本發明涉及一種直流輸電線路臺風風險的評估方法。
背景技術:
直流輸電線路因其輸送容量大、輸電距離遠、電壓高等優點,在電網的西電東送事業中起到重要作用。但是也由于這些直流輸電線路長度均在1000km以上,極容易受到臺風影響,并且這些線路供電容量大,一旦發生故障將極大可能影響電網的穩定運行,對國民經濟以及人民生活都將造成重大損失。因此研究直流輸電線路在臺風天氣下的風險評估方法,便于實現實時的風險預警,提前做好防風措施,確保電網穩定安全運行,將臺風造成的損失降至最低。
以往的臺風風險評估方法大多利用氣象局的臺風的實況數據和預測數據來推算線路將承受的預測風速并在地形環境的基礎上進行模糊修正,算法復雜并且精度不高。另外以往的臺風風險評估方法大部分是以交流線路為對象建立的,并未考慮到直流輸電線路的擁有多種運行方式的特點,并不完全適用于對直流輸電線路進行風險評估。
技術實現要素:
為克服上述現有技術中存有的缺陷,本發明提供一種直流輸電線路臺風風險的評估方法,在考慮到直流線路運行方式多樣性的情況下,得到輸電線路的基礎風險值,并考慮臺風的累計影響、線路重要程度以及降壓運行狀態,得到更加貼近實際的風險評估結果。
為實現上述目的,本發明采取的技術方案是:
一種直流輸電線路臺風風險的評估方法,其包括以下步驟:
步驟1、獲得直流輸電線路A點的風速v以及A點的風向數據;
步驟2、計算直流輸電線路A點的垂直風速:
vp=v·sinθ (1)
vp為線路的垂直風速,v為線路A點的風速,θ為線路與風向之間的夾角;
步驟3、通過控制中心獲取輸電線路桿塔上的微氣象在線監測裝置測量的雨量信息,考慮輸電線路的樹障和臺風雨量對線路風偏閃絡故障的綜合影響,對線路的最大可承受風速進行修正:
vd為線路的最大可承受風速,vd’為修正后的線路的最大可承受風速;
at為樹障影響系數,ar為雨量系數,ar值與降雨量關系如表1
表1雨量系數與降雨量關系對應表
步驟4、考慮直流輸電線路位置以及降壓運行的影響,繼續對線路的最大可承受風速進行修正,得到修正后的最大可承受風速v″d:
v″d=K1×v′d/β (3)
其中當輸電線路被吹得遠離塔身時電K1值為2.1,當輸電線路被吹靠近塔身時K1值為1,β為直流輸電線路的降壓運行系數;
β=U/UN (4)
其中U為線路運行時電壓,UN為線路的額定運行電壓;
步驟5、通過線路垂直風速與最終修正后的線路最大可承受風速比較,得到線路A點發生風偏放電的風險值,以并以分段復合函數f(v″d,vp)表示線路A點發生風偏放電的風險值R,根據多年運行經驗,分段復合函數f(v″d,vp)采用公式(5)表示;
步驟6、考慮線路上一次檢修后遭受臺風的影響累積,根據線路遭受臺風十級影響的累積時間求出線路目前的不可靠度,用于對線路的基礎風險值進行修正,獲得修正后的線路風險值:
R’=1-ac×(1-R) (6)
其中R’為修正后的線路風險值,ac為線路遭受臺風十級風圈影響累積的不可靠度;
步驟7、考慮直流輸電線路的重要性以及降壓運行的情況,得到線路A點的風險值
其中α為線路的重要性因子,β為直流輸電線路的降壓運行系數;
線路的重要性因子為:α=PLD/PB (8)
其中PLD為線路正常運行時的傳輸負荷,PB為基準傳輸負荷;
步驟8、從極控系統中獲取直流輸電線路的運行方式,并求出處于不同運行方式下的直流輸電線路A點的最終風險值
其中K10為直流輸電線路運行方式的調整系數,根據運行方式的可靠性以及多年運行經驗,對于采用中性線方式的直流雙極輸電系統,K10值為0.5;對于采用中性點兩端接地方式的直流雙極輸電系統,K10值為0.6;對于采用導體回流方式的直流單極輸電系統,K10值為0.9;對于采用大地或海水回流方式的直流單極輸電系統,K10值為1。
作為本發明的一種改進,所述步驟1包括以下步驟:
