輸電線路動態監測增容系統及其增容方法

專利名稱：輸電線路動態監測增容系統及其增容方法
技術領域：
本發明涉及一種利用動態監測增容技術提高輸電線路輸送能力的輸電線路動態監測增容系統及其增容方法。
背景技術：
近年來，隨著社會需求的發展和發電廠建設步伐的加快，電網規劃建設滯后、輸電走廊稀缺等引起的輸電能力不足的問題日益突出，電網輸電線路的增容需求量很大并很迫切。例如2005年底，華東電力調度交易中心在《華東500kV電網今冬明夏安全有序供電薄弱環節分析及對策》一文中，就輸電線路瓶頸問題明確指出1)浙江電網低谷受電能力不足，瓶窯—武南5905/5915雙線成為受電瓶頸。
2)浙江中南部和福建電網受電能力不足，喬司—涌潮5493/5494雙線和瓶窯—富陽5437/5438雙線將繼續成為受電瓶頸。
3)安徽電網送出能力不足，敬瓶5901線嚴重制約安徽送出。
4)上海500kV外顧5119/5120雙線、顧楊5129/5130雙線存在輸電瓶頸。
5)上海泗涇地區受電能力不足，應確保渡泗5101/5108雙線和泗南5111/5118雙線增容改造在夏季高峰前完成。
6)考慮到江都—武南5291/5292雙線輸電能力主要受限于線路載流能力，暫態穩定輸送能力仍有一定裕度，因此建議實施江南雙線增容改造，在明夏前投產，提高蘇北過江斷面南送能力。
7)瓶王5431和瓶喬5411斷面潮流將逼近其輸送能力，建議在明年夏季高峰前實施增容改造，提高該斷面輸送能力，避免其對天荒坪開機方式的限制。
為解決全國性的缺電的問題，目前，我國已完成了以“廠網分開”為主要特征的電力市場改革，由于電源投資主體的多樣化和近年來的缺電局面，又造成了電源的無序建設，給電網的規劃和建設帶來了許多不確定的因素。
在技術層面上，受短路電流超標的限制，也不可能毫無約束地大量建設輸電線路。例如華東電網，在電網輸送能力嚴重不足的同時，電網的短路電流超標問題非常突出，變電站過多的進出線是造成華東電網短路電流超標的主要因素之一，這嚴重制約了華東電網的輸電線路建設。
另外，線路(高壓傳輸線)載流量的計算公式采用的是通過熱平衡原理推導公式。我國現行規程(DL/T 5092——1999 110～500kV架空送電線路設計技術規程)中采用的是英國摩爾根公式，導線載流量I與環境溫度θa、風速V、日照強度JS、導線溫度限額θ及導線本身的物理參數k(多個)有關，可用函數表達式簡單表示如下I＝f(θa，V，JS，θ，k)上述函數中的5個自變量按如下原則確定1)物理參數k(多個)具體為導線的直徑、直流電阻、溫度系數等等，高壓傳輸線確定后，各參數也相應確定。
2)導線溫度限額θ考慮導線的機械強度損失，導線確定后，導線溫度限額θ也相應確定，對于500kV線路常用的4×400mm2鋼芯鋁絞線，溫度限額為70℃。
3)環境條件環境溫度θa，風速V，太陽輻射強度JS由于運行人員并不知道和掌握線路現場的具體情況，為了確保線路的安全運行，在計算確定導線輸送電流限額時，只能假定可能出現的較差組合的環境條件，環境溫度采用40℃(最高氣溫月的最高平均氣溫)、太陽輻射強度采用1000W/m2(晴天，日光直射)，風速采用0.5m/s(基本無風，一級風力風速為0.3m/s至1.5m/s)。只能粗略保守的計算輸電線路輸送電流的限額。
為了應對上述矛盾，解決全國各大電網或多或少都存在電網輸電能力不足的問題，除了建設新的線路(電網)外，提高現有輸電線路的輸送容量，是一個既快又省的有效途經。而且動態增容技術在提高電網輸送能力的同時，對電網的短路電流無絲毫的增加，是提高電網輸送能力和控制電網短路電流的兩全之策，是實現電網可持續發展的重要技術。

發明內容
本發明是為了解決現有上述輸電線路的輸送容量的問題，而提出的一種既能提高現有輸電線路的輸送容量，又減小新增投資的幅度的輸電線路動態監測增容系統及其增容實施方法，該技術不單能在短期內解決上述輸電瓶頸問題，還可以提升電網的輸電能力，經濟效益十分顯著，具有很好的推廣應用價值。
本發明采取的技術方案是輸電線路動態監測增容系統，其特點是，包括調度系統、增容系統主站、輸電線路以及多個在線監測裝置；所述的調度系統的輸出端與系統主站的輸入端連接；所述的多個在線監測裝置分別間隔設置在所需增容的輸電線路沿線，各在線監測裝置與系統主站之間通過無線通信網絡傳輸連接。
