用于確定熱電力線路額定值的方法和系統與流程
本發明涉及確定關于架空電力線路的熱電力線路額定值(實時和預測)的方法和系統。
最大可允許電流額定值或載流量主要受限于需要在導電電纜的下垂懸掛/錨定的跨度周圍保持至少最小的安全間隙以防止電弧作用。如果在最大下垂之前達到，電力線路額定值也可能受到最大導體溫度的限制。
背景技術：
滿足使用導電電纜的特定電力線路的設計、安全性和安全標準(諸如電氣間隙)的最大可允許恒定電流額定值在術語“載流量”下是已知的，例如在2007年由國際電力系統國際理事會(cigre)研究委員會b2出版，作為cigre技術手冊第324號“架空線路的下垂張力計算方法”(sag-tensioncalculationmethodsforoverheadlines)。
電力線路額定值(即載流量)可使用智能傳感器動態地估計。現在以對世界各地電力網絡的每日運行有極大興趣地考慮所謂的動態線路額定值。載流量的預測價值也還用于目前的網絡管理，在網絡市場方法之前的幾天，而甚至更長期的方法可用于規劃。中長期，即大約四個小時以上，預測值基于預測的氣象數據，而實時和短時間的載流量預測是基于對作用于電力線路的實際條件的實時和可能的短暫分析，像時間序列。這些條件，包括風速，風向和環境溫度例如可在場上或場附近的實際觀測值進行局部測量、計算或推斷。最普遍的情況是，測量、計算和實際觀測值可通過適當的隨機工具進行組合，以推斷預測的電力線路額定值。
基于各種數據來評估懸掛/錨定的電纜跨度的載流量的方法例如在以下文件中解釋：2000年由crc出版社出版的a.deb的“powerlineampacitysystem”；和來自國際組織的技術手冊，諸如分別在2002年和2012年出版的cigre技術手冊no.207(“thermalbehaviorofoverheadconductors”)和no.498(“guideforapplicationofdirectreal-timemonitoringsystems”)，以及上述cigre技術手冊no.324。這些文件中公開的方法使用按照以下文件中解釋的國際建議進行本地測量或模擬，上述文件例如2006年出版的cigre技術手冊no.299(“guidefortheselectionofweatherparametersforbearoverheadconductorratings”)，或者ieee標準738-2006–2007年出版的用于計算裸露的架空導體的當前溫度的ieee標準。
載流量計算還基于規則跨度概念，其允許將完整的多跨度部分替換為等效的所謂的“規則跨度”，其可在理論上接納所有個體跨度行為，但是該理論背后有很多假設(kiessling等，“overheadpowerlines”，springer2003，第548頁)。
因此，迄今為止所有現有的模型通常使用與狀態變化等式耦合的規則跨度概念(kissling等人，同上，第546頁)和包括氣象數據、導體數據、下垂狀況等的熱等式。
如美國專利號8,184,015中所述，對電力線路，具體而言是高壓架空線路的連續監測對于及時檢測可能導致停電的異常狀況至關重要。在連續的支撐之間的電力線路跨度的下垂的測量確定下垂是否大于最大值在一些國家已經成為強制性要求。
美國專利號8,184,015公開了一種設備和方法，用于連續地監測電力線路跨度上的下垂。這種方法允許僅通過感測在0到幾十赫茲的頻率范圍的機械振動來進行電力線路的機械動態特性的確定。事實上，現場的電力線路總是受到運動和振動的影響，這可能非常小，但是可通過其在時域和頻域的加速度來檢測。
許多不同的測量懸掛/錨定的電纜跨度的下垂的方法也是已知的。試驗性下垂測量的實例在于通過固定在電纜塔上的照相機對固定在被監測的導體上的目標進行光學檢測，如美國專利號6,205,867所述。這種方法的其它實例包括導體溫度或導體在跨度中的張力或傾斜度的測量。導體復制品有時附接到塔上以捕捉吸收的導體溫度無焦耳效應。
