专利名称：一种基于实时运行方式的架空线抗凝冰方法
技术领域：
本发明属于电力系统调度自动化技术领域，涉及一种基于实时运行方式的架空线抗凝 冰方法。
背景技术：
2008年春节前后发生在中国南方的大面积冰灾事故，是由于大范围、-高强度、长时间 的低温、雨雪和冰冻天气造成电网的架空线大量覆冰，从而大大增加了导线的张力，从而 拉跨电力杆塔或线路断裂。由于架空线是传输电能的，因此在传输中会产生热量。架空线 温度取决于线路通过电流时的发热量，而在架空线电阻一定的情况下，架空线发热量和架 空线电流的平方成正比。如果增加凝冰风险大的架空线的输电电流，提高这些架空线的发 热量，可以提升这些架空线的线温，从而减少或避免架空线凝冰的风险。然而，架空线增加输电电流可能会降低电网的动态稳定水平，若盲目增大架空线的输 电电流，就会存在系统失稳的危险。因此，需要研究一种方法，利用能量管理系统，在保 证电网安全的情况下，通过改变电网的实时运行方式增大线路的发热量，减少或避免线路 凝冰。能量管理系统(EMS， Energy Management System)是现代电网调度中心的计算机实 时监控和辅助决策系统。其原理是利用高速通信网采集电网实时运行数据，建立电网的数 学模型，进行发电控制和电网潮流计算，进行电网安全分析和控制决策计算，利用计算结 果辅助调度员决策，或者直接对电网实施闭环控制，达到电网安全经济运行的目的。发明内容本发明的目的是为解决架空线的凝冰问题，提出一种基于实时运行方式的架空线抗凝 冰方法，利用电网能量管理系统，实时计算电网的安全稳定水平，在保证电网安全稳定的 前提下，通过改变电网的实时运行方式，来增加凝冰风险大的架空线的传输功率'，增加其 发热量从而减少或避免架空线的凝冰。为达上所目的，本发明的方法包括以下步骤-1) 根据凝^K在线观测的凝冰情况的结果，确定要融冰的线路集合；2) 根据电网拓扑和线路型号分别利用电网能量管理系统的潮流分析工具对要融冰的架 空'线选择新的电网运行方式，用以调整原电网运行方式，以增加要融冰的架空线的传输电 流，具体调整策略如下(1)若要融冰的架空线在电磁环网中，则利用该电磁环网内有载调压分头的变压器使 电磁环网内产生环流-(2) 若要融冰的架空线是双回线，则在供电侧将两条线路接入不同的母线，利用变压 器、并联电抗器、并联电容器使两母线产生电压差，在双回线内产生环流；(3) 若要融冰的架空线的线路型号为分裂导线的单回线，则在供电侧将该两条分裂导 线接入不同的母线，利用变压器、串联电抗器、串联电容器使两母线产生电压差，在两根 导线内产生环流；(4) 若要融冰的架空线是单回线单根导线,则在用户端装设并联电抗器或并联电容器， 使之增加无功传输；(5) 若要融冰的架空线属于一个潮流断面，则轮流停部分线路，加大其他线路的功率 传输；(6) 通过调节不同发电机出力和电压分布，使得要融冰的架空线的传输电流增大；(7) 通过转移负荷，改变负荷的输电路径，使得要融冰的架空线上的电流增大；(8) 若是直流高压输电线，则采用降压运行、将双极对称运行轮流改为双极不对称或 单极运行中的多种或任意一种，增加导线电流和发热；3)在融冰过程中，利用在线动态安全分析程序评估此时电网是否满足暂态稳定约束；若满足则按步骤2)中的调度策略执行，若不满足，则对所述调度策略进行修正如下(1) 采用基于暂态能量函数(TEF)的暂态稳定裕度对各发电机出力的灵敏度来重新 调^发电机出力的分布，提高电网的暂态稳定水平；若还不满足暂态稳定约束，则执行下 一步；(2) 遍历步骤2)中所有调度策略，逐一取消策略，然后调整电网模型的运行方式， 进行仿真评估电网的暂态稳定性，直到电网满足稳定约束为止。本发明的特点首先本发明根据架空线传输功率会产生热量的特点，利用电网能量管理系统获得电网 的实际运行方式，然后利用电网能量管理系统的潮流分析工具选择调整运行方式的方案使 得需要融冰的线路增加传输电流，加大发热量。同时利用电网能量管理系统的在线动态安 全分析软件，实时计算电网的动态安全水平，保证系统满足暂态稳定约束，避免融冰过程 中发生电网破坏性事故。以上特点使得本发明方法具有下列优点充分利用电网自身的运行特点和电网能量管理系统，通过改变实时运行方式的方法抗 凝冰，实施方便，投资少。
