[发明专利]一种外送风电输电线路热定值方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种外送风电输电线路热定值方法。

背景技术

近年来，风力发电因具有资源分布广、技术成熟，建设周期短等优势得到了快速发展，电网建设相对缓慢，输电能力不足已成为制约电网接纳风电的重要因素之一。

热限制是输电元件载荷能力的本质，各国行业标准均给出输电线路(钢芯铝绞线)长期连续运行最大允许温度(MaximumPermissibleTemperature，MPT)参考值作为热定值计算依据(如我国给出的MPT参考值为70℃、法国为85℃，日本为90℃等)。在给定MPT的基础上，目前工程中广泛使用的静态热定值(StaticThermalRating，STR)和动态热定值(DynamicThermalRating，DTR)则是分别在保守气象条件假设和实测气象参数下，通过导体热平衡方程计算最大允许热电流，从而实现在工程中以电气量表征热限制。

然而，MPT是在综合考虑温度对导线及其配套金具寿命影响基础上确定的长期(需上万小时)可持续运行温度，设定存在保守性，体现在：

(1)输电线路导线寿命损失是其抗拉强度损失长期累积的结果，而导线抗拉强度损失不仅与其运行温度有关(如铝导体在65℃以下的退火效应并不明显，钢的退火温度则在200℃以上)还与高温的持续时间相关，温度短时超过MPT未必会影响导体的期望使用寿命(如30年)，而MPT的设定并未考虑不同输电线路温度变化规律对导体抗拉强度损失累积过程的影响。

(2)由于输电线路配套金具在使用材料的耐热性及散热面积方面均优于铝导体，因此在接触良好的情况下输电线路金具的运行温度约为导体温度的50％，且试验表明金具在80℃时对导线的握力基本没有影响，甚至在导线温度达到200℃时也可保证安全运行，而通常导线难以达到如此高温，因此在金具接触良好情况下可忽略导线高温运行对其的影响。

针对MPT设定导致热定值结果保守性的问题，我国经过试验论证已在华东等地电网将部分关键输电线路MPT提升至80℃，美国则在长期连续允许运行温度(100℃)的基础上还规定有短期(115℃，3小时)和紧急情况下更短时间内的允许运行温度(125℃，15分钟)以提升输电线路在短时潮流波动及紧急情况下的使用效率。

对外送风电输电线路，其载流和温度均有较强的波动性，使得导体抗拉强度损失的累积过程也具有波动性，此时传统以设定MPT计算热定值的保守性问题就更为凸显，若能直接考虑输电线路导线温度与抗拉强度损失之间的关系，并兼顾输电线路运行的弧垂限制，实现满足输电线路安全净距及使用年限需求的热定值计算，则必然能够改善传统热定值的保守性，增强电网接纳风电能力。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种外送风电输电线路热定值方法，本方法抓住输电线路热载荷能力本质，在解析温度与导线抗拉强度损失及弧垂关系的基础上，以弃风损失最小为目标，同时考虑输电线路对地净距及使用年限需求，引入输电线路累积抗拉强度损失率及弧垂约束，构建外送风电输电线路热定值决策模型，对高效利用外送风电输电线路载荷能力，实现节能减排具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种外送风电输电线路热定值方法，包括以下步骤：

以输电线路期望使用寿命时间内，由于输电线路热定值限制造成的总弃风功率为目标函数，以导体热平衡、输电线路抗拉强度损失及安全净距限制为约束，构建输电线路热定值的最优决策模型，对该模型采用启发式求解：首先确定保守气象环境假设下的输电线路的静态热定值作为热定值决策量的初值，然后结合风功率、气象环境的实测或假设概率分布下的抽样数据，模拟输电线路期望使用寿命期间内的输电线路温度、抗拉强度损失及弧垂，若出现抗拉强度损失或弧垂越限的情况则说明热定值偏高，此时以一定步长减小热定值后更新热定值初值并重复上述模拟过程；若未出现抗拉强度损失或弧垂越限的情况则需进一步判断目标函数是否为零，若是则输出热定值作为结果，若否则以设定步长增大热定值后更新初值并重复模拟过程，直至抗拉强度损失或弧垂达到限值，或目标函数为零，输出待决策量的决策结果。

进一步的，所述导体热平衡约束条件为：在热稳态条件下输电线路温度与载流及气象环境之间关系的数学表达。

所述输电线路抗拉强度损失约束条件为：在期望寿命期内输电线路累积抗拉强度损失率小于等于设定允许值。

所述安全净距限制约束条件为：任意时间内，输电线路所处温度下的导线弧垂与输电线路长期连续运行最大允许温度的导线弧垂的差值小于等于输电线路设计时所预留的弧垂裕度。