一种动态增容设备安装选址方案生成方法及系统与流程

1.本发明涉及电力工程技术领域，特别涉及一种动态增容设备安装选址方案生成方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.工程上常用的静态热定值(str)是在假设多个不利的气象条件同时发生(高气温、低风速、强日照等)的情况下制定的导线载流容量，大大低估了输电线路的实际容量。1977年，美国学者davis提出了动态增容技术，旨在根据架空导线微气象量测实时计算其载流量。实践表明，动态增容技术可在多数情况下显著提高热定值计算结果，在节约电网建设投资和增强电力系统接纳新能源发电能力方面发挥了重要作用，带来了可观的节能减排效益。然而，实施动态增容需要在线路上安装动态增容设备(比如：气象监测设备和导线测温设备等)，建设投资及日常运维成本较大，难以做到沿线大量配置，需要对动态增容设备进行科学的选址。
4.目前工程上动态增容设备的布置通常是通过沿传输线均匀排列传感器数量来选择的。这种放置方法被称为“等距放置”策略。它的工作原理是定义所需动态增容设备的数量，从线路中央到两侧依据等间隔原则进行动态增容设备配置。显然，这种方法忽略了天气条件的沿线分布规律，需要大量的动态增容设备才能发挥作用。此外还有根据运行经验选择风速较小的地区，或选择横担高度较低的线档，此类方法也都未考虑线路沿线的气象分布规律，轻则影响动态增容设备效能，在多数情况下无法充分发挥线路载流潜力，严重时还可能导致过高估计线路载流能力，在损害导线使用寿命的同时带来系统的运行风险。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种动态增容设备安装选址方案生成方法及系统，其考虑线路沿线的气象分布规律，使动态增容设备的布点更具针对性，从而使架空导线载流量的计算更符合实际，有助于运行人员高效、安全地利用线路载流潜力。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明的第一个方面提供一种动态增容设备安装选址方案生成方法，其包括：
8.获取目标架空线路输电通道沿线且覆盖整条目标架空线路的所有数值气象网格中，且在设定历史时间段内的历史数值气象预报数据；
9.基于历史数值气象预报数据，计算所有数值气象网格内导线在设定历史时间段内的载流量时间序列，并取各个载流量时间序列向量相同位置的最小值构成整条目标架空线路的载流量时间序列向量；
10.基于各气象网格内导线载流量时间序列与整条线路的载流量之间的欧氏距离，从
所有数值气象网格中确定出关键数值气象网格，以在关键数值气象网格内线路中间线档处布设动态增容设备为原则生成选址方案。
11.本发明的第二个方面提供一种动态增容设备安装选址方案生成系统，其包括：
12.历史数值气象数据获取模块，其用于获取目标架空线路输电通道沿线且覆盖整条目标架空线路的所有数值气象网格中，且在设定历史时间段内的历史数值气象数据；
13.目标架空线路载流量模块，其用于基于历史数值气象预报数据，计算所有数值气象网格内导线在设定历史时间段内的载流量时间序列，并取各个载流量时间序列向量相同位置的最小值构成整条目标架空线路的载流量时间序列向量；
14.关键数值气象网格确定模块，其用于基于各气象网格内导线载流量时间序列与整条线路的载流量之间的欧氏距离，从所有数值气象网格中确定出关键数值气象网格，以在关键数值气象网格内线路中间线档处布设动态增容设备为原则生成选址方案。
15.本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的动态增容设备安装选址方案生成方法中的步骤。
16.本发明的第四个方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的动态增容设备安装选址方案生成方法中的步骤。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明利用数值气象数据信息，计算所有数值气象网格内架空导线在设定历史时间段内的载流量时间序列，并由各个时间序列向量同一位置的载流量最小值构成整条目标架空线路载流量时间序列向量，再基于各气象网格内导线载流量时间序列向量与整条线路载流量时间序列向量之间的欧氏距离，从所有数值气象网格中确定出关键数值气象网格，进而选择网格内线路中间线档作为动态增容布点位置。该方法把握了架空线路沿线气象环境的变化规律，关键气象网格集合的选取能够使动态增容布点更具针对性，且可根据工作人员预期的动态增容设备安装数量自动确定安装布点，为安装动态增容设备提供了更为直接且准确的依据，从而使架空导线载流量的计算更符合实际，有助于运行人员高效、安全地利用线路载流潜力。
19.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
21.图1是本发明实施例的动态增容设备安装选址方案生成原理图；
22.图2是本发明实施例的动态增容设备安装选址方案生成流程图；
23.图3是本发明实施例的动态增容设备安装选址方案生成系统结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
25.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.术语解释：
28.数值气象预报信息是以网格形式呈现的，网格的面积体现了数值气象预报的空间分辨率，目前气象网格可做到3km