图1显示电网中的一个电磁环网；图2显示具有双回出线的变电站一次接线图；图3显示含单回线路的变电站；图4显示联系供电区和受电区的联络线断面。
具体实施方式
本发明提出基于实时运行方式的架空线抗凝冰方法结合实施例详细说明如下 本实施方法是利用安装在电网调度中心的电网能量管理系统，对电网进行实时监视、安全评估；在保证系统满足暂态稳定约束的前提下，通过调整运行方式，增大凝冰架空线的传输电流，加大发热量；本方法包括以下步骤步骤一、形成需要融冰的架空线线路集合根据架空线的地理位置、外部天气以及凝冰在线监测系统或者人工观测的凝冰情况的 结果，形成需要融冰的架空线线路集合。步骤二、形成改变电网运行的调度策略，以增加需要融冰的线路的传输电流和持续时间利用电网调度自动化系统，获取电网实时数据和电网设备的模型参数，利用状态估计 方法自动生成电网潮流参数。根据电网拓扑和线路型号利用电网能量管理系统的潮流分析工具选择调整运行方式的方案，然后采用对应的方案改变系统运行方式，以增加需要融冰的线路的传输电流具体 调整策略如下1、 若要融冰的架空线在电磁环网中，则利用该电磁环网内有载调压分头的变压器使电 磁环网内产生环流；例如，如图1所示，可以通过调整变压器12的分接头档位，使得线 路U上产生较大的环流，从而增加线路上的传输电流。2、 若要融冰的架空线是双回线，则可在供电侧将两条线路接入不同的母线，利用变压器、并联电抗器、并联电容器使两母线产生电压差，在双回线内产生环流。例如，如图2 所示，打开220kV母线联络开关22,合上110kV母线联络开关23，然后调整变压器24档 位,从而改变双回出线21上的电流。3、 若要融冰的架空线的线路型号为分裂导线的单回线，则在供电侧将该两条分裂导线 接入不同的母线，利用变压器、串联电抗器、串联电容器使两母线产生电压差，在两根导 线内产生环流；4、 若要融冰的架空线是单回线单根导线，则在用户端装设并联电抗器或并联电容器， 使之增加无功传输；例如，如图3，通过闭合开关32,投上电抗器33，可以加大如单回架 空线31上无功，从而增大传输电流。5、 若要融冰的架空线属于一个潮流断面，则轮流停部分线路，加大其他线路的功率传 输;例如，如图4所示，通过轮流开断部分联络线41,可以加大其他线路的功率传输。6、 通过调节不同发电机出力和电压分布，使得要融冰的架空线的传输电流增大；7、 通过转移负荷，改变负荷的输电路径，使得要融冰的架空线上的电流增大；8、 若是直流高压输电线，则采用降压运行、将双极对称运行轮流改为双极不对称或单 极运行中的多种或任意一种，增加导线电流和发热；步骤三、模拟计算调度策略施效后的电网运行方式，评估电网的动态安全。 把在步骤二中的调度策略作用到电网模型中，利用在线动态安全分析程序评估此时电 网是否满足暂态稳定约束。暂态稳定约束是指在暂态故障集^中任意故障发生的情况下， 系统不发生暂态失稳。具体方法己发表学术论文(郭琦，张伯明,王守相.基于EMS的动 态安全分析系统.电力系统自动化，2004， 28(8): 57-62)步骤四、根据上一步的评估结果，修正调度策略如果上一步评估中发现，若电网满足暂态稳定约束，则按步骤二中的调度策略进行融 冰，并实时足艮踪计算电网的暂态稳定水平，直到融冰结束；若电网不能满足暂态稳定约束， 那么可以分两步进行处理(1)调整发电机出力的分布，提高系统的暂态稳定水平由于发电机自身参数、在电网中位置以及运行状态的差异，对故障/e^，不同的发 电机增长模式对系统的暂态稳定裕度的影响是不同的。本发明采用基于暂态能量函数 (TEF)的暂态稳定裕度对各发电机出力的灵敏度来重新调整发电机的出力分布，以提高 系统的暂态稳定水平。TEF法中的暂态稳定裕度可表示为式中，为不稳定平衡点处的暂态能量，K,为故障切除时刻系统对应的暂态能量，即 故障持续轨迹在故障切除时刻对应的动能和势能之和为Kd 。对于某一故障/，上式可以写出详细的解析表达式，在表达式基础上可以分析各发电机注入功率变化对系统稳定裕度的灵敏度"《《，《，其中，尸 是第!'