徐 偉，鮑顏紅，周海鋒，湯 偉，劉路登，任先成，向小蓉

?

基于阻塞分析的輸電線路動(dòng)態(tài)增容

徐 偉1，鮑顏紅1，周海鋒1，湯 偉2，劉路登2，任先成1，向小蓉1

(1.南京南瑞集團(tuán)公司/國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 210003；2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司，安徽 合肥 230061)

為了確保輸電線路動(dòng)態(tài)增容后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，基于超短期預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)確定輸電能力的受限原因，通過計(jì)及動(dòng)態(tài)安全的阻塞管理分析識(shí)別阻塞關(guān)聯(lián)輸電線路。針對(duì)增容的線路和增容時(shí)段，根據(jù)氣象預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的允許載流量。對(duì)阻塞時(shí)間在一定范圍內(nèi)的待增容線路，考慮導(dǎo)線溫升暫態(tài)過程，進(jìn)行事故后導(dǎo)線允許載流量分析。并在此基礎(chǔ)上確定滿足安全穩(wěn)定約束的增容容量?；谏鲜龇桨搁_發(fā)了一種基于阻塞分析的輸電線路動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)。

輸電線路；動(dòng)態(tài)增容；動(dòng)態(tài)安全；阻塞管理；數(shù)值天氣預(yù)報(bào)

0 引言

現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定，根據(jù)設(shè)定的環(huán)境溫度、風(fēng)速、日照強(qiáng)度和導(dǎo)線的允許溫度計(jì)算導(dǎo)線允許載流量[1]。比較各國(guó)導(dǎo)線允許載流量計(jì)算的邊界條件(計(jì)算參數(shù)取值)，我國(guó)規(guī)定最為嚴(yán)格[2-3]。實(shí)際的氣象條件大多好于技術(shù)規(guī)定中的設(shè)定值，而同時(shí)出現(xiàn)惡劣氣象條件的概率更小。實(shí)際氣象條件下的導(dǎo)線允許載流量要比靜態(tài)計(jì)算得到的允許載流量高出許多。輸電線路動(dòng)態(tài)增容是在不突破技術(shù)規(guī)程的條件下，對(duì)導(dǎo)線狀態(tài)(導(dǎo)線溫度、張力、弧垂等)和氣象條件(風(fēng)速、日照、環(huán)境溫度等)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出導(dǎo)線的允許載流量[4-5]。理論分析和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，輸電線路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)可有效提高現(xiàn)有輸電線路的輸送容量[6-8]。

目前，輸電線路的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中尚未得到廣泛應(yīng)用，除了導(dǎo)線狀態(tài)和微氣象條件的實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)限制原因外，還存在如下因素：

1)?風(fēng)速、日照強(qiáng)度等微氣象條件和導(dǎo)線自身的運(yùn)行狀態(tài)均隨時(shí)間變化[9-10]，基于當(dāng)前量測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的允許載流量?jī)H能用于判斷線路當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)是否滿足熱穩(wěn)定的要求。若根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算的允許載流量對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行控制，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行或氣候條件惡化時(shí)，不可避免會(huì)出現(xiàn)輸電線路過載的情況[11]。

2)?除了當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)是否滿足熱穩(wěn)定的要求外，對(duì)于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還需要滿足規(guī)程規(guī)定的-1故障后運(yùn)行條件。因此，動(dòng)態(tài)增容技術(shù)需要與在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)[12-14]結(jié)合，在實(shí)時(shí)計(jì)算導(dǎo)線的允許載流量后，通過在線安全穩(wěn)定分析，判斷增容后系統(tǒng)能否保證-1故障后的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

實(shí)際上，系統(tǒng)運(yùn)行各個(gè)時(shí)刻的負(fù)荷水平不同，僅僅在負(fù)荷高峰時(shí)段部分輸電斷面阻塞，需要通過線路增容技術(shù)消除或緩解阻塞，避免限制用戶負(fù)荷。因此，動(dòng)態(tài)增容需要與輸電阻塞分析[15-17]結(jié)合，一方面可以針對(duì)特定的引起阻塞線路考慮增容，提高分析計(jì)算效率；另一方面，基于阻塞分析確定增容的容量和時(shí)段，可以利用輸電線路的短時(shí)過載能力進(jìn)一步提高輸電能力[18]，或者為系統(tǒng)的安全運(yùn)行保留一定的裕度。

