[发明专利]电力线热模型的参数估计

说明书

技术领域

本发明涉及电力输送线的运行。本发明从如权利要求1的前序部分中所描述的估计电力线热模型的模型参数的方法出发。

背景技术

由于电力工业反调节和电力市场的自由化，边远地区之间交换的电力的量和不同国家之间的商业活动的量稳定增加。此外，由于新兴的对资产优化的需求，通过现有网络传输的电力量显著增加，所以偶尔导致输电系统的部分的拥塞、输送瓶颈和/或振荡。尤其是，热约束限制了对不同区域进行互连的关键的功率流路径或输电通道中的功率通量。热约束的主要原因是由严重过载以及导体长度随着电力线导体的温度的增加而引起的导体的退火和/或对导体的永久性损伤。导体长度随着电力线导体的温度的增加由于线路垂度和可能对附近树木或其它线路导体的跳火会导致不合要求的离地净高，结果随后由保护系统跳闸。

因此，大量征兆或影响涉及升高的线路温度，并且因此的确对特定电力输送线的最大允许温度有影响。其中前序的大量征兆或影响使导体和连接器的机械性能退化(机械强度和完整性损失以及加速部件老化)、导体垂度增加、电阻性损耗增加和对附装到导体的设备或装置(例如，用于电力线通信)有潜在损害。

各个网络所有者或独立的输送系统运营商(TSO)选择最大允许的导体温度和最坏情况的天气条件用于计算线路额定值。特定的架空电力线的运行温度通常在50℃与100℃之间变化。

由于不能直接测量线路温度，因此有时基于最坏情况的情景假设导出关于最大允许功率传输或最大允许电流的可替选的极限。此极限通常被称为线路的“载流量”。需要做出的附加假设是主观的，和/或关于功率传输或电流得到的热极限根据特定情况做出。同样，由于它们基于最坏情况情景，所以它们通常不一定是稳妥的。因而，优选为对温度而非功率传输或电流的热极限进行直接监控，迫使在运行期间对线路温度进行在线测量以评估输电线承受负载是接近其运行温度极限还是未接近。

已提出许多技术并且若干产品可用来测量或推断电力线导体在运行期间的温度。这些技术包括红外摄像机的使用、机械张力测量、直接垂度测量、气象预测方法或相量测量数据的使用。

可使用红外摄像机来拍摄电力线的数字图像，随后在信号处理步骤中分析数字图像的颜色信息以便得出导体的温度。此技术可对先验已知的特定热点的温度进行监控。

与太阳辐射和环境温度测量结合的塔架与绝缘体之间的机械张力测量基于如下事实：线路导体的张力近似地与其长度成反比。根据导体的张力与长度之间的关系，可推断单跨的线路垂度和导体温度。同样，线路垂度监控器通过例如GPS(全球定位系统)或激光测量技术直接测量单跨的线路垂度。

已提出气象预测方法和基于IEEE 738-1993“用于计算裸露架空导体的电流-温度的标准(Standard for Calculating theCurrent-Temperature of Bare Overhead Conductors)”的产品来对线路载流量与各种运行和环境特性之间的相关性模型化。这些方法涉及大量的气象测量，例如气温、风速、风与导体之间的角度以及海拔。这样，标准IEEE 738-1993详细说明了如下计算程序，该计算程序可用于仅根据气象测量值即无需回到对线路温度的独立测量来估计稳态导体温度。该标准基于纯静态模型，该纯静态模型并未说明线路温度的时间相关特性，并且由于必须假设许多输入参数数据且需要详细的气象数据，所以难以对该纯静态模型进行调谐。

最后，专利申请EP 1324454描述了一种通过所计算的串联电阻根据在线相量测量值来确定实际平均导体温度的方法。平均线路温度很大程度上独立于关于任何线路参数(例如线路导体的电感、电抗或电纳)的假设。该方法包括如下步骤：确定线路的第一端和第二端的标有时间戳的电流相量信息和电压相量信息；根据相量信息计算线路的欧姆电阻；以及根据欧姆电阻计算平均线路温度。

从多个同步相量测量值或在电力系统或输电网上收集的快照可获得电力系统在特定时间点的状态或情况。相量是局部电气量(例如电流、电压和负载流量)的标有时间戳的复值，例如振幅和相位，并且可通过相量测量单元(PMU)来提供。这些单元涉及非常精确的全球时间基准，该全球时间基准例如通过使用全球定位卫星(GPS)系统或任何其它类似装置获得并且允许对来自不同位置的标有时间戳的值进行同步。在小于1毫秒的时间分辩率的情况下以20Hz至60Hz的速率对相量进行取样，并且因此可提供瞬态的颇为动态的视图，该视图超出标量值(例如例如电压或电流的RMS值)所提供的并且为SCADA/EMS系统所依赖的颇为静态的视图。