除了這些方法僅允許對電力線路進行部分監測的事實之外，這種方法還存在其他缺點：光學技術對由氣象條件引起的可見度的降低敏感，而其他測量方法取決于可能不可用和/或不確定的不確定模型和/或數據，例如，風速、拓撲數據、實際導體特性等。
美國專利號5,933,355公開了一種用于評估電力線路的載流量的軟件。它基于熱模型和規則跨度概念。
美國專利號6,205,867公開了一種基于傾斜測量的電力線路下垂監測器。它基于熱模型和規則跨度概念。
國際公開號wo2010/054072涉及實時電力線路額定值。它聲稱關于風速方向和速度的傳感器的存在，但并沒有公開這些傳感器如何構成。它基于熱模型和規則跨度概念。
美國專利申請公開號2014/0180616與電力線路額定值相關，并且正在使用導體溫度傳感器來校準ieee理論模型，基于lidar和導體溫度點測量的實際間隙觀察清。它通過線性回歸與這兩個值相關。它基于ieee模型校正，因此需要與ieee模型相關的所有數據，包括導體數據、氣象數據和下垂數據。
技術實現要素：
發明目的
本發明的目的在于提供一種評估電力線路的載流量的方法，其不是基于像現有模型(基于規則跨度概念、狀態變化等式和熱平衡)的模型。
本發明的目的聚焦于基于一些傳感器輸出，例如下垂以及有效風速知識(下文定義)和環境溫度(實時或預測)，計算電力線路額定值的方法，而不需要導體數據和電力線路數據的細節，除非非常少的細節，像導體直徑。作為實例，與最大下垂相關的電力線路額定值獲得(以及因此的間隙限制)將不會需要測量或計算導體溫度。
發明內容
首先，在本公開中，有效風速被定義為所考慮的跨度的風速值，其代表，沿著跨度的導體平均溫度，沿著整個懸掛的電纜跨度的平均垂直風速冷卻效應。
現在，本發明的目的是僅使用來自傳感器的輸出，該傳感器給出電力線路部分的至少一個跨度的一個關鍵參數(如下垂)的循環訪問，與關于作用于同一跨度的有效風速的(準)同時信息和流入線路的實際負載電流的知識耦合。這些傳感器允許在幾個月期間-通常是三個月-收集一個關鍵參數，在給定的有效風速，例如下垂相對于電流(以安培為單位)，在相對短的時間間隔，通常是幾分鐘。那些在本公開中所討論的適當處理的輸出足以永遠地確定線路的載流量，不需要其他數據。可補充一個關鍵參數監視器，其實主要是一個如下所述的用于確定載流量的所謂的tan(α)，可安裝以便定期，例如每6個月或根據要求，檢查任何偏差，這是由于從初始值的異常線路數據或下垂變化。
因此，在至少一個說明性實施例中，該方法包括直接或間接監測(即通過其他變量的方式，像攝像機、gps位置、超聲波測量等)一段時間間隔內的所述懸掛/錨定的電纜跨度的至少一個點的下垂、張力、位置、溫度等變量的步驟。
可以例如使用上述美國專利號8,184,015中公開的方法測量下垂，其通過引用并入本專利申請中。
例如可使用上述國際公開wo2014/090416公開的方法來測量有效風速分量，其通過引用并入本專利申請中。如果有效風速不是傳感器的輸出，則必須通過適當的測量推導或從其他數據或輸入推斷。
在至少一個實施例中，如果下垂是傳感器的輸出，則必須知道或測量所述懸掛/錨定的電纜跨度的最大可允許下垂。然后，“下垂余量”是從最大允許值減去現場測量的實際下垂。
如果測量其他變量，諸如張力、溫度、位置，則必要知道與該跨度/部分上的最小可允許間隙相關的最大值或最小值。因此，“張力余量”、“溫度余量”(或最高溫度)或“位置余量”可被定義的或任何其他表示相同間隙效果的變量。
在最大導體溫度是出現間隙限制之前的極限(用于材料劣化極限)的情況下，所使用的系統必須能夠正確地確定可用的導體溫度差數，以便將這種差數轉換為載流量，如本公開所詳述的。
因此，下垂的變化速率(或另一個測量的變量)相對于電流的平方(或非常接近2的指數)進行評估。隱含地，這樣的變化速率將所有材料、機械和氣象作用參數相結合。由于對于給定的實時下垂(或根據使用的傳感器的其他變量)，材料(導體數據)和機械(下垂變化對單個或多個跨度的一部分的幾何靈敏度)參數是準常數(大約數分鐘)，只有氣象參數影響下垂變化速率。可以注意到，環境溫度和太陽輻射雖然影響下垂值本身并不會顯著影響下垂的變化速率相對于電流的平方。