上述輸電線路動態監測增容系統，其中，所述的系統主站包括中心數據庫、數據處理/模型計算單元、應用服務單元、WEB服務單元、前置通信單元、系統管理單元；其中所述的中心數據庫存儲和管理系統的所有數據；所述的數據處理/模型計算模塊對系統采集到的數據進行數據篩選、歸檔處理，并根據系統模型進行計算；所述的應用服務模塊為WEB服務單元應用提供業務邏輯處理；所述的WEB服務單元為用戶提供系統操作界面；所述的系統管理模塊監視系統工況，召測、設置設備工況；所述的前置通信單元是負責與現場設備通信，并與相關系統接口。
上述輸電線路動態監測增容系統，其中，所述的前置通信單元通過普通短消息、企業短信平臺、GPRS/CDMA與現場設備通信，獲取導線溫度、氣象信息；通過系統接口從電網運行部門調度的實時系統獲取線路電流。
上述輸電線路動態監測增容系統，其中，所述的系統采用B/S結構，用戶通過IE訪問系統。
上述輸電線路動態監測增容系統，其中，所述的各在線監測裝置包括輻射傳感器、導線溫度傳感器、環境溫度傳感器、高壓取電電路、數據采集和控制電路、數據通訊電路；所述的輻射傳感器、導線溫度傳感器、環境溫度傳感器的輸出端分別與數據采集和控制電路的輸入端連接；所述的高壓取電電路輸入端感應導線上的電信號，該高壓取電電路的輸出端與數據采集和控制電路的輸入端連接；所述的數據采集和控制電路與數據通訊電路之間雙向連接；所述的數據通訊電路通過天線收發信號。
上述輸電線路動態監測增容系統，其中，所述的高壓取電電路包括一取電電路、一控制電路、一保護電路以及一裝置電源組；所述的取電電路用于從高壓線上取得電能；所述的控制電路完成對取電電路的控制；所述的裝置電源組為裝置提供不同電壓的電源；所述的保護電路用于在高壓線路短路時保護取電電路。
上述輸電線路動態監測增容系統，其中，所述的數據采集和控制電路包括監控電路、模數轉換電路和微處理器；所述的監控電路完成對微處理器的監控；所述的模數轉換電路將輻射傳感器送來的模擬信號轉換成數字信號后，送到微處理器；所述的微處理器用于將導線溫度傳感器、環境溫度傳感器、輻射傳感器送來的信號計算處理后，送數據通訊電路。
一種輸電線路動態監測增容的方法，其特點是，包括以下步驟a、在輸電線路沿線合理布置監測點，配置在線監測裝置，設置線路參數；b、從在線監測裝置獲取輸電線路導線溫度和氣象信息，從調度EMS系統獲取線路電流數據，并將所有現場檢測數據利用無線通信網絡和有線網絡進行傳輸到系統主站；c、實時計算穩態限額；d、設定規避風險系數；e、在設定的規避風險系數下，確定數學模型，實時地計算電網“N-1”運行狀態下，安全目標時間下的安全電流值或安全目標電流值下的安全時間，以及在出現“N-1”(即相關線路因故障或無故障跳開后)運行狀態后，顯示導線溫度實時跟蹤模式；f、根據上述合理布置的監測點所配置的監測裝置上傳的實時數據，按設定的規避風險原則和數學模型，進行實時計算和顯示，指示輸電線路的增容運行，使線路的動態增容運行具有可操作性。
上述一種輸電線路動態監測增容的方法，其中，步驟a所述的配置還包括在線路兩端的變電站或發電廠配置小型氣象站，以及在線路各測點配置可在線監測導線溫度、環境溫度和太陽輻射強度的測試裝置。
上述一種輸電線路動態監測增容的方法，其中，步驟a所述的線路參數設置包括1)設置本線路導線目前運行規程允許工作的溫度限額；2)輸入增容運行前運行規程規定的導線的運行電流限額；3)相關線路因故障或無故障跳開后的“N-1”狀態下，轉移到本線路的潮流轉移比；4)用于計算線路有功潮流的線路電壓和功率因數。
上述一種輸電線路動態監測增容的方法，其中，步驟a所述的線路參數設置還包括對控制的安全目標進行設置，包括1)設定安全目標時間相關線路因故障或無故障跳開后的“N-1”狀態下，潮流轉移到本線路，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的運行時間；2)設定電流或潮流的安全目標限額相關線路因故障或無故障跳開后的“N-1”狀態下，潮流轉移到本線路，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的運行電流或潮流限額。
