一种外送风电输电线路热定值方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种外送风电输电线路热定值方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，风力发电因具有资源分布广、技术成熟，建设周期短等优势得到了快速发 展，电网建设相对缓慢，输电能力不足已成为制约电网接纳风电的重要因素之一。
[0003] 热限制是输电元件载荷能力的本质，各国行业标准均给出输电线路（钢芯铝绞 线）长期连续运行最大允许温度（MaximumPermissibleTemperature，MPT)参考值作为热 定值计算依据（如我国给出的MPT参考值为70°C、法国为85°C，日本为90°C等）。在给定 MPT的基础上，目前工程中广泛使用的静态热定值（StaticThermalRating，STR)和动态 热定值（DynamicThermalRating，DTR)则是分别在保守气象条件假设和实测气象参数下， 通过导体热平衡方程计算最大允许热电流，从而实现在工程中以电气量表征热限制。
[0004] 然而，MPT是在综合考虑温度对导线及其配套金具寿命影响基础上确定的长期 (需上万小时）可持续运行温度，设定存在保守性，体现在：
[0005] (1)输电线路导线寿命损失是其抗拉强度损失长期累积的结果，而导线抗拉强度 损失不仅与其运行温度有关（如铝导体在65°C以下的退火效应并不明显，钢的退火温度则 在200°C以上）还与高温的持续时间相关，温度短时超过MPT未必会影响导体的期望使用寿 命（如30年），而MPT的设定并未考虑不同输电线路温度变化规律对导体抗拉强度损失累 积过程的影响。
[0006] (2)由于输电线路配套金具在使用材料的耐热性及散热面积方面均优于铝导体， 因此在接触良好的情况下输电线路金具的运行温度约为导体温度的50%，且试验表明金具 在80°C时对导线的握力基本没有影响，甚至在导线温度达到200°C时也可保证安全运行， 而通常导线难以达到如此高温，因此在金具接触良好情况下可忽略导线高温运行对其的影 响。
[0007] 针对MPT设定导致热定值结果保守性的问题，我国经过试验论证已在华东等地电 网将部分关键输电线路MPT提升至80°C，美国则在长期连续允许运行温度（100°C)的基础 上还规定有短期（115°C，3小时）和紧急情况下更短时间内的允许运行温度（125°C，15分 钟）以提升输电线路在短时潮流波动及紧急情况下的使用效率。
[0008] 对外送风电输电线路，其载流和温度均有较强的波动性，使得导体抗拉强度损失 的累积过程也具有波动性，此时传统以设定MPT计算热定值的保守性问题就更为凸显，若 能直接考虑输电线路导线温度与抗拉强度损失之间的关系，并兼顾输电线路运行的弧垂限 制，实现满足输电线路安全净距及使用年限需求的热定值计算，则必然能够改善传统热定 值的保守性，增强电网接纳风电能力。
【发明内容】
[0009] 本发明为了解决上述问题，提出了一种外送风电输电线路热定值方法，本方法抓 住输电线路热载荷能力本质，在解析温度与导线抗拉强度损失及弧垂关系的基础上，以弃 风损失最小为目标，同时考虑输电线路对地净距及使用年限需求，引入输电线路累积抗拉 强度损失率及弧垂约束，构建外送风电输电线路热定值决策模型，对高效利用外送风电输 电线路载荷能力，实现节能减排具有重要意义。
[0010] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0011] 一种外送风电输电线路热定值方法，包括以下步骤：