本文將導(dǎo)線允許載流量的實(shí)時(shí)計(jì)算和在線安全穩(wěn)定分析結(jié)合，基于電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行方式和檢修計(jì)劃、發(fā)電計(jì)劃及負(fù)荷預(yù)測(cè)的超短期預(yù)測(cè)值，形成實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃方式并進(jìn)行安全穩(wěn)定分析；當(dāng)系統(tǒng)存在安全穩(wěn)定問題時(shí)，通過計(jì)及動(dòng)態(tài)安全的阻塞管理分析阻塞關(guān)聯(lián)輸電線路和輸電斷面，從而識(shí)別可能需要增容的線路和增容時(shí)段；基于導(dǎo)線狀態(tài)和微氣象條件的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值天氣預(yù)報(bào)信息，針對(duì)需要增容的線路計(jì)算未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的允許載流量，在此基礎(chǔ)上確定滿足安全穩(wěn)定約束的增容容量?；谏鲜龇桨搁_發(fā)出一種基于阻塞分析的輸電線路動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)。

1 ?計(jì)及運(yùn)行趨勢(shì)的在線阻塞分析

輸電線路動(dòng)態(tài)增容的需求在于通過提高線路的允許載流量而消除或緩解輸電阻塞，但根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算的允許載流量對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行控制，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行或氣候條件惡化時(shí)，不可避免會(huì)出現(xiàn)輸電線路過載的情況。此外，輸電阻塞一般發(fā)生在高峰負(fù)荷和特殊運(yùn)行方式下，通常持續(xù)的時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)。因此，完全按照長(zhǎng)期允許運(yùn)行條件決定的載流量無(wú)法充分利用線路的輸送容量。一種可行的解決方法是利用目前已經(jīng)具備條件的超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果、發(fā)電計(jì)劃和檢修計(jì)劃得到未來(lái)一段時(shí)間的系統(tǒng)方式，通過對(duì)當(dāng)前和超短期未來(lái)方式的分析計(jì)算得到輸電斷面或線路阻塞的程度和時(shí)間，基于此進(jìn)行允許載流量的分析計(jì)算。

調(diào)度計(jì)劃是智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，通常實(shí)時(shí)計(jì)劃每5?min 1個(gè)方式，包含12個(gè)方式并持續(xù)滾動(dòng)修正[19-20]，而每個(gè)方式下預(yù)想故障規(guī)模超過數(shù)百個(gè)。目前大規(guī)模集群并行計(jì)算技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析和調(diào)度計(jì)劃安全校核計(jì)算中[21]，可以利用并行計(jì)算平臺(tái)分析當(dāng)前和實(shí)時(shí)計(jì)劃方式下與動(dòng)態(tài)增容相關(guān)的熱穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定問題。

每個(gè)實(shí)時(shí)計(jì)劃方式的預(yù)想故障全集中包含了大量輕微故障，真正需要進(jìn)行仿真計(jì)算評(píng)估的嚴(yán)重故障并不多。為此，可以從預(yù)想故障全集中篩選出當(dāng)前時(shí)間斷面需要詳細(xì)計(jì)算的預(yù)想故障子集，以減小計(jì)劃校核的故障集規(guī)模。電力系統(tǒng)中某個(gè)預(yù)想故障的安全穩(wěn)定性與其運(yùn)行狀態(tài)緊密相關(guān)，文獻(xiàn)[22]基于在線安全穩(wěn)定分析斷面滾動(dòng)計(jì)算的特點(diǎn)，根據(jù)時(shí)間相近斷面的安全穩(wěn)定評(píng)估結(jié)果和電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化程度，從預(yù)想故障全集中篩選出當(dāng)前時(shí)間斷面需計(jì)算的預(yù)想故障子集。對(duì)篩選后的故障集進(jìn)行安全穩(wěn)定分析，可以快速識(shí)別出存在安全穩(wěn)定問題的輸電斷面和線路。