上述一種輸電線路動態監測增容的方法，其中，設定安全目標時間中的時間是指處理故障的時間，根據上述設置的參數和實時監測的線路運行狀況和環境氣象條件，系統主站進行實時計算安全目標時間下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的安全電流或潮流值。
上述一種輸電線路動態監測增容的方法，其中，設定安全目標限額中的限額是指“N-1”狀態下本線路最大的電流或潮流限額，根據上述設置的參數和實時監測的線路運行狀況和環境氣象條件，系統主站進行實時計算安全目標限額下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的安全時間。
上述一種輸電線路動態監測增容的方法，其中，步驟c所述的實時計算穩態限額是利用摩爾根公式計算各測點處的等效風速，進而計算各測點的限額值，給出最小值作為該線路的限額值。
上述一種輸電線路動態監測增容的方法，其中，步驟d所述的設定規避風險系數是指為了輸電線路的安全運行，考慮在線路處于“N-1”狀況后可能出現的風險，和設定規避這個風險的系數；所述系數是以當前的氣象條件為基準，將其做劣化處理，代入數學模型中進行計算，以確保線路處于“N-1”狀況后，導線溫度不突破原規定的溫度限額。
上述一種輸電線路動態監測增容的方法，其中，步驟e所述的數學模型是指在設定的規避風險系數下，結合摩爾根公式和導線溫升特性，確定“時間限額下的安全電流”、“電流限額下的安全時間”以及“導線溫度實時跟蹤模式”的數學模型。
上述一種輸電線路動態監測增容的方法，其中，所述的“N-1”運行狀態是指電網在正常運行方式下任一線路無故障或因故障斷開后，此時應能保持穩定運行和正常供電、其他線路不過負荷的運行狀態。
上述一種輸電線路動態監測增容的方法，其中，所述的轉移到本線路的潮流轉移比指；當某相關線路因故障或無故障跳開后，該線路的潮流會轉移到本線路，該轉移過來的潮流占本線路電力負荷的百分比。
由于本發明采用了以上的技術措施，在輸電線路上安裝在線監測裝置，對導線狀態(導線溫度)和氣象條件(環境溫度、日照、風速等)進行監測，在不突破現行技術規程的規定的前提下，系統主站根據數學模型計算結果，進行輸電線路的增容運行，使輸電線路載流量提高10～30％左右。
而且，如果在某一區域電網所有的線路上應用動態監測增容技術，可以共享主站系統和測點數據，降低增容系統的投資。也可以使運行人員全面掌握整個電網各線路的實時輸送容量限額，更有效地進行電能的調度運行。


本發明的特征性能由以下的實施例及其附圖進一步描述。
圖1是本發明的動態監測增容系統示意圖。
圖2是本發明的動態監測增容系統的系統主站的結構框圖。
圖3是本發明的動態監測增容系統中的在線監測裝置的電方框圖。
圖4是本發明在線監測裝置中的高壓取電電路的電方框圖。
圖5是本發明在線監測裝置中的數據采集和控制電路的電方框圖。
圖6是本發明的動態監測增容系統的系統主站動態監測增容的控制流程示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1。本發明輸電線路動態監測增容系統，包括調度EMS系統1、系統主站2、輸電線路3以及多個在線監測裝置4。調度EMS系統的輸出端與系統主站的輸入端連接；多個在線監測裝置分別間隔設置在所需增容的輸電線路沿線，各在線監測裝置與系統主站之間通過無線通信網絡A傳輸連接。
沿輸電線路選取監測點，在導線上安裝在線監測裝置，對導線溫度、環境溫度、日照進行監測，與系統主站的數據和指令通過無線通信網絡傳輸；通過網絡，從調度EMS系統獲取本線路電流及相關線路電流。
請參閱圖2。本發明輸電線路動態監測增容系統中的系統主站2包括中心數據庫21、數據處理/模型計算單元22、應用服務單元23、WEB服務單元24、前置通信單元25、系統管理單元26；其中中心數據庫存儲和管理系統的所有數據；數據處理/模型計算模塊對系統采集到的數據進行數據篩選、歸檔處理，并根據系統模型進行計算；應用服務模塊為WEB服務單元應用提供業務邏輯處理；WEB服務單元為用戶提供系統操作界面；系統管理模塊監視系統工況，召測、設置設備工況；前置通信單元是負責與現場設備通信，并與相關系統接口。所述的前置通信單元25通過普通短消息51、企業短信平臺52、GPRS/CDMA53、調度EMS系統1與現場設備通信，獲取導線溫度、氣象信息；通過系統接口從電網運行部門調度的實時系統獲取線路電流。系統采用B/S結構，用戶通過IE訪問系統。