如果受到間隙問題的限制，電力線路熱額定值然后由“下垂余量”或其他“變量余量”的唯一知識推斷，所述其他“變量余量”如溫度余量、張力余量或位置余量，以及由下垂測量和其相對于電流平方的變化速率推斷，如在本發明的詳細描述中所解釋的。
在出現間隙限制之前受限于最大導體溫度(由于材料劣化)的電力線路熱額定值將需要一個進一步的步驟，如稍后本發明的詳細描述中所解釋。本發明不需要任何導體溫度測量但可使用它如果確信可獲得。
因此，在至少一個實施例中，用于導電電纜的所述懸掛/錨定的跨度的最大可允許電流額定值出于該目的根據上述方法確定，并且通過所述電力線路的電流被限制在所述最大可允許額定電流或以下。如果電力線路包括多個連續的懸掛/錨定的電纜跨度，則可以針對這些懸掛/錨定的電纜跨度中的每一個來計算最大可允許的電流額定值，或者針對前面已經被識別為關鍵1的這些懸掛/錨定的電纜跨度的子集，并且通過所述電力線路的電流然后可能被限制在這些最大可允許電流額定值的最低值或以下。
本發明還涉及計算機程序和包含用于實現這些方法的計算機可讀指令集的存儲載體。
一些實例實施例的以上概述不旨在描述本發明的每個公開的實施例或每個實現。具體而言，在本說明書內的任何說明性實施例的選定特征可并入另外的實施例中，除非另外明確說明。
1.多跨度部分的一個關鍵跨度是可能在其他跨度之前達到該跨度的最大可允許下垂的跨度。這可能是由于特定條件，如由于屏蔽效應或取向引起的較低的垂直風速，與沿線等其他情況相比，可能會更快速地生長的障礙物(例如樹木)。在一個部分中可能有幾個關鍵跨度，每個在外部天氣或當地考慮的不同情況下都是至關重要的。
附圖說明
考慮到以下結合附圖對實施例的詳細描述，可以更全面地理解本發明，其中：
-圖1是具有多個懸掛/錨定的導電電纜的跨度的電力線路的示意圖，以及用于確定該跨度的最大可允許電流額定值的系統的實例；
-圖2是示出具有間隙風險證據的電力線路的示意圖，跨度的下垂s不能太大，使得導體以距離(或“間隙”)c接近障礙物，小于定義的最小值；
-圖3是示出使用ieee理論模型說明電力線路中的下垂值相對于電流流量的曲線圖。不同的曲線對應不同的有效風速；
-圖4是示出不同環境溫度和三種不同有效風速下的電力線路中的下垂值相對于電流的平均值的曲線圖。這是為了顯示不同曲線之間的斜率相關性；
-圖5是示出了不同的太陽輻射值和三個不同的有效風速下的電力線路中的下垂值相對于電流的平方的曲線圖。這是為了顯示不同曲線之間的斜率相關性；
-圖6是示出測量的下垂數據相對于環境溫度的的集合的曲線圖，以便獲得下垂溫度關系。這種關系可通過線性擬合點云的下限來獲得(黑點：混合的晝夜觀察；灰點：僅在夜間觀察)；
-圖7示出了在一段時間內由傳感器在平面測量的下垂值(下垂，電流的平方)；在這種情況下，使用上述美國專利8,184,015給出下垂。不同的曲線對應于有效風速的不同范圍，這些風速使用例如，pct專利申請pct/ep2013/055180評估。所有下垂已經調整到參考環境溫度，該溫度被選擇為在現場在典型的年份觀察的環境溫度的中值，在這種情況下為10℃，使用圖6所示的擬合，以確定校正因素，并在夜間繪制，使太陽能入射輻射保持微不足道。直線是在給定有效風速范圍內的點上的線性擬合。
-圖8示出了相對于連續觀察的數目，確定下垂值(或另一個測量變量)的線性變化速率相對于電力線中電流的平方。具體而言，該圖顯示了對于給定范圍的有效風速，例如在圖7示出的點的線性擬合的直線參數的角系數會聚；
-圖9顯示了變化速率，以10-6m/a2的幅度，對應于圖7所示的直線擬合的角度系數，相對于風速。在一定量的時間期間(3個月)從觀察到的下垂推斷出的理論值和實驗值都示出；
-圖10是示出對于給定但未知的環境溫度和太陽輻射以及給定和已知的有效風速的載流量評估的實際情況的曲線圖。本公開的一個應用實例顯示了一側與下垂余量(df)相等的直角三角形，并且在其前方具有角度α2，示出了下垂的變化速率w.r.t.。給定的有效風速的電流平方。額定值平方從(i)穿過測量點的直線，其斜率等于已知的有效風速下的下垂的變化速率，與(ii)最大可允許下垂之間的交點的橫坐標推斷出；