×
3km。如两城市间一条长100km的架空线路，我们无法通过少量分布在城市周边的气象站获取其沿线详细的气象数据，而数值气象预报技术可根据线路跨越的地理信息、云图信息和少量气象观测信息推算出其沿线的数十个网格气象数据，包括每个网格四个顶点的经度、纬度以及网格内气温、日照强度、风速、风向等信息。
29.实施例一
30.如图1和图2所示，本实施例提供了一种动态增容设备安装选址方案生成方法，其具体包括如下步骤：
31.s101：获取目标架空线路输电通道沿线且覆盖整条目标架空线路的所有数值气象网格中，且在设定历史时间段内的历史数值气象数据。
32.例如：目标架空线路输电通道沿线且覆盖整条目标架空线路的数值气象网格数量为m个。其中，m为大于或等于1的正整数。
33.此处可以理解的是，设定历史时间段是本领域技术人员根据实际情况来具体设置的，比如一般情况下设定历史时间段应至少为1年以包含完整的一年四季的气象沿线分布规律。
34.s102：基于各气象网格的历史数值气象预报数据，计算所有数值气象网格内导线在设定历史时间段内载流量时间序列，并提取各载流量时间序列在同一时间点处的线路载流量的最小值构成整条目标架空线路的载流量时间序列向量其维度为h。
35.在一些实施例中，在计算设定历史时间段内所有数值气象网格内导体载流量之前，还包括：对历史数值气象数据进行预处理，以剔除超过设定正常范围的历史数值气象数据。这样能够保障动态增容设备安装选址方案生产的准确性。
36.其中，剔除掉不合理数据，如数值气象计算结果为复数、无穷大的情况、气温、日照强度、风速等明显超过正常范围的情况。
37.在具体实施中，导体温度受到导体自身产生的热量，从外界吸收的热量与向外界散失的热量的共同作用。在输电线路假设为均匀导体的条件下，导体的热平衡方程表达为：
[0038][0039]
式中：q
l
代表导体因通过电流而产生的热量；qs为导体由于日照作用而吸收的热量；qc和qr分别代表导体对流散热量和辐射散热量，tc为导体温度。当(1)式右端为0时，导体处于静态热平衡状态，反之处于动态热平衡。
[0040]
依据cigre标准，导体载流产生热量具体表达为：
[0041]ql
＝i2[ra+β(t
c-20)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0042]
式中，β为20℃时导体的温度电阻系数；i为流经导体的电流；ra为20℃下的参考电阻。
[0043]
对于等方向的散射，cigre标准给出的导体每单位长度所吸收的太阳热量为：
[0044][0045]
其中，
[0046]hs
＝arcsin[sinφsinδs+cosφcosδscosz]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0047]
id＝1280sinhs/(sinhs+0.314)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0048]
δs＝23.4sin[360
°
(284+n)/365]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0049]
η＝arccos[coshscos(γ
s-γc)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0050]
γs＝arcsin[cosδssinz/coshs]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0051]
b＝(π/2)id(1+f)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0052]
αs为导体表面吸热率；d为导体直径；id为阳光直射热量；η为光线与导体方向的夹角；f为反照率；hs为太阳高度角；φ为纬度；δs为赤纬角；z为太阳分时角度；n为一年当中的天数；γs为太阳方位角；γc为导体方位角，id为阳光散射热量。
[0053]
在强制对流情况下，在cigre标准中将导体的对流散热表达为：
[0054]
qc＝πλf(t
c-ta)nuꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0055]
式中,ta为导体周围环境温度；λf为空气的热传导率；nu为努塞尔数，可以表示为nu＝b1(re)n，其中b1和n的取值取决于雷诺数和表面粗糙程度。其中λf可表达为：
[0056]
λf＝2.42
·
10-2
+7.2
·
10-5
tfꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0057]
其中tf＝0.5(tc+ta)。
[0058]
在强制对流中，由于风向的不同，努塞尔数需要进行修正：
[0059][0060]
式中，δ代表导体轴向与风向的风向夹角。当0
°
《δ《24
°
，a1＝0.42，b2＝0.68以及m1＝1.08。当24
°
《δ《90
°
，a1＝0.42，b2＝0.58以及m1＝0.9。
[0061]
在自然对流的情况下，努塞尔数取决于格拉晓夫数gr和普朗特数pr:
[0062][0063]
pr和gr的表达式为：
[0064]
pr＝0.715-2.5
·
10-4
tfꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0065][0066]
其中g＝9.807m/s2，μf＝(1.32
·
10-5
+9.5
·
10-8
tf)ρ0；ρ0为海平面处空气密度。
[0067]
辐射散热表达为：
[0068]
qr＝πdεσb[(tc+273)
4-(ta+273)4]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0069]
其中，ε为辐射率；σb为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，其数值为5.67
×
10-8
w/(m2·
k4)。
[0070]
分析式(1)-(16)可知，在确定架空导线的型号及地理位置以后，架空导线的载流量主要受其周围气象要素的影响。
[0071]
因此，各个时间序列的线路载流量的表达式为：
[0072][0073]
其中，i
max
表示线路载流量，t
max
代表线路的最大允许运行温度，qc(t
max
)代表导体温度为t
max
时的对流散热量，qr(t
max
)为导体温度为t
max
时的辐射散热，qs代表每单位长度导体所吸收的太阳热量，r(t
max
)代表代为长度导体在t
max
下的电阻。
[0074]
通过上述计算线路载流量时间序列
[0075]
s103：基于各气象网格内导线载流量时间序列与整条线路的载流量之间的欧氏距离，从所有数值气象网格中确定出关键数值气象网格，以在关键数值气象网格内线路中间线档处布设动态增容设备为原则生成选址方案。
[0076]
在具体实施中，基于欧氏距离最小原则从所有数值气象网格中确定出关键数值气象网格。而且关键数值气象网格的数量与工作人员期望安装的动态增容设备数量相等。
[0077]
假设需要安装的动态增容设备数量为n，其中n为大于或等于1的正整数。设由线路沿线所有m个气象网格所构成的集合为o；关键气象网格集合为k，并将k初始化为空集，
[0078]
s1031：令γ＝k；将集合τ＝o-k内数值气象网格分别加入集合γ，并取集合γ中各数值气象网格对应时间序列向量同一位置处的最小值构成时间序列向量η，其中各元素计算式如下：
[0079]
ηh＝min(δ
1,h
,...,δ
u,h
),h＝1,...,h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0080]
其中，ηh为时间序列向量η中的第h个元素；δ1……
δu为集合γ中包含的u个气象网格内导线的载流量时间序列列向量；δ
1,h
为第1个列向量中第h个元素；h为时间序列向量包含元素的个数(时间序列维度)。
[0081]
s1032：计算时间序列η与整条线路载流量时间序列向量的欧氏距离：
[0082][0083]
其中，为时间序列向量中的第h个元素。
[0084]
s1033：将与时间序列欧氏距离最小的时间序列η对应的集合γ设定为关键数值气象网格集合k，即令k＝γ。
[0085]
s1034：若关键数值气象网格集合内包含的关键气象网格个数已达到n，则输出关键数值气象网格集合k作为最终结果，网格选取流程结束；否则返回步骤s1031，直到选出n个数值气象网格。
[0086]
s1035：考虑网格气象数值通常最能反映网格几何中心处的气象情况，因此选取n个气象网格中距离网格几何中心处最近的杆塔作为动态增容设备安装地点。
[0087]
实施例二
[0088]
如图3所示，本实施例提供了一种动态增容设备安装选址方案生成系统，其具体包括如下模块：
[0089]
历史数值气象数据获取模块201，其用于获取目标架空线路输电通道沿线且覆盖整条目标架空线路的所有数值气象网格中，且在设定历史时间段内的历史数值气象数据；
[0090]
目标架空线路载流量模块202，其用于基于历史数值气象预报数据，计算所有数值气象网格内导线在设定历史时间段内的载流量时间序列，并取各个载流量时间序列向量相
同位置的最小值构成整条目标架空线路的载流量时间序列向量；
[0091]
关键数值气象网格确定模块203，其用于基于各气象网格内导线载流量时间序列与整条线路的载流量之间的欧氏距离，从所有数值气象网格中确定出关键数值气象网格，以在关键数值气象网格内线路中间线档处布设动态增容设备为原则生成选址方案。
[0092]
其中，在所述关键数值气象网格确定模块203中，基于欧氏距离最小原则从所有数值气象网格中确定出关键数值气象网格。而且关键数值气象网格的数量与预计安装的动态增容设备数量相等。
[0093]
此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例一中的各个步骤一一对应，此处不再累述。
[0094]
实施例三
[0095]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的动态增容设备安装选址方案生成方法中的步骤。
[0096]
实施例四
[0097]
本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的动态增容设备安装选址方案生成方法中的步骤。
[0098]
本发明是参照本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0099]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。