請參閱圖3。上述輸電線路動態監測增容系統，其中，所述的各在線監測裝置4包括輻射傳感器41、導線溫度傳感器42、環境溫度傳感器43、高壓取電電路44、數據采集和控制電路45、數據通訊電路46。輻射傳感器、導線溫度傳感器、環境溫度傳感器的輸出端分別與數據采集和控制電路的輸入端連接。該高壓取電電路的輸出端與數據采集和控制電路的輸入端連接；所述的數據采集和控制電路與數據通訊電路之間雙向連接；所述的數據通訊電路通過天線47收發信號。
該高壓取電電路利用感應原理從導線獲取電源，提供給裝置用；輻射傳感器測量日照輻射；環境溫度傳感器測量環境溫度；導線溫度傳感器測量導線溫度；數據采集和控制電路對采集到的數據進行處理、并完成對裝置的控制；數據通訊電路提供測量裝置和公網的數據雙向通訊，完成與系統主站之間的數據和指令傳輸。
請參閱圖4。本發明輸電線路動態監測增容系統所述的高壓取電電路44包括一取電電路441、一控制電路442、一保護電路443以及一裝置電源組444。取電電路用于從高壓線上取得電能；控制電路完成對取電電路的控制；裝置電源組為裝置提供不同電壓的電源；保護電路用于在高壓線路短路時保護取電電路。本實施例中，取電電路主要采用感應線圈構成，控制電路主要采用采用脈寬調制電路構成。
請參閱圖5。本發明輸電線路動態監測增容系統所述的數據采集和控制電路45包括監控電路451、模數轉換電路452和微處理器453。所述的監控電路完成對微處理器的監控；模數轉換電路將輻射傳感器送來的模擬信號轉換成數字信號后，送到微處理器；所述的微處理器用于將導線溫度傳感器、環境溫度傳感器、輻射傳感器送來的信號計算處理后，送數據通訊電路。
請參閱圖6，這是本發明輸電線路動態監測增容系統的系統主站動態監測增容的控制流程圖。圖中，I表示所需增容的線路的電流，I1、I2表示相關線路1、2的電流；IA表示設置的安全目標限額；I0表示安全目標時間下計算的安全電流或潮流值；Z1、Z2分別表示相關線路1、2的潮流轉移比；TA表示設置的安全目標時間；T0表示安全目標限額下計算的安全時間。
本發明系統主站動態監測增容的控制流程是系統根據調度EMS系統的電流數據、監測裝置的監測數據以及設置的參數，對線路的運行狀態進行計算及判斷。
1)線路處于“正常運行”狀態下，系統暫停增容數據的計算，顯示“線路正常運行”。
2)線路處于“增容運行”狀態下，系統進行增容數據的計算和判斷2.1)線路處于“增容正常運行”狀態下，系統顯示“線路增容正常運行”和計算結果——安全目標時間下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的安全電流或潮流值。
——安全目標限額下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的安全時間。
2.2)線路處于“增容危險運行”狀態下，系統報警并顯示“線路增容危險運行”和計算結果——安全目標時間下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的安全電流或潮流值。
——安全目標限額下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的安全時間。
3)線路處于“N-1”(所述的“N-1”運行狀態是指電網在正常運行方式下任一線路無故障或因故障斷開后，此時應能保持穩定運行和正常供電、其他線路不過負荷的運行狀態。以下解釋同此。)運行狀態下，系統進行增容數據的計算和數據跟蹤，系統報警并顯示——安全目標時間下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的安全電流或潮流值。
——安全目標限額下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的安全時間。
——“N-1”導線溫升跟蹤模式。
本發明輸電線路動態監測增容的方法，包括以下步驟a、在輸電線路沿線合理布置監測點，配置在線監測裝置，設置線路參數；所述的配置還包括在線路兩端的變電站或發電廠配置小型氣象站，以及在線路各測點配置可在線監測導線溫度、環境溫度和太陽輻射強度的測試裝置。