-圖11示出了htls導體的情況，其具有由于根據導體溫度的變化的熱膨脹系數的非線性特性，在所謂拐點處的曲線斜率下垂導體溫度的變化，當鋁線正在稍微壓縮，鋼或復合芯承載所有的張力。
(11.1)是下垂相對于導體溫度，曲線斜率低于等于α1的拐點。以與圖6相似的方式獲得；
(11.2)是導體跨度的下垂相對于電流的平方，曲線斜率低于等于α2的拐點，其與圖9所示的α2相同；
(11.3)是導體溫度相對于具有斜率參數λβ的電流的平方，其中，λβ＝tan(α2)/tan(α1)；
-圖12是示出最大可允許電流額定值的時間演化的曲線圖，根據本發明的方法計算，并與常規季節額定值比較；
-圖13是表示與ieee方法相比，根據本公開的方法(實線)計算出的超過一年的最大允許電流額定值的累積直方圖的曲線圖。
除非另有說明，否則所有前述附圖和觀察點僅出于說明的目的給出，并基于150kv線路上的實際測量或模擬，在多跨度段，所有鋁合金導體aaac445：直徑＝27.45mm；m＝1230kg/km。線路參數如下：規則跨度長度＝342.31m，監控跨度長度＝369m，發射率＝0.9，吸收率＝0.7。
雖然本發明適用于各種修改和替代形式，但是其細節已經通過附圖中的實例示出，并且將在下文中詳細描述。但是，應當理解，其意圖不是將本發明的方面限于描述的實施例。相反，其意圖是覆蓋本發明的范圍內的所有修改、等同物和替代物。
具體實施方式
對于以下定義的術語，除非在權利要求書或本說明書的其他部分給出了不同的定義，否則應適用這些定義。
這里假設所有數值都以術語“約”為前言，無論是否明確指出。術語“約”通常是指本領域技術人員將認為等同于所引用的值(即具有相同的功能或結果)的數量范圍。在許多情況下，術語“約”可指示為包括四舍五入到最近的有效數字的數字。
盡管公開了一些合適的關于各種組件、特征和/或規格的尺寸范圍和/或值，本公開的本領域的技術人員將理解期望的尺寸、范圍和/或值可能偏離明確公開的那些。
如在本說明書和所附權利要求中所使用的，單數形式“a”，“an”和“the”包括復數指示物，除非內容明確另有規定。如在本說明書和所附權利要求中所使用的，術語“或”通常在其意義上被使用，包括“和/或”，除非內容明確另有規定。
應參考附圖來閱讀以下詳細描述，其中在不同附圖中的類似元件被相同地編號。不一定按比例繪制的詳細描述和附圖描繪了說明性地實施例，并不意圖限制本發明的范圍。所示出的說明性實施例僅僅是示例性的。任何說明性實施例的所選特征可被并入另外的實施例中，除非相反地明確指出。
本發明涉及測量關于懸掛/錨定的電纜跨度的電力線路熱額定值。這包括為這種懸掛/錨定的電纜跨度或包括這種懸掛/錨定的電纜跨度的電力線路提供最大可允許的電流額定值，也稱為“載流量”。
圖1示意性地示出了架空電力線路1，其包括由電纜塔3支撐的導電電纜的多個連續的懸掛/錨定的跨度2。在一些懸掛/錨定的電纜跨度2(關鍵的電纜2)被固定在自主設備4上，例如如在上述美國專利號8,184,015中所公開，包括加速度計組，適于監測垂直于電纜的至少兩個軸上的運動；和發射器，用于將由該加速度計組獲得的運動數據發射到遠程數據處理單元5。自主設備4可由流過電力線路1的電流i感應供電。所示系統還必須包括至少一個環境溫度傳感器6和一個電流傳感器7，其可以嵌入4或使用現有的遠程安裝在變電站端的傳感器，并通過系統操作員的調度傳輸，也連接到遠程數據處理單元5。所示系統還可包括一個能夠確定有效風速分量的風速傳感器，其可嵌入到4或使用現有的遠程安裝的傳感器，也連接到遠程數據處理單元5。
2.在腳注1中定義
每個跨度2具有隨著電纜的平均溫度tc而增加的下垂s，因為熱膨脹增加了連續的電纜塔3之間的電纜的長度。增加懸掛/錨定的電纜跨度的下垂總是減小電纜相對于地面或任何地上的障礙物，如樹木或建筑物的間隙c，如圖2示意地示出的。但是，通常需要保持至少一個臨界的最小間隙cmin，以防止架空高壓電力線路的懸掛/錨定的電纜跨度的電弧作用。
