容系统还包括：数据传输单元，分别与所述数据采集单元、最大允许载流量计算单元及逻辑判断单元连接，用于安全传输所述数据采集单元采集到的数据。

在一实施例中，所述数据传输单元包括：VPDN专线、电厂数据采集服务器、第一防火墙、第二防火墙、第一通讯服务器、第二通讯服务器及反向隔离装置；其中，所述VPDN专线用于将所述数据采集单元采集到的数据传输至所述电厂数据采集服务器，所述电厂数据采集服务器穿过所述第一防火墙将所述数据传至所述第一通讯服务器，所述反向隔离装置将所述数据从所述第一通讯服务器同步至所述第二通讯服务器，所述第二通讯服务器穿过所述第二防火墙将所述数据发送给所述最大允许载流量计算单元及逻辑判断单元。

在一实施例中，所述最大允许载流量计算单元具体用于：分别将输电线路上各监测点处的气象数据、导线的最大允许温度以及导线的物理参数代入摩尔根公式，计算对应监测点处导线的最大允许载流量。

在一实施例中，所述逻辑判断单元包括：

最小值获取模块，用于根据所述各监测点处导线的最大允许载流量，获取当前气象条件下输电线路上各监测点的最大允许载流量的最小值；

增容指令生成模块，用于在所述最小值大于或者等于所述调度值与安全余量之和时，生成一增容指令；

非增容指令生成模块，用于在所述最小值小于所述调度值与安全余量之和，并且所述运行数据中的导线实时载流量大于调度值时，生成一非增容指令。

本发明结合了输电线路动态增容技术和电厂自动保护技术，一方面不影响电网的安全稳定运行，另一方面自动控制对发电机组的输出功率。利用本发明不仅能解决发 电企业送出容量受限的问题，还能提高发电企业送出功率，增加发电企业的经济效益，同时还可以提高输电线路的负载率，提升电网设备的投资效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例发输电联合动态增容方法的流程示意图；

图2为本发明实施例发输电联合动态增容系统的结构示意图；

图3为本发明实施例逻辑判断模块30的结构示意图；

图4为本发明实施例试验导线温度变化曲线；

图5为本发明实施例线路总有功与机组有功变化曲线；

图6为本发明实施例线路功率因数变化曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例发输电联合动态增容方法的流程示意图。如图1所示，发输电联合动态增容方法包括以下步骤：

步骤1、实时获取输电线路上各监测点处的导线温度及各监测点周边环境的气象数据，并获取发电厂送出线路上的运行数据及其输电线路上的导线电流。

一般地，上述气象数据至少包括气温、风速、风向、光辐射强度等数据。上述发电厂送出线路上的运行数据通常包括送出线路三相电流和电压的有效值、功率因数，其中功率因数也可用三相无功数据代替。上述输电线路上的导线电流通常包括输电线路三相电流的有效值。

具体实施时，由于导线的温度通常变化较慢，故采集上述数据时，一般间隔一预定时间采集，例如可以每五分钟采集一次，或者也可以每一分钟采集一次。

步骤2、根据所述气象数据(例如环境温度、风速、风向和光辐射强度等)、导 线最大允许温度以及导线的物理参数计算各监测点处导线的最大允许载流量。

步骤3、根据省调发给所述发电厂的调度值、所述各监测点处导线的最大允许载流量及发电厂送出线路上的运行数据，生成增容指令或者非增容指令，以控制发电机组的输出功率。

本发明结合了输电线路动态增容技术和电厂自动保护技术，一方面不影响电网的安全稳定运行，另一方面自动控制对发电机组的输出功率。利用本发明不仅能解决发电企业送出容量受限的问题，还能提高发电企业送出功率，增加发电企业的经济效益，同时还可以提高输电线路的负载率，提升电网设备的投资效益。

具体实施时，需提前在发电厂送出线路沿线，选择线路上风速小、气温高的不利于导线散热的位置设置导线温度监测装置，通常在设置于杆塔上的输电线路段上安装导线温度监测装置，并在相应杆塔上安装输电线路气象监测装置，这样所监测到的导线温度和气象数据可视为同一监测点的数据。在设置监测点时，一般每隔10公里设置一个监测点，也可以在实际风速、气温等气象条件不利于导线散热的位置布设监测点。同时，在发电厂出线端设置电网运行数据采集装置，以采集发电厂送出线路上的运行数据；在发电厂向电网输送电流的输电线路上设置导线电流监测装置，以采集输电线路上的导线电流。

类似的，在利用步骤1采集到各监测点的气象数据后，在步骤2中，可以将上述各监测点处的气象数据、输电线路的导线最大允许温度以及导线的物理参数代入摩尔根公式计算相应监测点处的最大允许载流量。

在利用步骤1采集到各监测点的导线温度及气象数据后，为使计算得到的最大允许载流量更为接近实际情况，可以将同一监测点的气象数据及导线温度、输电线路的导线的物理参数代入到摩尔根公式中，计算该监测点处导线的计算载流量，然后根据该计算载流量与线路实际运行电流对比结果，对该监测点处的最大允许载流量进行修正。