所述的線路參數設置包括1)設置本線路導線目前運行規程允許工作的溫度限額；2)輸入增容運行前運行規程規定的導線的運行電流限額；3)相關線路因故障或無故障跳開后(N-1狀態)，轉移到本線路的潮流轉移比；該潮流轉移比指；當某相關線路因故障或無故障跳開后，該線路的潮流會轉移到本線路，該轉移過來的潮流占本線路電力負荷的百分比。
4)用于計算線路有功潮流的線路電壓和功率因數。
所述的線路參數設置還包括對控制的安全目標進行設置，包括1)設定安全目標時間相關線路因故障或無故障跳開后(N-1狀態)，潮流轉移到本線路，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的運行時間；2)設定電流或潮流的安全目標限額相關線路因故障或無故障跳開后(N-1狀態)，潮流轉移到本線路，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的運行電流或潮流限額。
b、從在線監測裝置獲取輸電線路導線溫度和氣象信息，從調度EMS系統獲取線路電流數據，并將所有現場檢測數據利用無線通信網絡和有線網絡進行傳輸到系統主站；c、實時計算穩態限額；所述的實時計算穩態限額是利用摩爾根公式計算各測點處的等效風速，進而計算各測點的限額值，給出最小值作為該線路的限額值。
d、設定規避風險系數；步驟d所述的設定規避風險系數是指為了輸電線路的安全運行，考慮在線路處于“N-1”狀況后可能出現的風險，和設定規避這個風險的系數；所述系數是以當前的氣象條件為基準，將其做劣化處理，代入數學模型中進行計算，以確保線路處于“N-1”狀況后，導線溫度不突破原規定的溫度限額。
e、在設定的規避風險系數下，確定數學模型，實時地計算電網“N-1”運行狀態下，安全目標時間下的安全電流值或安全目標電流值下的安全時間，以及在出現“N-1”運行狀態后，顯示導線溫度實時跟蹤模式；所述的數學模型是指在設定的規避風險系數下，結合摩爾根公式和導線溫升特性，確定“時間限額下的安全電流”、“電流限額下的安全時間”以及“導線溫度實時跟蹤模式”的數學模型。
f、根據上述合理布置的監測點所配置的監測裝置上傳的實時數據，按設定的規避風險原則和數學模型，進行實時計算和顯示，指導輸電線路的增容運行，使線路的動態增容運行具有可操作性。
下面結合一實施例進一步說明本發明輸電線路動態監測增容的方法1)合理布置監測點500kV輸電線路一般長度十幾至幾百公里，各處環境條件差異很大，如果等距離布點，測點太少，不能真實反映線路的薄弱點，測點太多，又不經濟。因此要針對線路跨越不同條件的地理區域，如城市平原、農村平原、丘陵、山區、水系附近、海邊等等，進行調查研究，合理布置監測點。
2)測點監測裝置配置在線路2端(變電站或發電廠)配置小型氣象站，在線路各測點配置可監測導線溫度、環境溫度和太陽輻射強度3合1的在線監測裝置，從EMS系統獲取線路電流數據，所有現場檢測數據利用無線通信網絡和有線網絡進行數據傳輸。
3)設定規避風險原則由于在增容條件下運行，線路運行電流將大于原規程的規定值，導線溫度突破原規定的溫度限額的可能性增大，出現風險的可能性加大，為了輸電線路的安全運行，必須在線路處于“N-1”狀況后，考慮這個可能出現的風險和設定規避這個風險的原則，以當前的氣象條件為基準，將其做劣化處理，代入數學模型中進行計算，以確保線路處于“N-1”狀況后，導線溫度不突破原規定的溫度限額。
4)數學模型設計在設定的規避風險原則下，結合摩爾根公式和導線溫升特性，設計“時間限額下的安全電流”、“電流限額下的安全時間”以及“導線溫度實時跟蹤模式”等數學模型，實時地計算電網“N-1”運行狀態下，安全目標時間下的安全電流值或安全目標電流值下的安全時間，以及在出現“N-1”運行狀態后，顯示導線溫度實時跟蹤模式。
5)搭建動態增容系統的應用平臺根據上述合理布置的監測點所配置的監測裝置上傳的實時數據，按設定的規避風險原則和數學模型，進行實時計算和顯示，指導和幫助運行人員進行輸電線路的增容運行，使線路的動態增容運行具有可操作性。
本發明該動態監測增容系統中，所述的系統采用B/S結構，用戶通過IE訪問系統。
6)參數設置在系統投入運行前，先由運行調度部門設置相關參數。
線路參數設置包括(一)對該線路如下參數進行設置6.1)導線允許工作溫度設置本線路目前運行規程規定的溫度限額。
6.2)導線電流限額輸入目前運行規程規定的導線的運行電流限額(增容運行前)。