還需要將導體溫度保持在臨界最大值以下，以避免導體(和附件)劣化。
本技術人員可使用各種測量該下垂s的方法。例如，在上述美國專利號8,184,015中公開了一種通過分析由自主設備4感測到的運動來測量該下垂s的方法。
下垂s可相對于時間或電流或許多其它變量來繪制。
通用曲線是下垂相對于電流的平方，或者非常接近于2的指數。可根據有效風速、環境溫度和太陽輻射獲得不同的曲線，分別如圖3、圖4和圖5所示。
圖3顯示了對于不同的有效風速典型的導體下垂相對于線路中電流流動。ieee熱模型模擬：ta＝25℃；psun＝1000w/m2；有效風速＝0.5(-)，2(--)，5(…)m/s；粗水平線描繪在75℃＝13.73m的下垂值。
圖4顯示了下垂相對于電流的平方。ieee模型：psun＝0w/m2。有效風速(0.5(-)，2(--)，5(…)m/s)和環境溫度(5℃(三角形)和25℃)參數的混合影響。粗水平線描繪下垂值在75℃＝13.73m。在相同的有效風速下，無論環境溫度如何，角度系數都是準相同的。
圖5顯示下垂相對于電流的平方。ieee模型：ta＝25℃。有效風速(0.5(-)，2(--)，5(…)m/s)和太陽輻射(0和1000(口)w/m2)參數的混合影響；粗水平線描繪下垂值在75℃＝13.73m。在相同的有效風速下，無論太陽輻射如何，角度系數都是準相同的。
太陽輻射的影響以及環境溫度的影響基本上是垂直位移(對于給定的有效風速)，如果考慮下垂相對于i2，針對對應于75℃的最大下垂計算的載流量上的典型誤差小于5％，如圖4和圖5所示。這意味著曲線的變化速率(如果橫坐標被選為具有與r平方的匹配度的電流的平方，超過0.995，其基本上是直線)幾乎不取決于太陽輻射或環境溫度。
下垂和電流的平方之間的明顯的線性關系嚴格意義上是無效的。事實上，隨著電流的增加，導體的電阻率稍微增加，因為這改變了導體溫度。輻射熱損失也隨著電流增加而增加，因為這改變了導體溫度。另一個效果是下垂的幾何剛度隨著下垂本身而變化。最后但并非最不重要的是，導體與溫度的擴展不是完全線性的，特別是對于htls3和acsr4導體以及“拐點”5，但是在本文檔中進一步詳細介紹了這些情況的變通方法。但這些效應非常有限的，存在補償因為一些效應稍微增加下垂變化速率，而其他的則稍微降低該速率，而且一體化，總體效應在載流量評估方面極其有限。
這里使用的方法是基于實際線路行為，而不是基于模型和(有時是不確定的)數據。因此對任何多跨度段構造都是有效的，包括在線路段內的(非常)不等跨度長度，(很多)不平的跨度等的存在。
3.htls＝高溫低下垂導體
4.acsr＝鋁導體鋼加固
5.拐點與一些導體的不同膨脹系數相關，當它們是雙材料(如acsr中的鋁鋼或htls中的鋁復合芯)時。然后，下垂相對于導體溫度曲線在特定的導體溫度下顯示出這樣的拐點，在正常條件下，在幾天的時間跨度內不會顯著地發生。除了導體溫度之外，下垂變化速率(相對于導體溫度)較低。
因此，在給定的下垂(或其他變量測量)值附近，下垂的變化速率(或其他被測量的變量)w.r.t.當前負載流的平方幾乎完全取決于有效風速。知道相對于電流平方的下垂變化速率允許計算載流量，如下文所述。
我們在傳感器安裝后需要幾個月的時間觀察，以建立全部引用的“變化速率”曲線，因為必須觀察具有不同有效風速和不同負載電流的不同事件。將安排這些斜率永久性的監視器，以便檢測由于異常情況(固定的滑動、斷線、塔架運動、雪，冰等的存在)發生任何異常變化。
事件由四元組定義：
-由傳感器測量的變量，
-電流，
-有效風速，
-環境溫度。
側面變量(如果有的話)是太陽輻射。根據傳感器使用的采樣率，采樣速率約為1分鐘或稍長一些，但通常情況下，一個事件的范圍在小于約10分鐘的時間段內。