當(dāng)輸電能力受限于暫態(tài)穩(wěn)定時(shí)，需要降低斷面潮流。受限斷面潮流轉(zhuǎn)移到其他支路后，可能引起熱穩(wěn)定問題。若受限斷面的關(guān)聯(lián)支路可進(jìn)行動(dòng)態(tài)增容，則可以通過發(fā)電機(jī)出力調(diào)整提高暫態(tài)穩(wěn)定性，減少壓負(fù)荷量。特別是在區(qū)域電網(wǎng)通過特高壓線路相聯(lián)，當(dāng)特高壓斷面?zhèn)鬏敼β拾l(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，熱穩(wěn)定問題將成為可靠供電主要限制因素。如圖1所示，區(qū)域A向區(qū)域B送電，如果m斷面由于暫態(tài)穩(wěn)定限制無(wú)法輸送更多功率，則需要轉(zhuǎn)移部分輸送功率至n斷面。此時(shí)，n斷面受限于熱穩(wěn)定水平，無(wú)法承擔(dān)m斷面的潮流轉(zhuǎn)移量，需要對(duì)n斷面進(jìn)行動(dòng)態(tài)增容。

圖1 動(dòng)態(tài)增容解決暫態(tài)穩(wěn)定阻塞

熱穩(wěn)定問題也存在類似的情況。當(dāng)動(dòng)態(tài)增容不能完全解決熱穩(wěn)定原因?qū)е碌木€路阻塞時(shí)，必要時(shí)還需要增容輸電阻塞的關(guān)聯(lián)輸電線路。因此，需要識(shí)別輸電阻塞斷面和線路的關(guān)聯(lián)輸電線路，作為后續(xù)的可動(dòng)態(tài)增容線路。

通過求解如下計(jì)及動(dòng)態(tài)安全的阻塞管理模型識(shí)別阻塞關(guān)聯(lián)輸電線路。

目標(biāo)函數(shù)為發(fā)電機(jī)出力和負(fù)荷的調(diào)整費(fèi)用總和最小，如式(1)。

約束條件如下：

(1)?暫態(tài)穩(wěn)定約束條件

擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則(EEAC)通過識(shí)別受擾軌跡的主導(dǎo)模式，將多維軌跡的動(dòng)態(tài)特征通過互補(bǔ)群慣量中心相對(duì)運(yùn)動(dòng)變換，保留到主導(dǎo)映象上的時(shí)變單機(jī)系統(tǒng)的軌跡中，可以給出復(fù)雜多機(jī)系統(tǒng)的軌跡穩(wěn)定裕度。

阻塞管理數(shù)學(xué)模型中的暫態(tài)穩(wěn)定約束可表示成如式(2)形式。

(2)?熱穩(wěn)定約束條件

假設(shè)某一預(yù)想故障下系統(tǒng)中條考慮輸電阻塞約束的線路可表示為

(4)

(3)?其他約束條件

發(fā)電機(jī)出力和負(fù)荷功率調(diào)整的平衡約束為

式(5)中的輸電損耗考慮由平衡機(jī)補(bǔ)償。

發(fā)電機(jī)有功功率調(diào)節(jié)范圍約束為

將調(diào)整措施施加在原始方式上，計(jì)及所有線路電流的限值進(jìn)行預(yù)想故障下的熱穩(wěn)定評(píng)估，將新出現(xiàn)的越限或接近越限(如負(fù)載率大于90%)的線路識(shí)別為阻塞關(guān)聯(lián)輸電線路。

考慮到實(shí)時(shí)計(jì)劃方式下各個(gè)時(shí)段機(jī)組爬坡速率的限制，在上述阻塞管理模型增加如式(7)機(jī)組出力調(diào)整約束。