6.3)相關線路潮流轉移比相關線路因故障或無故障跳開后(N-1狀態)，轉移到本線路的潮流轉移比。潮流轉移比是輸電線路輸送電能的量值通常用潮流表示，一般指通過該線路的有功功率P(MW)，P＝1.732×導線電流×線路電壓×功率因數。當某相關線路因故障或無故障跳開后，該線路的潮流會轉移到本線路，轉移過來的潮流百分比，稱為潮流轉移比。
6.4)線路電壓和功率因數用于計算線路有功潮流(MW)。
(二)對控制的安全目標進行設置6.5)安全目標時間相關線路因故障或無故障跳開后(N-1狀態)，潮流轉移到本線路，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的運行時間(處理故障的時間)。
6.6)安全目標限額(電流或潮流)相關線路因故障或無故障跳開后(N-1狀態)，潮流轉移到本線路，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的運行電流(潮流)限額。
7)實時計算根據上述設置的參數和實時監測的線路運行狀況和環境氣象條件，本系統進行如下的實時計算7.1)安全目標時間下的安全限額(潮流)值相關線路因故障或無故障跳開后(N-1狀態)，潮流轉移到本線路，在設置的安全目標時間內，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”最大的安全限額(潮流)。
在該系統應用平臺頁面同時實時顯示相關線路故障跳開，潮流轉移到本線路后的(N-1狀態)總潮流值。
——當安全限額(潮流)大于總潮流值，表明本線路處于安全運行條件下。
——當安全限額(潮流)小于總潮流值，表明本線路在相關線路因故障或無故障跳開后(N-1狀態)，在設置的安全目標時間內，線路有可能突破設置的“導線允許工作溫度”，此時系統自動發出報警窗口。
7.2)安全目標限額下的安全時間相關線路因故障或無故障跳開后(N-1狀態)，潮流轉移到本線路，在設置的安全目標限額下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”最大的安全運行時間，即處理故障的時間。
7.4)“N-1”溫升跟蹤模式為了幫助運行人員掌握出現“N-1”運行狀態后，線路的實際情況，靈活操作，在相關線路故障跳開(N-1狀態)，潮流轉移到本線路后，系統自動進入“N-1”溫度跟蹤模式。8)增容運行根據上述實時計算結果，運行人員可以進行安全的增容運行，及在出現“N-1”后進行妥善的處理。
9)實時穩態限額計算利用摩爾根公式計算各測點處的等效風速，進而計算各測點的限額值，給出最小值作為該線路的限額值。
本發明所產生的經濟效益和社會效益是明顯的。下面結合一實際例子，對本發明增容投資成本作一分析以某跨越蘇南和浙江地區500kV雙線為例，線路總長100km，分別采用新建線路增容和動態監測增容技術改造二種方法進行投資成本分析。
1)新建線路增容投資新建一條線路(4×400mm2，額定電流限額2400A)可增容2000MVA(＝500kV×2400A×1.732)。
根據華東電力設計院2004年9月編制的“華東電網2020年電網規劃設計”中的投資估算，上述二地區的線路造價分別為520萬元/km和230萬/km，按平均價格375萬/km計算，可得如下單位投資價格1875元/km·MVA(＝375萬/2000MVA)。
2)動態監測增容技術改造投資對該雙線進行動態監測增容技術改造，運行電流限額可從2400A提高到3150A(目前華東電網500kV變電設備的通流能力)，可增容650MVA(＝500kV×750A×1.732)。
對一條約100km長的輸電線路進行動態監測增容技術改造，費用約200萬元，以此為計算標準，對雙線進行動態監測增容技術改造的單位長度投資約4萬/km，可得如下單位投資價格62元/km·MVA(＝4萬/650MVA)。
3)分析比較采用動態監測增容技術改造相對新建線路增容，單位投資可減少1813元/km·MVA(＝1875-62)。以增容650MVA計算，增容投資成本可節約約1.18億(＝100km×650MVA×1813元/km·MVA)。
其投資效益也很顯著1)成本效益采用動態監測增容技術改造，投資約400萬元(＝4萬/km×156km)，相對新建線路可節約1.14億投資，每1元動態監測增容技術改造投資可節約的成本效益為29元(＝1.14億/400萬元)。