台发电机的出力，M"表示对于故障/，第l'台发电机功率增长对系统的稳定裕度的灵敏度。TEF法及其灵敏度的计算可以参见相关文献(Pai M A. Energy Function Analysis for Power System Stability[M]. Boston, MA， USA: Kluwer Academic Publishers, 1989)。需要指出， iWV,的符号为正表示功率增加时，系统稳定裕度增加；反之则功率增加，裕度降低。可以根据灵敏度M,.,的大小，利用增加M"大的发电机的处理，同时降低My,小的萃 电机出力，在保持发供平衡的前提下提高系统的暂态稳定裕度。.若通过调节发电机出力后，系统还是不能满足暂态稳定约束，则进入下一步调整。(2)取消部分调度策略，提高系统的暂态稳定水平 遍历所有调度策略，逐一取消策略，然后调整模型的运行方式，进行仿真评估电力系 统的暂态稳定性，直到电力系统满足稳定约束为止。然后，把剩余的调度策略作用到实际 电网进行融冰，并实时跟踪计算电网的暂态稳定水平，直到融冰结束。
权利要求
1、一种基于实时运行方式的架空线抗凝冰方法，其特征在于，利用安装在电网调度中心的电网能量管理系统，对电网进行实时监视、安全评估；在保证系统满足暂态稳定约束的前提下，通过调整运行方式，增大凝冰架空线的传输电流，加大发热量；该方法包括以下步骤1)根据凝冰在线观测的凝冰情况的结果，确定要融冰的架空线线路集合；2)根据电网拓扑和线路型号分别利用电网能量管理系统的潮流分析工具对要融冰的架空线选择新的电网运行方式，用以调整原电网运行方式，以增加要融冰的架空线的传输电流，具体调整策略如下(1)若要融冰的架空线在电磁环网中，则利用该电磁环网内有载调压分头的变压器使电磁环网内产生环流；(2)若要融冰的架空线是双回线，则在供电侧将两条线路接入不同的母线，利用变压器、并联电抗器、并联电容器使两母线产生电压差，在双回线内产生环流；(3)若要融冰的架空线的线路型号为分裂导线的单回线，则在供电侧将该两条分裂导线接入不同的母线，利用变压器、串联电抗器、串联电容器使两母线产生电压差，在两根导线内产生环流；(4)若要融冰的架空线是单回线单根导线，则在用户端装设并联电抗器或并联电容器，使之增加无功传输；(5)若要融冰的架空线属于一个潮流断面，则轮流停部分线路，加大其他线路的功率传输；(6)通过调节不同发电机出力和电压分布，使得要融冰的架空线的传输电流增大；(7)通过转移负荷，改变负荷的输电路径，使得要融冰的架空线上的电流增大；(8)若是直流高压输电线，则采用降压运行、将双极对称运行轮流改为双极不对称或单极运行中的多种或任意一种，增加导线电流和发热；3)在融冰过程中，利用在线动态安全分析程序评估此时电网是否满足暂态稳定约束；若满足则按步骤2)中的调度策略执行，若不满足，则对所述调度策略进行修正如下(1)采用基于暂态能量函数TEF的暂态稳定裕度对各发电机出力的灵敏度来重新调整发电机出力的分布，提高电网的暂态稳定水平；若还不满足暂态稳定约束，则执行下一步；(2)遍历步骤2)中所有调度策略，逐一取消策略，然后调整电网模型的运行方式，进行仿真评估电网的暂态稳定性，直到电网满足稳定约束为止。
全文摘要
本发明涉及一种基于实时运行方式的架空线抗凝冰方法，属于电力系统调度自动化领域，该方法包括利用电网能量管理系统实时采集的电力系统运行状态，通过状态估计得到电力系统实时网络拓扑和实时潮流；根据架空线的凝冰情况，在保证系统动态稳定的前提下，通过改变实时运行方式，加大凝冰风险大的线路的功率输送，利用导线的电阻产生更大的热量从而螎化或阻止线路覆冰。这种抗凝冰方法利用了电网调度自动化系统，不需要或新增少量设备即可达到抗凝冰目的，成本低、实施方便。
文档编号G05B19/04GK101325324SQ20081010395
公开日2008年12月17日 申请日期2008年4月14日 优先权日2008年4月14日
发明者刘建军, 吴文传, 孙宏斌, 孙素琴, 张伯明, 郭庆来, 镐俊杰 申请人:清华大学;河南电力调度通信中心