求解得到多個(gè)方式下的熱穩(wěn)定阻塞線路和關(guān)聯(lián)線路后，即可得到實(shí)時(shí)計(jì)劃方式下待增容線路及其增容時(shí)段。

2 ?導(dǎo)線允許載流量計(jì)算

目前，導(dǎo)線允許載流量計(jì)算方案主要有這樣幾種：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電線路周圍的氣象條件(包括環(huán)境溫度、風(fēng)速和日照強(qiáng)度等)，采用摩爾公式計(jì)算線路的熱容量；直接測(cè)量輸電線路的溫度，并結(jié)合線路周圍的氣象條件和線路的負(fù)載電流，計(jì)算線路可提高的熱容量；測(cè)量線路的張力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合張力/導(dǎo)線溫度關(guān)系，推算得導(dǎo)線的平均溫度，結(jié)合負(fù)載電流計(jì)算線路熱容量。

2.1 計(jì)劃方式的導(dǎo)線允許載流量

采用所在省氣象局提供的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)結(jié)果，其中中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式輸出經(jīng)過降尺度處理后的結(jié)果，包括地面風(fēng)、氣溫、濕度、云量及累積雨量的時(shí)間序列預(yù)報(bào)。數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率為15?min，降尺度后的結(jié)果為4 km×4 km的水平分辨率。

可以采用兩種方法進(jìn)行計(jì)劃方式的導(dǎo)線允許載流量預(yù)測(cè)：

(1)??根據(jù)裝設(shè)在輸電線路桿塔上的多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端采集到的導(dǎo)線狀態(tài)和微氣象條件的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)導(dǎo)線的允許載流量實(shí)時(shí)分析。根據(jù)每段導(dǎo)線的歷史微氣象測(cè)量數(shù)據(jù)和同期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)建立線性回歸關(guān)系[4]。在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)已經(jīng)建立好的回歸關(guān)系推算每段導(dǎo)線的允許載流量。數(shù)值預(yù)報(bào)模式模擬出的微氣象條件與實(shí)際情況相比可能偏高或者偏低，采用線性回歸方法能夠修正這種系統(tǒng)偏差。

(2)??采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[25]進(jìn)行計(jì)劃方式的導(dǎo)線允許載流量預(yù)測(cè)。輸入層包含天氣預(yù)報(bào)風(fēng)速、氣溫、云量等以及歷史天氣預(yù)報(bào)和允許載流量信息，輸出層為計(jì)劃方式的導(dǎo)線允許載流量。單純采用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)作為輸入，預(yù)測(cè)模型對(duì)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)自身誤差沒有很強(qiáng)的糾正能力。將歷史數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和允許載流量共同作為網(wǎng)絡(luò)輸入，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)誤差導(dǎo)致的預(yù)測(cè)誤差就可以通過其他輸入端的歷史數(shù)據(jù)得到一定的糾正，從而提高預(yù)測(cè)精度。

2.2 事故后的導(dǎo)線允許載流量

規(guī)程計(jì)算的導(dǎo)線允許載流量沒有考慮導(dǎo)線溫升的暫態(tài)過程。實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)表明，在環(huán)境參數(shù)取規(guī)程規(guī)定的邊界條件值，通過導(dǎo)線的電流由載流量限額一半突變?yōu)槿~(模擬?1事故)，導(dǎo)線達(dá)到其工作允許溫度有較長(zhǎng)的時(shí)間[6]?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)也證實(shí)了上述結(jié)論[26-27]。

在電網(wǎng)?1運(yùn)行方式下，導(dǎo)線溫升暫態(tài)過程的時(shí)間特性，可以在確保電網(wǎng)安全的前提下，提高輸電線路的載流量。

根據(jù)IEEE 738標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)線溫度滿足如式(8)暫態(tài)熱平衡方程[28]。

架空輸電線路的時(shí)間常數(shù)一般為10~30?min，考慮30?min為運(yùn)行部門處理事故相對(duì)充裕時(shí)間，一般情況下導(dǎo)線溫升的最大時(shí)間不超過30?min。