我們將僅在這里詳細描述下垂是“傳感器測量的變量”的情況。可以容易地推斷對任何其他感興趣的變量的適應。例如，如果張力是來自傳感器的直接輸出，則可使用導體中的張力的倒數或導體溫度來代替下垂。然后將使用相應的載流量限制(最小張力或最大導體溫度)，而不是下垂余量。然而，這些輸出中的一些，如導體張力，將需要額外的數據和建模，如果下垂是傳感器的輸出，可能不是這種情況。具體而言，美國專利號8,184,015中描述的傳感器不需要任何外部數據來計算下垂。
該方法由三個主要連續階段組成：
1)僅基于伴隨的下垂和環境溫度的觀察確定下垂導體的溫度關系。使用該關系將所有“四元組”更新為“t三元組”：環境溫度和下垂可合并為“調整的跨度下垂”，這是在給定的恒定環境溫度下的下垂值；
2)確定調整后的跨度下垂相對于電流平方(或非常接近2的指數)的變化速率。該變化速率化稱為tan(α)；
3)使用tan(α)和下垂余量計算載流量。
這三個階段在下面進一步發展。
階段1
數據存儲優選地限于夜間觀察，因為太陽輻射的影響被取消，但是如果太陽輻射可合理量化并且所有的點校正以消除太陽，也可以使用白天的觀察。如圖6詳細描述的，通過捕獲觀察點(下垂，環境溫度)，可獲得下垂和環境溫度之間的關系，而不需要任何導體或段數據。事實上，測量的點(下垂，環境溫度)給出了具有立方(實際上是準線性)下限曲線的云。該線上的任何點由于太陽能加熱和焦耳效應與更大的下垂事件相關聯。任何低于該底部邊緣的罕見點反映這些調查不感興趣的單一行為。因此，下限曲線表示導體平均溫度等于環境溫度的點。圖。6給出了這樣一個典型的輸出。
更具體地說，圖6顯示了在數月期間下垂相對于與環境溫度(階段1)。圖6(o)還給出了下限立方擬合曲線(實線)。
在這種情況下，線性擬合參數對應于：f＝a.x+b，其中f為下垂，x為環境溫度，a＝0.053[m/k]，b＝9.98[m]；a＝tan(α1)，如本公開中所討論的。該擬合也是場內觀察狀態變化方程的圖像(如kiessling等人，同上，第14章，第546-553頁，詳細描述的)。
因此，下限上的立方(或準線性)擬合實際上提供了所尋求的下垂導體溫度關系(至少在環境溫度范圍內有效，本發明中使用的唯一的)。反過來，這給出將下垂值調整到相同預設參考環境溫度所需的校正因素。參考溫度可例如選為環境溫度的中值(例如10℃)數據集，以最小化平均絕對誤差，因此近似誤差。這允許從上面引用的初始四元祖轉變為三元祖(已調節的下垂、電流、有效風速)，從而減小數據庫的大小。
如此獲得的三元祖優選地按有效風速的范圍分組。使用用于低有效風速的小間隔來選擇這些范圍，因為載流量對低風速范圍更敏感，例如0-0.5、0.5-1、1-1.5、1.5-2、2-3、3-5、5-7等(單位：m/s)。
階段2
圖7示出了在階段1中選擇和分組的這些數據的實例。然后通過線性回歸擬合對應于有效風速范圍的每個點集合。在圖7，顯示大約2年的數據。
更具體地說，圖7顯示了各種有效風速下的已調整跨度下垂相對于電流。
在這種情況下的線性擬合為：f＝a.x+b，其中f是已調整的跨度下垂，x是電流平方，并且發現的參數‘a’實際上是追求那種風速的tan(α2)的值[m/a2]。
在圖7.1中，為了調整跨度下垂，所有的下垂值都被移動到相同的環境溫度10℃，選擇為環境溫度的中值數據集。由于在階段1確定并在圖6示出的立方(準線性)關系，實現下垂轉移。
在圖7.2中，顯示了有效風速的最低范圍(0.5至1m/s)的細節。
一般來說，幾個月的記錄是足夠的。具體而言，考慮特征是平均電流事件超過季節額定值1.5％的連續三個月，在測試的樣品期間獲得滿意的tan(α2)值。只有夜間樣本被考慮。
圖8示出了向階段2(參見圖7.2)中描述的最終tan(α2)的值的會聚或線性擬合參數的最終值的會聚，相對于風級的樣本數(0.5至1m/s)。參數‘a’是追求的tan(α2)值，30個月后獲得的最終值示出(實線水平直線)，最終會聚值(虛線)附近的±15％范圍。這個例子描述了風級(0.5至1m/s)連續三個月的會聚。三個月也是實現所有風級滿意會聚所需的典型持續時間，考慮到在夜間有足夠高電流(>30％i_nominal)的事件(>1.5％)。