在本实施例中，在分别利用步骤2计算得到各监测点的最大允许载流量之后，在步骤3中，需根据上述各监测点处导线的最大允许载流量，获取当前气象条件下输电线路上各监测点处导线的最大允许载流量的最小值，当该最小值大于或者等于所述调度值与安全余量之和时，生成一增容指令，当上述最小值小于上述调度值安全余量之和，并且实时监测到的运行数据中的导线实时载流量大于调度值时，则生成一非增容 指令，以控制发电机组的输出功率。上述的安全余量可视实际运行情况不同而设定为不同的值，例如可以设为5％～10％，也可以为11％，但其通常不小于0。

一般地，发输电联合动态增容方法还包括步骤4，在步骤3生成增容指令后，根据该增容指令生成一增容运行指令并发送给发电机组，以控制发电机组进行增容；在步骤3中生成的是非增容指令时，根据该非增容指令生成一快减指令并发送给发电机组，以控制发电机组减少出力。

输电线路周边气象环境处于一般条件时，发电厂的发电机组按照省调AGC信号出力，进行增容。当输电线路周边气象环境处于特殊气象条件时，发输电联合动态增容系统的逻辑判断单元将发送非增容运行指令，并将触发的报警信号和计算得到的输电线路最大允许输送容量上传至省调；同时，发电厂机组立即退出AGC系统跟随，发电机组根据快减指令自动快减出力。待输电线路周边气象环境条件重新满足增容运行条件时，发电厂机组根据增容运行指令再次投入AGC控制，恢复增容运行状态，同时将计算得到的输电线路最大允许载流量上传至省调。线路实际运行绝大多数情况处于一般条件，所以发电厂机组通常运行在增容状态。

上述输电线路周边环境处于一般条件是指：在发电厂输电线路沿线各监测点中，任一监测点处输电线路的散热条件均优于风速0.5m/s、光辐射强度1000W/m²、气温40℃同时出现的情况，即在任一监测点处按照输电线路热稳定平衡条件计算得到的输电线路实时最大允许输送容量(已考虑输电线路发生N-1故障的因素)，均大于增容运行状态下调度核定的发电厂机组出力，在考虑送出线路有功功率换算时，应留有一定的安全裕度。

上述当输电线路周边气象环境处于特殊气象条件是指：在发电厂输电线路沿线各监测点中，出现某一监测点处的输电线路的散热条件接近或劣于风速0.5m/s、光辐射强度1000W/m²、气温40℃同时出现的情况，即改监测点按照输电线路热稳定平衡条件，计算得到的该观测点输电线路实时最大允许输送容量(已考虑双回输电线路处于N-1状态)小于增容运行状态下调度核定的发电厂机组出力。

实时采集输电线路上各监测点处的气象数据，当输电线路周边气象环境条件重新满足增容运行条件时，再输出增容指令，以使发电厂的发电机组进行增容。上述输电线路周边气象环境条件重新满足增容运行条件是指：输电线路周边气象环境特殊条件出现后，输电线路周边气象环境为一般条件且持续1小时。

上述实时最大允许输送容量(已考虑双回输电线路处于N-1状态)是指：若双回线路正常运行，线路的最大允许容量为两回线路各自的最大允许输送容量之和的一半；若双回线路处于N-1状态，线路的最大允许输送容量为在运回路的最大允许输送容量。

基于与图1所示的发输电联合动态增容方法相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种发输电联合动态增容系统，如下面实施例所述。由于该发输电联合动态增容系统解决问题的原理与图1中发输电联合动态增容方法相似，因此该发输电联合动态增容系统的实施可以参见图1中发输电联合动态增容方法的实施，重复之处不再赘述。

图2为本发明实施例发输电联合动态增容系统的结构示意图。如图2所示，发输电联合动态增容系统包括：数据采集单元10、最大允许载流量计算单元20及逻辑判断单元30。

其中，数据采集单元10，用于实时获取输电线路上各监测点处的导线温度及各监测点周边环境的气象数据，并获取发电厂送出线路上的运行数据及其输电线路上的导线电流。

最大允许载流量计算单元20，用于根据数据采集单元10采集到的气象数据、导线最大允许温度以及导线的物理参数计算各监测点处导线的最大允许载流量。

逻辑判断单元30，用于根据省调发给上述发电厂的调度值、最大允许载流量计算单元20计算的上述各监测点处导线的最大允许载流量及发电厂送出线路上的运行数据，生成增容指令或者非增容指令，以控制发电机组的输出功率。

为使计算得到的最大允许载流量更为接近实际值，可以计算各监测点处导线的计算载流量，然后利用各监测点处的计算载流量对最大允许载流量计算单元30计算得到的各监测点处的最大允许载流量进行修正。

一般地，发输电联合动态增容系统还包括一DCS快减逻辑单元40，用于根据逻辑判断单元30输出的增容指令生成增容运行指令以控制发电机组进行增容，或者根据所述非增容指令生成快减指令以控制发电机组减少出力。DCS快减逻辑单元40通常设置于发电厂内，与发电机组连接。