在輸電線路阻塞時(shí)段內(nèi)，考慮到運(yùn)行方式和線路的微氣象條件均會(huì)發(fā)生變化，因此，式(8)中的均為變化值。從簡(jiǎn)化分析角度考慮，可以將其值取為阻塞時(shí)段內(nèi)的最惡劣值并保持不變。

顯然，如果輸電線路阻塞時(shí)間在一定范圍內(nèi)，通過考慮導(dǎo)線溫升暫態(tài)過程的事故后導(dǎo)線允許載流量分析計(jì)算可以進(jìn)一步提高輸電能力。

3 ?滿足安全穩(wěn)定約束的增容容量計(jì)算

3.1 增容容量

得到當(dāng)前和計(jì)劃方式的長(zhǎng)期運(yùn)行以及事故后導(dǎo)線允許載流量后，即可進(jìn)行滿足安全穩(wěn)定約束的增容容量計(jì)算。

采用更新后的允許載流量判斷當(dāng)前和計(jì)劃方式下所有過載線路是否依然存在熱穩(wěn)定問題，同時(shí)考慮原來(lái)是否有暫態(tài)穩(wěn)定問題的故障，且受限斷面潮流轉(zhuǎn)移到其他支路后引起熱穩(wěn)定問題。如均沒有問題，即可終止分析，判斷動(dòng)態(tài)增容后不存在安全穩(wěn)定問題。否則，需要進(jìn)行滿足安全穩(wěn)定約束的增容容量計(jì)算。

依然通過求解式(1)至式(7)組成的阻塞管理模型獲得阻塞管理調(diào)整方案和增容容量，式(3)中的熱穩(wěn)定約束條件需要更新為增容后的值。由于之前已經(jīng)獲得了滿足暫態(tài)功角穩(wěn)定要求的調(diào)整方案，此時(shí)只需接受暫態(tài)功角穩(wěn)定調(diào)整方案，之后將暫態(tài)功角穩(wěn)定參與因子信息作為安全穩(wěn)定約束，而不再需要重新進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算，僅僅求解滿足靜態(tài)安全要求的阻塞管理方案即可滿足要求。

通過求解阻塞管理模型得到滿足安全穩(wěn)定約束的調(diào)整方案，獲得輸電線路或者聯(lián)絡(luò)線斷面最大輸電能力?；诙鄠€(gè)超短期方式的計(jì)算結(jié)果得到輸電線路動(dòng)態(tài)增容時(shí)段。

3.2 調(diào)度操作

基于在線安全穩(wěn)定分析的滿足安全穩(wěn)定約束阻塞管理和增容容量計(jì)算在調(diào)度控制中心不斷滾動(dòng)進(jìn)行，基于分析計(jì)算結(jié)果，調(diào)度操作人員可以采取以下措施：

(1)??當(dāng)前方式分析計(jì)算不存在安全穩(wěn)定問題，但預(yù)測(cè)即將可能出現(xiàn)安全穩(wěn)定問題，此時(shí)調(diào)度運(yùn)行人員需要密切關(guān)注運(yùn)行情況，必要時(shí)采取預(yù)控措施；

(2)??當(dāng)前方式已經(jīng)存在安全穩(wěn)定問題，但隨著發(fā)電負(fù)荷和氣象條件的變化安全穩(wěn)定問題得到緩解，調(diào)度運(yùn)行人員可以暫不采取控制措施，等待后續(xù)的分析計(jì)算結(jié)果；

(3)?判斷當(dāng)前方式的安全穩(wěn)定問題不會(huì)緩解甚至還有可能加劇，則調(diào)度操作人員需要立即采取措施，必要時(shí)需要計(jì)及未來(lái)趨勢(shì)采取更為嚴(yán)厲的控制措施。

4 ?應(yīng)用實(shí)例

基于本文方案開發(fā)了基于阻塞分析的安徽電網(wǎng)輸電線路動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)。