步驟11、通過氣象臺服務器獲取臺風的實時信息和預測數據,包括臺風中心所處坐標(xo,yo)、臺風中心風力vo、臺風各級風圈半徑以及臺風移動路徑;
步驟12、通過輸電線路在線監測系統獲取輸電線路桿塔上的微氣象在線監測裝置測量的臺風風速va、風向以及降雨量δ的數據;
步驟13、對處于臺風七級風圈內的區域劃分,以臺風中心為圓心,七級風圈為圓均等將處于臺風七級風圈內的區域分為12份扇形;
步驟14、對每一個扇形區域,根據臺風中心風力vo、臺風中心所處經緯度(xo,yo)、該扇形區域在線監測裝置測量的臺風風速vi以及在線監測裝置的所處坐標(xi,yi)進行線性擬合得到區域內的風速計算公式:
v=b×d+a (10)
則該區域內A點的風速可依公式(10)求出,其中
其中d1=0,v1=vo;
進一步地,所述步驟3中的at具體確定方式如下,采用分段函數表示為:
ds為樹障的凈空距離,ds1為該等級輸電線路最小放電距離,ds2為不會發生樹障與可能發生樹障的臨界點,k為樹障的風險趨勢指數,k值為1.2。
進一步地,所述步驟5中線路遭受臺風十級風圈影響累積的不可靠度ac確定方式如下:
t為該段線路自上次檢修后至今所遭受臺風十級風圈影響的累積時間,單位小時,μ(t)是線路遭受臺風后線路故障率,用線性分段函數表示:
根據多年運行經驗,K4、K5、K6以及K7的值分別為0.002、0.01、0.02、-0.09,t1值為5。
進一步地,所述步驟7中基準傳輸負荷PB的值為8000MW。
與現有技術相比,本發明具有以下優點:
本發明通過桿塔上安裝的微氣象監測裝置以及氣象臺獲取更為精確及豐富的數據,求出預測風速,在考慮直流輸電線路運行方式多樣情況下得出線路的基礎風險值,并在此基礎上,考慮臺風的累計影響、線路重要程度以及降壓運行狀態,得到更加貼近實際的風險評估結果,為電網人員合理安排工作提供一種可行判據。
附圖說明
圖1為本發明直流輸電線路臺風風險的評估方法的流程圖;
圖2為本發明確定輸電線路A點風速v的流程圖;
圖3為本發明七級風圈的示意圖;
圖4為分段復合函數f(v″d,vp)的函數模型圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。可以理解的是,此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明,而非對本發明的限定。另外還需要說明的是,為了便于描述,附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部內容。
如圖1所示,一種直流輸電線路臺風風險的評估方法,其包括以下步驟:
步驟1、獲得直流輸電線路A點的風速v以及A點的風向數據。
如圖2所示,步驟1具體包括以下步驟:
步驟11、通過氣象臺服務器獲取臺風的實時信息和預測數據,包括臺風中心所處坐標(xo,yo)、臺風中心風力vo、臺風各級風圈半徑以及臺風移動路徑;
步驟12、通過輸電線路在線監測系統獲取輸電線路桿塔上的微氣象在線監測裝置測量的臺風風速va、風向以及降雨量δ的數據;
步驟13、對處于臺風七級風圈內的區域劃分,如圖3所示,以臺風中心為圓心,七級風圈為圓均等將處于臺風七級風圈內的區域分為12份扇形;
步驟14、對每一個扇形區域,根據臺風中心風力vo、臺風中心所處經緯度(xo,yo)、該扇形區域在線監測裝置測量的臺風風速vi以及在線監測裝置的所處坐標(xi,yi)進行線性擬合得到區域內的風速計算公式:
v=b×d+a (10)
則該區域內A點的風速可依公式(10)求出,其中
其中d1=0,v1=vo;
步驟2、計算直流輸電線路A點的垂直風速:
vp=v·sinθ (1)
vp為線路的垂直風速,v為線路A點的風速,θ為線路與風向之間的夾角。