2)投資效益以線路每年例行停電檢修時間為5天(一般為2至7天)，線路運行時間為8640h(360天×24小時)，上網電價以0.4元/kw·h計算，以增容650MVA計算，功率因數0.9，每年可增加產值20億(＝650MVA×0.9×8640h×0.4元/kw·h)，每1元動態監測增容技術改造投資可新增產值500元(＝20億/400萬)。
從以上分析可看出本發明動態增容技術可在原有的基礎上提高線路輸送限額，如得以推廣應用，可少建大量輸電線路。不僅節約了大量的建設用地，為電網公司帶來可觀的經濟效益，也符合國家節約型社會和環保型社會建設的要求，從而實現電網和地區經濟的協調可持續發展。
本發明利用動態監測增容技術提高輸電線路輸送能力，優點是在不突破所有現行輸電線路的技術和管理規程的規定，無需對線路做任何改造，在保持線路現有安全性的條件下，進行輸電線路的增容運行，并具有速度快、投資低、安全性高的優點。該動態監測增容技術既可以應用在現有的輸電線路，也可以應用在新建輸電線路，提高輸電線路動態輸送容量。提高其輸送容量，這樣可以達到增加小量投資，大大提升原投資效益的目的。
權利要求
1.輸電線路動態監測增容系統，其特征在于，包括調度EMS系統、增容系統主站、輸電線路以及多個在線監測裝置；所述的調度EMS系統的輸出端與系統主站的輸入端連接；所述的多個在線監測裝置分別間隔設置在所需增容的輸電線路沿線，各在線監測裝置與系統主站之間通過無線通信網絡傳輸連接。
2.根據權利要求1所述的輸電線路動態監測增容系統，其特征在于，所述的系統主站包括中心數據庫、數據處理/模型計算單元、應用服務單元、WEB服務單元、前置通信單元、系統管理單元；其中所述的中心數據庫存儲和管理系統的所有數據；所述的數據處理/模型計算模塊對系統采集到的數據進行數據篩選、歸檔處理，并根據系統模型進行計算；所述的應用服務模塊為WEB服務單元應用提供業務邏輯處理；所述的WEB服務單元為用戶提供系統操作界面；所述的系統管理模塊監視系統工況，召測、設置設備工況；所述的前置通信單元是負責與現場設備通信，并與相關系統接口。
3.根據權利要求2所述的輸電線路動態監測增容系統，其特征在于，所述的前置通信單元通過普通短消息、企業短信平臺、GPRS/CDMA與現場設備通信，獲取輸電線路導線溫度、氣象信息；通過系統接口從電網運行部門調度的實時系統獲取線路電流。
4.根據權利要求1所述的輸電線路動態監測增容系統，其特征在于，所述的系統采用B/S結構，用戶通過IE訪問系統。
5.根據權利要求1所述的輸電線路動態監測增容系統，其特征在于，所述的各在線監測裝置包括輻射傳感器、輸電線路導線溫度傳感器、環境溫度傳感器、高壓取電電路、數據采集和控制電路、數據通訊電路；所述的輻射傳感器、輸電線路導線溫度傳感器、環境溫度傳感器的輸出端分別與數據采集和控制電路的輸入端連接；所述的高壓取電電路輸入端獲取輸電線路導線上的電源，該高壓取電電路的輸出端與數據采集和控制電路的電源端連接；所述的數據采集和控制電路與數據通訊電路之間雙向連接；所述的數據通訊電路通過天線收發信號。
6.根據權利要求5所述的輸電線路動態監測增容系統，其特征在于，所述的高壓取電電路包括一取電電路、一控制電路、一保護電路以及一裝置電源組；所述的取電電路用于從高壓線上取得電能；所述的控制電路完成對取電電路的控制；所述的裝置電源組為裝置提供不同電壓的電源；所述的保護電路用于在高壓線路短路時保護取電電路。
7.根據權利要求5所述的輸電線路動態監測增容系統，其特征在于，所述的數據采集和控制電路包括監控電路、模數轉換電路和微處理器；所述的監控電路完成對微處理器的監控；所述的模數轉換電路將輻射傳感器送來的模擬信號轉換成數字信號后，送到微處理器；所述的微處理器用于將高壓傳輸線溫度傳感器、環境溫度傳感器、輻射傳感器送來的信號計算處理后，送數據通訊電路。
