團(tuán)隊(duì)介紹

王艷玲

王艷玲，講師，碩士生導(dǎo)師，主要從事輸電元件載流定值、電網(wǎng)輸電能力、電力系統(tǒng)可靠性分析，地磁感應(yīng)電流等研究；作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)、主持山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金項(xiàng)目1項(xiàng)；在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上作為第一作者或通訊作者，發(fā)表被SCI/EI收錄的學(xué)術(shù)論文20余篇。

莫洋

莫洋，碩士研究生，主要從事輸電元件運(yùn)行環(huán)境及輸電能力研究。

導(dǎo)語(yǔ)

架空線(xiàn)路沿線(xiàn)氣象數(shù)據(jù)在時(shí)空分布上有著顯著的變化，這對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生重要影響。本文建立了計(jì)及氣象數(shù)據(jù)時(shí)空分布的系統(tǒng)潮流模型和分解協(xié)調(diào)的求解算法。通過(guò)潮流計(jì)算及電網(wǎng)傳輸能力分析，表明架空線(xiàn)路導(dǎo)體溫度有顯著的時(shí)空變化特征，考慮氣象參數(shù)的時(shí)空分布特性可有效提高電網(wǎng)狀態(tài)分析的準(zhǔn)確性。

研究背景

在電力系統(tǒng)分析中，架空輸電線(xiàn)路往往采用單段集中參數(shù)模型。在該模型下，假設(shè)輸電線(xiàn)路沿線(xiàn)電流密度和材料特性是均勻的，并忽略線(xiàn)路沿線(xiàn)氣象數(shù)據(jù)時(shí)空變化導(dǎo)致的導(dǎo)體溫度的變化，輸電線(xiàn)路參數(shù)通常采用導(dǎo)體溫度為20℃時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻和電抗值。

實(shí)際上沿線(xiàn)氣象數(shù)據(jù)具有顯著的時(shí)空變化特性，導(dǎo)致導(dǎo)體溫度往往異于20℃。架空輸電線(xiàn)路是電網(wǎng)的主要構(gòu)成要素，線(xiàn)路參數(shù)的變化必將影響系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

架空輸電線(xiàn)路沿線(xiàn)氣象數(shù)據(jù)，一方面可通過(guò)實(shí)地測(cè)量直接得到，另一方面可通過(guò)我國(guó)氣象部門(mén)發(fā)布的各種氣象數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品得到。相關(guān)文獻(xiàn)指出，通過(guò)對(duì)同一地區(qū)多年氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析可知，最高環(huán)境溫度為42.0℃，最低環(huán)境溫度為-13.5℃，年最大溫差達(dá)到了48.9℃，風(fēng)速的最大值為22.7m/s，氣象參數(shù)具有顯著的季節(jié)性，尤其是周?chē)h(huán)境溫度。

另外，在局部地區(qū)寒潮的影響下，長(zhǎng)度240km的架空輸電線(xiàn)路首末端環(huán)境溫度差值達(dá)到了20℃，沿線(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的空間變化特性也是顯著的。架空線(xiàn)路導(dǎo)體溫度決定于所處的氣象環(huán)境及其載流值。

實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下由于沿線(xiàn)氣象參數(shù)較強(qiáng)的時(shí)空變化特征，導(dǎo)體溫度也呈現(xiàn)出顯著的變化，導(dǎo)體溫度的空間變化必然導(dǎo)致線(xiàn)路電阻和電抗參數(shù)沿線(xiàn)的非均一性，影響系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

論文所解決的問(wèn)題及意義

本文首先對(duì)實(shí)際架空線(xiàn)路沿線(xiàn)氣象數(shù)據(jù)和導(dǎo)體溫度的時(shí)空分布進(jìn)行了量化分析，表明了實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下沿線(xiàn)氣象參數(shù)有較強(qiáng)的時(shí)空變化特征，導(dǎo)體溫度也呈現(xiàn)出顯著的變化。