圍繞線性擬合的數據的散射(限于約+/-10cm)包括除了組寬本身之外的瞬變和測量誤差。所有這些線性擬合線橫穿接近相同的值的縱坐標軸，這顯然是在所選參考環境溫度下的無負載下垂，沒有來自太陽的入射輻射。
直線擬合的角度系數是下垂速度變化速率(相對于電流的平方)，對于風速值采取為有效風速等級范圍的中值。風速越低，變化速率越高。圖9示出了在上述美國專利號8,184,015和國際公開號wo2014/090416中描述的傳感器的領域中獲得的實驗數據上擬合的曲線。一旦該曲線已經針對每個被監測的跨度被實驗地獲得，只要相應的數據三元組可用，在任何時刻，可針對任何被監測的跨度輕松計算載流量。
這樣的變化速率相對于有效風速可存儲在數據庫中，直到足夠的點可用于產生變化速率相對于有效風速的曲線擬合(如圖9所示)。
如圖9所示，變化速率的特征可以是直線的角度系數(tan(α))。角度系數實際上包括對下垂演化的機械靈敏度的多跨度效應、導體和線數據效應以及氣象效應。多合一！
我們通過添加一些理論考慮來驗證下面的概念。
在圖9中繪出了由tan(α)給出的典型變化速率，相對于有效風速。從ieee模型獲得的理論曲線(如在ieee標準738-2006-計算裸露架空導體的電流溫度的ieee標準，ieee電力工程協會，2007，中詳細描述的)與實驗數據擬合曲線一起繪制(最小二乘法)。這在實踐中很少能夠畫出這樣的與線路實際數據有直接關系的曲線，但由于在現場的仔細分析和測量已經在此獲得。本公開不需要理論曲線，因為所描述的方法不是基于理論曲線的定量方面(替代地，可能使用一些定性方面)，而是實際測量的數據。出于本公開中描述的方法的信息和驗證目的，已經繪制了理論曲線。
然后通過最小二乘擬合推導測量的tan(α)曲線相對于有效風速。基于長期實證觀察的ieee分析實際上已經將風速的指數(在風冷卻效應項中)固定為對于“低風速”的0.52(ieee標準738-2006-ieee“計算裸露架空導體的電流溫度的ieee標準。ieee電力工程協會，2006，第8頁，方程式3a)和對于“高風速”的0.6。
曲線的非線性擬合可使用遵照c＝0.52的等式(1)的指數來完成。也可用“c”作為未知但在接近0.52(范圍通常接近0.4至0.7)的范圍來評估擬合：
其中a和b是正系數，“a”通常在10-6至5×10-6之間；“b”通常為0.10至約0.17。如果v以其他單位表示，而不是以m/s表示，則可能容易發現其他范圍。圖9顯示了從連續三個月的“現場”測量的觀察推斷出的曲線的實例，
圖9顯示了在理論上和“現場觀察”中的tan(α2)，其15％的界限在理論曲線周圍。如上所述，通過應用等式
階段3
然后可從任何實時測量中容易地計算出載流量：讓我們考慮特征為用于已知的有效風速的組合(下垂，電流)的一個測量值。如圖10所示，p是由該組合(下垂，電流平方)在平面上(下垂，電流的平方)定義的點，在已經在橫坐標中選擇電流的平方的情況下。我們首先從之前在階段2建立的通用曲線(圖9)。
然后可繪制圖10所示的直角三角形。直角三角形斜邊由通過p斜率為tan(α2)的直線定義，該直線與最大可允許下垂在點m相交。對于該測量，m的橫坐標對應于載流平方(a2)。通過計算該橫坐標的平方根(下面的公式2)簡單地獲得載流量。
更詳細地，圖10是基于最大可允許下垂(或者，以等同的方式，最小可允許間隙)的對于給定但未知的環境溫度和太陽輻射以及給定和已知的有效風速(在此為2m/s)的載流量評估的實際案例的說明。這是應用本公開的實例，其示出了一側與下垂余量(df)相等的直角三角形，以及與其相對的角度α2，說明了給定的有效風速的下垂的變化速率w.r.t.電流平方。載流量平方從(i)通過測量點(點p)的直線(實心直線)，其斜率在已知的有效風速下等于下垂的變化速率tan(α2)，與(ii)最大可允許下垂之間的相交點的橫坐標的推導出來。還示出了一個可能的理論曲線(虛線：ta＝20℃，psun＝600w/m2，veff＝2m/s)。