8.一種輸電線路動態監測增容的方法，其特征在于，包括以下步驟a、在高壓傳輸線上合理布置監測點，配置在線監測裝置，設置線路參數；b、從在線監測裝置獲取輸電線路導線溫度和氣象信息，從調度EMS系統獲取線路電流數據，并將所有現場檢測數據利用無線通信網絡和有線網絡進行傳輸到系統主站；c、實時計算穩態限額；d、設定規避風險系數；e、在設定的規避風險系數下，確定數學模型，實時地計算電網“N-1”運行狀態下，安全目標時間下的安全電流值或安全目標電流值下的安全時間，以及在出現相關線路因故障或無故障跳開的運行狀態后，顯示輸電線路導線溫度實時跟蹤模式；f、根據上述合理布置的監測點所配置的監測裝置上傳的實時數據，按設定的規避風險原則和數學模型，進行實時計算和顯示，指示輸電線路的增容運行，使線路的動態增容運行具有可操作性。
9.根據權利要求8所述的一種輸電線路動態監測增容的方法，其特征在于，步驟a所述的配置還包括在線路兩端的變電站或發電廠配置小型氣象站，以及在線路各測點配置可在線監測輸電線路導線溫度、環境溫度和太陽輻射強度的測試裝置。
10.根據權利要求8所述的一種輸電線路動態監測增容的方法，其特征在于，步驟a所述的線路參數設置包括1)設置本線路導線目前運行規程允許工作的溫度限額；2)輸入增容運行前運行規程規定的輸電線路導線的運行電流限額；3)相關線路因故障或無故障跳開后，轉移到本線路的潮流轉移比；4)用于計算線路有功潮流的線路電壓和功率因數。
11.根據權利要求8所述的一種輸電線路動態監測增容的方法，其特征在于，步驟a所述的線路參數設置還包括對控制的安全目標進行設置，包括1)設定安全目標時間相關線路因故障或無故障跳開后，潮流轉移到本線路，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的運行時間；2)設定電流或潮流的安全目標限額相關線路因故障或無故障跳開后，潮流轉移到本線路，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的運行電流或潮流限額。
12.根據權利要求11所述的一種輸電線路動態監測增容的方法，其特征在于，設定安全目標時間中的時間是指處理故障的時間，根據上述設置的參數和實時監測的線路運行狀況和環境氣象條件，系統主站進行實時計算安全目標時間下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的安全電流或潮流值。
13.根據權利要求11所述的一種輸電線路動態監測增容的方法，其特征在于，設定安全目標限額中的限額是指相關線路因故障或無故障跳開后的狀態下本線路最大的電流或潮流限額，根據上述設置的參數和實時監測的線路運行狀況和環境氣象條件，系統主站進行實時計算安全目標限額下，本線路不突破設置的“導線允許工作溫度”的安全時間。
14.根據權利要求8所述的一種輸電線路動態監測增容的方法，其特征在于，步驟c所述的實時計算穩態限額是利用摩爾根公式計算各測點處的等效風速，進而計算各測點的限額值，給出最小值作為該線路的限額值。
15.根據權利要求8所述的一種輸電線路動態監測增容的方法，其特征在于，步驟d所述的設定規避風險系數是指為了輸電線路的安全運行，考慮在線路處于相關線路因故障或無故障跳開狀況后可能出現的風險，和設定規避這個風險的系數；所述系數是以當前的氣象條件為基準，將其做劣化處理，代入數學模型中進行計算，以確保線路處于相關線路因故障或無故障跳開狀況后，導線溫度不突破原規定的溫度限額。
16.根據權利要求8所述的一種輸電線路動態監測增容的方法，其特征在于，步驟e所述的數學模型是指在設定的規避風險系數下，結合摩爾根公式和導線溫升特性，確定“時間限額下的安全電流”、“電流限額下的安全時間”以及“導線溫度實時跟蹤模式”的數學模型。
全文摘要
本發明指一種輸電線路動態監測增容系統及其增容方法，其特點是，系統包括調度EMS系統、增容系統主站、輸電線路以及多個在線監測裝置；調度EMS系統的輸出端與增容系統主站的輸入端連接；在所需增容的輸電線路沿線間隔設置多個在線監測裝置，各在線監測裝置與系統主站之間通過無線通信網絡傳輸連接。利用動態監測增容技術提高輸電線路輸送能力，無需對線路做任何改造，在保持線路現有安全性的條件下，進行輸電線路的增容運行，并具有速度快、投資低、安全性高的優點。
文檔編號G08C17/02GK101034806SQ20061002437
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月6日 優先權日2006年3月6日
發明者錢之銀, 金珩 申請人:華東電力試驗研究院, 華東電網有限公司