[0012] 以输电线路期望使用寿命时间内，由于输电线路热定值限制造成的总弃风功率为 目标函数，以导体热平衡、输电线路抗拉强度损失及安全净距限制为约束，构建输电线路热 定值的最优决策模型，对该模型采用启发式求解：首先确定保守气象环境假设下的输电线 路的静态热定值作为热定值决策量的初值，然后结合风功率、气象环境的实测或假设概率 分布下的抽样数据，模拟输电线路期望使用寿命期间内的输电线路温度、抗拉强度损失及 弧垂，若出现抗拉强度损失或弧垂越限的情况则说明热定值偏高，此时以一定步长减小热 定值后更新热定值初值并重复上述模拟过程；若未出现抗拉强度损失或弧垂越限的情况则 需进一步判断目标函数是否为零，若是则输出热定值作为结果，若否则以设定步长增大热 定值后更新初值并重复模拟过程，直至抗拉强度损失或弧垂达到限值，或目标函数为零，输 出待决策量的决策结果。
[0013] 进一步的，所述导体热平衡约束条件为：在热稳态条件下输电线路温度与载流及 气象环境之间关系的数学表达。
[0014] 所述输电线路抗拉强度损失约束条件为：在期望寿命期内输电线路累积抗拉强度 损失率小于等于设定允许值。
[0015] 所述安全净距限制约束条件为：任意时间内，输电线路所处温度下的导线弧垂与 输电线路长期连续运行最大允许温度的导线弧垂的差值小于等于输电线路设计时所预留 的弧垂裕度。
[0016] 所述最优决策模型为：
[0017]
其中，NH为输电线路期望使用寿 命的小时数，Γ为第i小时流过外送输电线路1的载流，Zf为第i小时输电线路1温度，I1TR 为输电线路1的热定值电流，u(1)为第i小时输电线路风场侧高压母线电压幅值，为第 i小时通过输电线路1的风电功率因数，目标函数即为NH时间内由于输电线路1热定值限 制造成的总弃风功率。
[0018] 所述待决策量为输电线路的静态热定值。
[0019] 所述求解的具体步骤包括：
[0020] (1)在保守气象条件假设下计算热定值/作为初值；
[0021] (2)令i= 1，越限标识oflag= 1 ;读入输电线路型号、NH时间内风电功率及气象 参数数据，并计算各时段外送风电输电线路1的载流Ilw;
[0022] (3)判断若则说明由于输电线路1热定值限制导致了弃风，此时计算目标 函数中第i时段弃风电量并累加，并令;
[0023] (4)将#代入式⑴计算输电线路温度〃，并在此基础上分别计算输电线路弧垂 及累积抗拉强度损失ST￡;
[0024] (5)令i=i+1，若i=NH贝IJ进行下一步，否则返回步骤（3);
[0025] (6)判断NH时间内是否出现弧垂或累积抗拉强度损失越限，若越限存在则按一定 比例减小0后返回步骤（2)，并设置越限标识oflag= 1 ;若不存在越限则进行下一步；
[0026] (7)判断目标函数是否为0,若不为0且of lag =0则按一定比例增大C后返回步 骤（2);否则计算结束，输出.为最终结果。
[0027] 所述步骤（2)中，在缺乏历史数据的情况下通过概率抽样获取数据进行分析。
[0028] 本发明的有益效果为：
[0029] (1)基于输电线路运行寿命及安全净距需求构建了导体抗拉强度损失及弧垂约 束，避免了设定MPT，可有效克服传统热定值的保守性，有效增强电网接纳风电能力；
[0030] (2)该方法可在保守气象环境假设下或DTR实测气象数据基础上进行热定值计 算，且对两者保守性均有所改善，方法具有较强的适应性。
【附图说明】
[0031] 图1为年持续温度曲线示意图；
[0032] 图2为输电线路抗拉强度变化曲线示意图。
【具体实施方式】：
[0033] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0034] 1、导线温度与寿命及弧垂的关系
[0035] 输电线路寿命及所受应力、弧垂均与其运行温度存在密切的物理关联。作为实现 上述热定值决策的关键，本节将具体说明输电线路载流与温度、温度与抗拉强度损失及弧 垂之间的电热力耦合关系。
[0036]L1导体载流与温度的关系
[0037] 运行环境下，输电线路温度（T)随载流（I)及气象环境的变化而变化，热稳态下的 输电线路载流与温度之间关系可由式（1)所示热平衡方程（Heatbalanceequation，HBE) 描述：
[0038] I2R〇[1+0(T-Td)]+EsAsD-Ac[T-Tj-A r[(273+T)4-(273+T