該系統(tǒng)基于智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)(D5000)建設(shè)，共配置2臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器，負(fù)責(zé)與外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果匯總分析。采用16臺(tái)計(jì)算服務(wù)器組成安全穩(wěn)定分析計(jì)算集群，負(fù)責(zé)超短期計(jì)劃方式安全穩(wěn)定滾動(dòng)校核、阻塞分析、允許載流量計(jì)算和增容容量計(jì)算。電網(wǎng)規(guī)模如下：母線數(shù)754，發(fā)電機(jī)數(shù)114，負(fù)荷數(shù)525，變壓器數(shù)225，線路數(shù)644。故障動(dòng)態(tài)篩選后每個(gè)超短期計(jì)劃方式考核故障數(shù)約為10個(gè)。系統(tǒng)能夠在30?s內(nèi)完成12個(gè)超短期計(jì)劃方式數(shù)據(jù)生成，60 s內(nèi)完成超短期計(jì)劃方式的阻塞分析，3?min內(nèi)完成動(dòng)態(tài)增容曲線的刷新。

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括數(shù)據(jù)處理、阻塞分析計(jì)算、導(dǎo)線載流量計(jì)算和增容容量分析計(jì)算等模塊。

圖2 輸電線路動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)功能框架

以220 kV谷南線預(yù)想故障后的阻塞問題為例進(jìn)行分析，局部電網(wǎng)地理接線如圖3所示。

圖3 局部電網(wǎng)地理接線圖

局部電網(wǎng)中匯源電廠送出通道主要由220?kV沱河-姬村雙回線和谷嶺-南坪?jiǎn)位鼐€組成，其中，220?kV谷嶺-南坪?jiǎn)位鼐€的允許載流量成為制約電廠送出能力的瓶頸。當(dāng)匯源電廠外送較大時(shí)，沱河-姬村雙回線故障后，谷嶺-南坪線路面臨嚴(yán)重的過載問題。

4.1 阻塞時(shí)段評(píng)估

選取2015年4月17日8:30分的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行阻塞分析。基于電網(wǎng)實(shí)際發(fā)電計(jì)劃和負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)生成的超短期計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，在8:50~9:20時(shí)段內(nèi)，沱河-姬村雙回線開斷后，谷南單回線均存在過載問題，即阻塞時(shí)段為30?min。阻塞管理分析結(jié)果表明不存在阻塞關(guān)聯(lián)的輸電線路。谷南線增容前長(zhǎng)期允許載流量為600 A，事故后允許載流量720 A。

4.2 微氣象信息接入和預(yù)測(cè)

為了實(shí)施220 kV谷南線的動(dòng)態(tài)增容，在谷嶺變側(cè)安裝了微氣象和導(dǎo)線溫度量測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線溫度和風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、日照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)量測(cè)，采用北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集技術(shù)，并基于電力IEC104通信規(guī)約實(shí)現(xiàn)了與D5000系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警類應(yīng)用的信息交互。

此外，D5000系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警類應(yīng)用已接入超短期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)信息，可以提供刷新周期為15 min超短期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)信息，包括風(fēng)速、氣溫、云量等的時(shí)間序列預(yù)報(bào)信息。

基于實(shí)時(shí)和歷史微氣象信息量測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合歷史天氣預(yù)報(bào)和超短期天氣預(yù)報(bào)信息，進(jìn)行超短期微氣象的預(yù)測(cè)，在此基礎(chǔ)上，基于微氣象變量的預(yù)測(cè)值計(jì)算導(dǎo)線允許載流量的預(yù)測(cè)值。

2015年4月17日8:30分實(shí)測(cè)微氣象數(shù)據(jù)中風(fēng)速為2.2 m/s，環(huán)境溫度為13.0℃，日照強(qiáng)度143.73 W/m2。預(yù)測(cè)所得到的1 h以內(nèi)的微氣象值如表1所示。