在此基礎(chǔ)之上，構(gòu)建了考慮氣象時(shí)空分布特性的輸電線(xiàn)路模型，建立了計(jì)及氣象數(shù)據(jù)時(shí)空變化的潮流模型和分解協(xié)調(diào)的求解算法；分析架空線(xiàn)路導(dǎo)體溫度時(shí)空變化對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及線(xiàn)路極限傳輸能力的影響，驗(yàn)證了電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析中考慮氣象數(shù)據(jù)和導(dǎo)體溫度時(shí)空分布的必要性。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

為了描述沿線(xiàn)氣象數(shù)據(jù)空間分布的不均勻性，給出氣象數(shù)據(jù)空間分布的3種表征模型：平均值、權(quán)重平均值和線(xiàn)路分段模型。本文采用一個(gè)改進(jìn)的5節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)作為算例。圖1給出了6種情景下1號(hào)節(jié)點(diǎn)的PV曲線(xiàn)。

基準(zhǔn)情景的導(dǎo)體溫度恒為20℃，極限傳輸功率為396.2MW；情景1和情景2反映了季節(jié)性變化下的線(xiàn)路功率傳輸特性。情景1的環(huán)境溫度為38℃，風(fēng)速為0.5m/s，極限傳輸功率為355.2MW，與基準(zhǔn)值相差-10.35%；情景2的環(huán)境溫度為-20℃，風(fēng)速為18m/s，極限傳輸功率為440.2MW，與基準(zhǔn)情景相差11.11%。

可以看出，季節(jié)性的氣象條件變化對(duì)線(xiàn)路極限傳輸功率有很大影響，計(jì)及氣象條件的變化可有效提高系統(tǒng)極限傳輸功率計(jì)算的準(zhǔn)確性。

圖1 (a) 1號(hào)節(jié)點(diǎn)PV曲線(xiàn)

圖1 (b) 1號(hào)節(jié)點(diǎn)PV曲線(xiàn)臨界點(diǎn)的局部放大

情景3、情景4和情景5環(huán)境溫度為20℃，風(fēng)速為0.5m/s，節(jié)點(diǎn)3處發(fā)生寒流，環(huán)境溫度驟變?yōu)?℃，風(fēng)速驟變?yōu)?0m/s。

上述三種情景為計(jì)及了氣象數(shù)據(jù)空間分布的極限傳輸功率。情景3采用平均值模型，極限傳輸功率為382.5MW，與基準(zhǔn)情景相差-3.46%，情景4極限傳輸功率為387.0MW，情景4采用加權(quán)平均值模型，與情景3的平均值模型相比相差1.18%，傳輸功率相差4.5MW；情景5分段模型與情景3平均值模型相比相差1.67%，極限傳輸功率相差6.4MW。

以上3種情景的對(duì)比說(shuō)明了描述氣象數(shù)據(jù)空間分布的表征模型不同，計(jì)算結(jié)果還是相差較大的。每種模型的適應(yīng)條件與實(shí)際氣象數(shù)據(jù)的變化速率及變化幅度、架空線(xiàn)路長(zhǎng)度、電網(wǎng)地理位置與結(jié)構(gòu)參數(shù)等諸多因素有關(guān)，需針對(duì)實(shí)際電網(wǎng)，利用真實(shí)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證研究。

結(jié)論

通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了輸電線(xiàn)路沿線(xiàn)氣象參數(shù)具有顯著的時(shí)空變化特性，建立了考慮氣象參數(shù)時(shí)間分布的季節(jié)性模型，和考慮氣象參數(shù)空間分布的平均值、加權(quán)平均值及線(xiàn)路分段模型。

在上述模型的基礎(chǔ)上對(duì)線(xiàn)路潮流及極限傳輸功率做了具體的分析，計(jì)算結(jié)果表明氣象數(shù)據(jù)的時(shí)空分布對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)有重要的影響，在對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行分析時(shí)有必要計(jì)及氣象參數(shù)的時(shí)空分布特性。

引用本文

王艷玲, 莫洋, 韓學(xué)山, 孟祥星, 牛志強(qiáng). 考慮氣象時(shí)空分布特性的輸電線(xiàn)路模型和分析方法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(3): 636-645. Wang Yanling, Mo Yang, Han Xueshan, Meng Xiangxing, Niu Zhiqiang. Transmission Line Model and Analysis Method Considering the Time and Space Distribution Characteristics of Meteorology. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(3): 636-645.