数据采集单元10通常由多种在线监测装置组成，例如多个导线温度监测装置、多个气象监测装置、电网运行数据采集装置及导线电流监测装置。其中，多个导线温 度监测装置按照预设距离等间隔地设置在输电线路上，或者在发电厂送出线路沿线上选择线路上风速小、气温高的不利于导线散热的位置设置，通常在设置于杆塔上的输电线路段上安装导线温度监测装置，分别获取输电线路上各监测点的导线温度，并在相应杆塔上安装输电线路气象监测装置，用于实时获取输电线路上各监测点的气象数据。电网运行数据采集装置通常设置在发电厂出线端，用于实时获取发电厂送出线路上的运行数据。导线电流监测装置一般设置在发电厂侧的输电线路上，用于实时获取所述发电厂的输电线路上的导线电流。

为保证安全传输采集到的数据，发输电联合动态增容系统通常还包括一数据传输单元50，分别与数据采集单元10、最大允许载流量计算单元20及逻辑判断单元30连接，用于安全传输数据采集单元10采集到的数据。

数据传输单元50通常包括VPDN(Virtual Private Dial－up Networks，虚拟专用拨号网)专线、电厂数据采集服务器、多个防火墙、多个通讯服务器及反向隔离装置。其中，VPDN专线用于将数据采集单元10采集到的数据传输至电厂数据采集服务器，电厂数据采集服务器穿过一防火墙(例如防火墙a)将上述数据传至一通讯服务器(例如通讯服务器A)，反向隔离装置则将上述数据从通讯服务器A同步至另一通讯服务器(例如通讯服务器B)，通讯服务器B穿过防火墙(例如防火墙b)将上述数据发送给最大允许载流量计算单元20及逻辑判断单元30。

通过层层防火墙及反向隔离装置的隔离功能，可以保证数据采集单元10采集到的数据安全传输至最大允许载流量计算单元20及逻辑判断单元30。

最大允许载流量计算单元20也可以通过摩尔根公式计算各监测点处的最大允许载流量，具体实施时，分别将输电线路上各监测点处的气象数据、导线的最大允许温度以及导线的物理参数代入摩尔根公式，计算对应监测点处导线的最大允许载流量。

图3为本发明实施例逻辑判断模块30的结构示意图。如图3所示，逻辑判断单元30通常包括：最小值获取模块301、增容指令生成模块302以及非增容指令生成模块303。

其中，最小值获取模块301用于根据上述各监测点处导线的最大允许载流量，筛选出当前气象条件下输电线路上各监测点的最大允许载流量的最小值。

增容指令生成模块302用于在上述最小值大于或者等于调度值与安全余量之和时，生成一增容指令。

非增容指令生成模块303用于在上述最小值小于调度值与安全余量之和，并且上述发电厂送出线路上的运行数据中的导线实时载流量大于调度值时，生成一非增容指令。

本发明结合了输电线路动态增容技术和电厂自动保护技术，一方面不影响电网的安全稳定运行，另一方面自动控制对发电机组的输出功率，实现了闭环反馈控制，自动化性能得到极大提高。利用本发明不仅能解决发电企业送出容量受限的问题，还能提高发电企业送出功率，增加发电企业的经济效益，同时还可以提高输电线路的负载率，提升电网设备的投资效益。

本发明将一自动实时闭环控制的发输电联合动态增容系统设置在浙江浙能乐清发电有限责任公司及其500kV送出线路上进行了试验并投入试运行。

在本实施例中，利用电厂最大负荷区间进行机组满负荷试验，择机输入模拟快减条件，由发输电联合动态增容系统自动触发快减负荷逻辑判断条件，向DCS快减逻辑单元发出快减负荷建议，DCS快减逻辑单元自动快减#1号机组负荷200MW至460MW，系统自动记录了各参数变化的曲线。其中，发输电联合动态增容系统快减负荷试验记录表见表1。

表1 发输电联合动态增容系统快减负荷试验记录表

图5为本实施例线路总有功与机组有功变化曲线，图6为线路功率因数变化曲线。试验结果显示，在试验过程中，线路功率因数始终保持在0.98以上，母线电压始终维持在515kV以上；电厂机组达到最大出力2655.8MW时，线路总有功达到2546.5MW，对应线路总电流为2902.2A。

在乐清电厂带负荷试验过程中，乐天5449线、乐柱5450线的导线温度曲线如图5所示。如图4所示，在整个试验过程中，导线的温度最大不超过50°，满足线路温度不可超过80°的运行要求。

发输电联合动态增容系统负荷快减机制负荷设计要求，#1号机组负荷由最初的658.7MW减至458.7MW，历时32分钟，实际快减速率为6.25MW/min，满足电网运行要求。

本发明实现对电厂送出功率和线路输送容量的提升，打开了经济发达地区用电高峰期的输送容量瓶颈。在不突破现有电力系统运行管理规定的条件下，既保证电力系统安全稳定运行，又提高发电企业的经济效益和输电线路的利用效率。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。