表1 導(dǎo)線微氣象預(yù)測(cè)信息

4.3 允許載流量計(jì)算

谷南線電壓等級(jí)為220?kV，型號(hào)為L(zhǎng)GJ400/35，外徑為0.026??m，表面輻射系數(shù)為0.9，表面吸熱系數(shù)為0.9，集膚系數(shù)為0.002?5，溫度為20℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)為0.003?6，溫度為20℃時(shí)的直流電阻為7.39×10-5Ω/m，單位長(zhǎng)度質(zhì)量為1.355 kg/m，綜合比熱容為794.8??J/(kg·℃)。2015年4月17日8:30分實(shí)測(cè)微氣象數(shù)據(jù)中風(fēng)速為2.2??m/s，環(huán)境溫度為13.0?℃，日照強(qiáng)度143.73?W/m2。

按導(dǎo)線最高允許溫度不超過70℃，基于預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)線允許載流量計(jì)算，以阻塞時(shí)段內(nèi)氣象條件較惡劣的9:20分預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為例，通過暫態(tài)熱平衡方程求得導(dǎo)線長(zhǎng)期允許載流量為890??A，30??min時(shí)段內(nèi)不越過70℃暫態(tài)最大載流量為940?A。

4.4 增容后阻塞管理

對(duì)于阻塞時(shí)段內(nèi)的9:20分計(jì)劃方式，按最大允許載流量940?A，增容后的谷南線仍存在熱穩(wěn)定問題，需要進(jìn)一步計(jì)算預(yù)想故障下滿足過載安全要求的阻塞管理方案。表2給出了滿足過載安全要求的阻塞管理方案，關(guān)鍵元件谷南線故障后電流為1?298.85?A，過載安全裕度為-80.40%，調(diào)整后裕度為2.02%，谷南線的故障后電流為921.0?A。

表2 阻塞管理方案

5 ?結(jié)論

目前，輸電線路的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)更多關(guān)注導(dǎo)線狀態(tài)和微氣象條件的實(shí)時(shí)測(cè)量，尚未全面和綜合考慮系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。本文基于在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)和超短期預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，提出了一種基于阻塞分析的輸電線路動(dòng)態(tài)增容方案，可以滿足實(shí)際工程運(yùn)行的要求。

后續(xù)的研究工作包括考慮不確定因素的動(dòng)態(tài)增容風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和防控技術(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

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(編輯 魏小麗)

Transmission line dynamic capacity-increase based on congestion analysis

XU Wei1, BAO Yanhong1, ZHOU Haifeng1, TANG Wei2, LIU Ludeng2, REN Xiancheng1, XIANG Xiaorong1

(1. NARI Group Corporation/State Grid Electric Power Research Institute, Nanjing 210003, China; 2. State Grid Anhui Electric Power Company, Hefei 230061, China)

To ensure the security and stability of the power grid after implementing dynamic capacity-increase for overhead transmission line, a new dynamic capacity-increase method based on congestion management analysis is proposed. The reasons for transmission capability restriction are clarified based on ultra-short-term forecasting data, and the key transmission lines are identified by congestion management analysis considering dynamic security constraints. According to the congested transmission lines and capacity-increase periods, the permissive current-carrying capacity in a future period is calculated based on weather forecasting data. The transient process of temperature rising is considered in the post-fault permissive current-carrying capacity calculation for the lines whose congestion time is within certain range. On this basis, the amount of capacity-increase is determined to meet the stability and security constraints. Based on the above scheme, a dynamic capacity-increase system for overhead transmission line is developed.

transmission line; dynamic capacity-increase; dynamic security; congestion management; numerical weather forecasting

10.7667/PSPC150802

國(guó)家電網(wǎng)公司資助項(xiàng)目“輸電線路在線動(dòng)態(tài)增容技術(shù)研究與應(yīng)用”及“計(jì)及電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的輸變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與運(yùn)維管理決策技術(shù)研究與應(yīng)用”

2015-05-12；

2015-07-21

徐 偉(1982-)，男，通信作者，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定分析與控制；E-mail: xu-wei@sgepri.sgcc.com.cn 鮑顏紅(1971-)，男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定分析與控制；E-mail: baoyanhong@ sgepri.sgcc.com.cn 周海鋒(1983-)，男，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定分析與控制。E-mail: zhouhaifeng@sgepri.sgcc. com.cn