步驟3、通過控制中心獲取輸電線路桿塔上的微氣象在線監測裝置測量的雨量信息,考慮輸電線路的樹障和臺風雨量對線路風偏閃絡故障的綜合影響,對線路的最大可承受風速進行修正:
vd為線路的最大可承受風速,vd’為修正后的線路的最大可承受風速;
at為樹障影響系數,ar為雨量系數,ar值與降雨量關系如表1
表1雨量系數與降雨量關系對應表
在本實施例中,步驟3中的at具體確定方式如下,采用分段函數表示為:
ds為樹障的凈空距離,ds1為該等級輸電線路最小放電距離,ds2為不會發生樹障與可能發生樹障的臨界點,k為樹障的風險趨勢指數,k值為1.2。
步驟4、考慮直流輸電線路位置以及降壓運行的影響,繼續對線路的最大可承受風速進行修正,得到修正后的最大可承受風速v″d:
v″d=K1×v′d/β (3)
其中當輸電線路被吹得遠離塔身時電K1值為2.1,當輸電線路被吹靠近塔身時K1值為1,β為直流輸電線路的降壓運行系數;
β=U/UN (4)
其中U為線路運行時電壓,UN為線路的額定運行電壓。
步驟5、通過線路垂直風速與最終修正后的線路最大可承受風速比較,得到線路A點發生風偏放電的風險值,以并以分段復合函數f(v″d,vp)表示線路A點發生風偏放電的風險值R,根據多年運行經驗,分段復合函數f(v″d,vp)采用公式(5)表示;
如圖4所示為分段復合函數f(v″d,vp)的函數模型圖,橫坐標的值為縱坐標的值為f(v″d,vp)。
步驟6、考慮線路上一次檢修后遭受臺風的影響累積,根據線路遭受臺風十級影響的累積時間求出線路目前的不可靠度,用于對線路的基礎風險值進行修正,獲得修正后的線路風險值:
R’=1-ac×(1-R) (6)
其中R’為修正后的線路風險值,ac為線路遭受臺風十級風圈影響累積的不可靠度;
在本實施例中,步驟5中線路遭受臺風十級風圈影響累積的不可靠度ac確定方式如下:
t為該段線路自上次檢修后至今所遭受臺風十級風圈影響的累積時間,單位小時,μ(t)是線路遭受臺風后線路故障率,用線性分段函數表示:
根據多年運行經驗,K4、K5、K6以及K7的值分別為0.002、0.01、0.02、-0.09,t1值為5。當t<5時,輸電線路的故障率增長較慢。當t≥5,輸電線路的故障率增長速率變快。
步驟7、考慮直流輸電線路的重要性以及降壓運行的情況,得到線路A點的風險值
其中α為線路的重要性因子,β為直流輸電線路的降壓運行系數;
線路的重要性因子為:α=PLD/PB (8)
其中PLD為線路正常運行時的傳輸負荷,PB為基準傳輸負荷。α為線路的重要性因子,以線路正常運行時的傳輸負荷大小來決定,為了使風險值保持在0到1之間,基準傳輸負荷取一較大基準值PB=8000MW。
步驟8、從極控系統中獲取直流輸電線路的運行方式,并求出處于不同運行方式下的直流輸電線路A點的最終風險值
其中K10為直流輸電線路運行方式的調整系數,根據運行方式的可靠性以及多年運行經驗,對于采用中性線方式的直流雙極輸電系統,K10值為0.5;對于采用中性點兩端接地方式的直流雙極輸電系統,K10值為0.6;對于采用導體回流方式的直流單極輸電系統,K10值為0.9;對于采用大地或海水回流方式的直流單極輸電系統,K10值為1。
綜合上述步驟:線路在某一區域A點的風險值為:
在對整條直流輸電線路的臺風風險進行評估時,在輸電線路所經過區域取若干個點并計算每個點的風險值,最后取輸電線路所經過區域中的最大風險值作為整條線路的風險值。
RL為整條輸電線路的風險值,為輸電線路在某一區域內i點處的最終風險值。(i=1,2,3,…,n)
上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明,該實施例并非用以限制本發明的專利范圍,凡未脫離本發明所為的等效實施或變更,均應包含于本案的專利范圍中。