基于长期气象历史观测数据的地线取能等值参数统计特性计算方法

本发明属于电气设备在线监测，具体涉及一种基于长期气象历史观测数据的地线取能等值参数统计特性计算方法。

背景技术：

1、作为架空输电线路一种应用前景广泛的新型在线监测装置供电方式，地线取能已成为近年来的研究热点。地线取能主要有分段绝缘、单点接地地线和全绝缘地线两种方式。分段绝缘、单点接地的地线主要利用相导线产生交变磁场激发的涡旋感应电势进行取能，其取能功率由负荷电流大小决定。当负荷电流较小时，取能功率也随之变低，难以适用于大规模在线监测装置和智能巡检装备的场合。近年来，为实现地线融冰和节能的目的，在保证线路防雷性能基本不受影响的前提下，许多地区对分段绝缘地线进行全绝缘化改造。全绝缘地线根据静电感应和调谐原理可以实现从地线中回收能量，具有输出功率大、稳定性优异、受负荷电流影响小等优点，是输电线路大规模在线监测装置和智能巡检装备稳定大功率电能供应难题的理想解决方案。

2、在实际运行环境中，输电线路所处环境的气象环境参数始终处于变化状态，特别是环境温度和风速两种气象条件，在其值在数秒内便可能产生显著变化，且季节性明显，具有极强的时空尺度波动特性。而气象参数的变化往往引起导线温度、应力以及弧垂的变化，从而对取能等值回路中两个关键参数(感应电压和等值电容)产生影响。切合实际地考虑气象因素的随机性对取能等值回路参数的影响，是整个取能系统的研究基础；通过对线路走廊气象参数长期历史观测数据的挖掘，分析地线取能等值回路参数的统计特性，掌握其时空演变规律是必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术的空白和不足，本发明的目的在于提供一种基于长期气象观测历史数据的取能等值参数计算方法，包括：1、选取拟开展地线取能的输电线路段；2、获取该取能线路段的相关结构参数和负荷电流，以及该取能线路段附近气象站点的历史气象观测数据，保证数据准确、多样；3、将负荷电流和气象数据代入稳态热平衡方程，计算得到导线温度；4、将导线温度和结构参数代入线路状态方程，计算得到导线应力；5、将导线应力代入悬链线方程，计算得到取能线路段各点的位置函数；6、根据取能线路段各点的位置函数，采用多导体系统等值模型计算该地线取能系统的等值参数；7、根据长期气象历史观测数据计算得到地线取能等值参数的历史数据，获得等值参数的统计特性。

2、该方法可以高效、准确、切合实际地考虑气象因素的随机性对取能等值回路参数的影响，通过对线路走廊气象参数长期历史观测数据的挖掘，分析地线取能等值回路参数的统计特性，掌握其时空演变规律，为架空地线调谐取能策略和参数的制定提供参考。

3、本发明解决其技术问题具体采用的技术方案是：

4、一种基于长期气象历史观测数据的地线取能等值参数统计特性计算方法，其特征在于：

5、步骤1：选取拟开展地线取能的输电线路段；

6、步骤2：获取取能线路段的相关结构参数和负荷电流，以及取能线路段附近气象站点的历史气象观测数据；

7、步骤3：将步骤2获得的负荷电流和气象数据代入稳态热平衡方程，计算得到导线温度；

8、步骤4：将步骤2和步骤3获得的导线温度和结构参数代入线路状态方程，计算得到导线应力；

9、步骤5：将步骤4获得的导线应力代入悬链线方程，计算得到取能线路段各点的位置函数；

10、步骤6：根据步骤5获得的取能线路段各点的位置函数，采用多导体系统等值模型计算地线取能系统的等值参数；

11、步骤7：根据长期气象历史观测数据计算得到地线取能等值参数的历史数据，获得等值参数统计特性。

12、进一步地，所述取能等值参数包括地线静电感应电压ug和取能回路等值电容ceq。

13、进一步地，所述取能线路段的相关结构参数包括电压等级、杆塔形式、导线排列方式、各线路间距、档距、弧垂。

14、进一步地，所述取能线路段附近气象站点的历史气象观测数据包括气温、风速、覆冰、热辐射。

15、进一步地，所述稳态热平衡方程为：

16、i2r(tc)+qs＝qc+qr

17、式中：qs代表日照吸热，qc代表对流散热，qr代表辐射散热，tc为导线表面温度，i是负荷电流，r(tc)是导线温度为tc时的电阻；

18、其中，日照吸热为：

19、qs＝αdssinθ

20、式中：s为日照辐射强度；α为吸热系数，是一个常数；d为导线线径；θ为线路所处位置太阳的入射角度；

21、其中，对流散热为：

22、qc＝0.57πλfθre0.485

23、式中：λf表征导体附近空气传热系数；re为雷诺系数，是一个常数；

24、其中，辐射散热为：

25、qr＝πεdσ[(tc+273)4-(ta+273)4]

26、式中：ε为辐射系数；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；tc和ta分别为导线表面温度和环境温度。

27、进一步地，所述线路状态方程为：

28、

29、式中：σm，γm和tm分别表示已知环境参数或者线路结构参数的水平应力、比载和导线温度；e表示导线的弹性系数；σ0，γ0和t0分别表示待求条件的导线应力、比载和温度；l是档距，β代表档距高差角。

30、进一步地，所述悬链线方程为：

31、

32、式中：l代表档距，h代表两悬挂点的高度之差，y代表线路各点纵坐标的绝对值，loa代表线路最低点到a点的水平距离；σ0代表线路各点所处环境条件对应的水平应力，单位n/mm2；γ代表电线比载，单位为10-3n/mm2·m；ch表示双曲余弦函数；sh表示双曲正弦函数；x,y分别代表线路各点横、纵坐标的绝对值。

33、进一步地，取能等值参数计算过程为：先根据多导体系统模型和戴维南定理构建地线取能等值模型，然后采用以下公式进行静电感应电压ug和取能回路等值电容ceq计算：

34、

35、式中：u1、u2为地线感应电压，取能时ug＝u1，u2＝0；p1a、p1b、p1c、p2a、p2b、p2c为相导线与地线之间的电位系数矩阵；paa、pab、pac、pba、pbb、pbc、pca、pcb、pcc为相导线的电位系数矩阵；其中，将相线短路接地，即ua＝ub＝uc＝0，计算得到取能回路等值电容ceq；其中，c10为取能地线对地电容，c12为地线间互电容，c1a、c1b、c1c为取能地线与相导线间互电容。

36、进一步地，所述等值参数统计特性，指采用概率统计方法，分析得到取能等值参数感应电压与等值电容值的算数平均值μ、标准差σ、95％置信区间。

37、相比于现有技术，本发明及其优选方案具有以下有益效果：

38、1、分析了气象参数随机性架空输电线路地线取能等值回路参数的影响规律。

39、2、综合了多种取能等值回路参数的影响因素，避免了单一因素计算结果的片面性。

40、3、充分考虑了输电线路走廊气象环境参数对取能等值参数的影响，通过对线路走廊气象参数长期历史观测数据的挖掘，获得了取能等值参数的统计特性，为研究动态调谐取能提供了前提条件。