這對于任何太陽輻射、任何環境溫度(不需要知道它們的值)都是有效的，因為下垂的變化速率幾乎不取決于這些值。
使用實際的下垂余量(df)、線路中的實際電流(i)，并且對于實際有效風速tan(α)，線路的實際載流量為：
當然，使用一致的單位系統，例如以安培作為電流和載流量的單位，以米作為下垂和下垂余量的單位。tan(α2)可以由α2代替，因為α非常小(在10-6m/a2的量級)。
順便說一下，可從公式(2)中容易地推斷載流量確定的最大誤差，其中變量被認為是獨立的(我們忽略電流的誤差，并將tan(α)代入α)：
δa/a＝1/2(δα/α+相對凹陷誤差)(3)
其中，α項的相對誤差可使用公式(1)表示為相對于有效風速：
作為實例，如果我們可能由于傳感器靈敏度而在下垂時出現錯誤為約2％，那么載流量的誤差5％將與變化速率α(使用公式3)的誤差或接近1m/s的風速的可允許的相對誤差18％相關(使用公式4)。
特殊情況
考慮首先通過最大導體溫度而不是最大下垂來確定載流量的情況，具體而言是對于高溫低下垂(htls)導體。
有時，對于htls導體，載流量不再是必須與最大下垂耦合(盡管器必須在稍后詳細檢查)，而是與最大可允許導體溫度耦合，這將需要進一步考慮，如下所述。
以下實施例基于傳感器可用的下垂值。在張力測量傳感器的情況下，可從張力推斷下垂，下面詳細描述的方法不變。在導體溫度傳感器的情況下，程序可簡化為直接獲得β因素(詳見下面的程序)并且所述程序的一些步驟可跳過。
在這種情況下，需要另外兩個導體數據：在給定參考溫度t0處的每單位長度r0的導體ac歐姆電阻，和k，電阻的溫度系數。
變化速率λ.β(在圖11.3中定義)是初始導體溫度變化速率相對于電流的平方(或非常接近2的指數)。它取決于有效風速，如圖11.3所示。對于給定的風速，這個變化速率沿著顯著的導體溫度范圍(根據導體類型從環境溫度開始到約75℃)幾乎是恒定，因為在該最大可允許導體溫度的下方，通常沒有拐點在該曲線中被觀察到。然而，在較高的溫度下，有兩個矛盾的效應影響導體溫度：導體輻射定律(t4的函數，t在開爾文中)顯著偏離其線性近似，以有助于導體在較高導體溫度下的冷卻，而導體電阻率(通常隨溫度升高)的變化導致更多的導體加熱。兩種效應可在一定范圍的導體溫度上相互補償，但是在給定的值之上，電阻率的增加會更大。這兩種影響都會引起稍微逐漸變大的變化速率，可通過以下公式近似：
導體溫度變化速率＝λ.β+2.λ.β2.k.i2(5)
λ.β是線性部分的變化速率的初始值(β被評估為稍后詳述，并且取決于有效風速)，其中“k”是電阻的溫度系數(對于鋁線通常為0.0036至0.004/℃)，λ是與參考溫度t0(通常為20℃)相關聯的校正因素，用于ac歐姆電阻(由公式7給出)。
換句話說，導體溫度相對于電流的平方可寫成如下：
tc-tc0＝λ.β.i2+λ.β2.k.(i2)2(6)
tc0是無電負載時的初始導體溫度。
λ＝(1+k(tc0-t0))(7)
近似值(5)和(6)有效直到約150℃(圖11.3)。超過這個值，我們建議使用相同的方程式保持，因為相應的評估總是基于最大導體溫度對于載流量確定是保守的。
圖11示出了htls或acsr導體的特殊情況，特征是具有下垂的拐點行為。在這個實例中拐點已經設定在100℃。示出了基于最大可允許導體溫度(tmax)的載流量評估(a)的實例，a也在本公開中由等式(9)給出。
圖11.1是下垂相對于導體溫度，其曲線斜率低于等于α1的拐點。其以與圖6相似的方式獲得。在這種情況下，tan(α1)＝0.039[m/k]。
11.2是導體跨度的下垂相對于電流的平方，取決于有效風速v，曲線斜率低于等于tan(α2)≈α2的拐點，該α2與圖9所示的α2相同。
圖11.3是導體溫度相對于電流，其斜率參數為λβ，取決于有效風速v，λβ＝tan(α2)/tan(α1)。
虛線曲線是ieee計算的。實線曲線是使用α1和α2的近似值。通過使用本公開的公式(6)計算tc0。accr導體(hawk477)與基本情況下具有相同的線路參數。拐點定義在100℃。最大允許導體溫度設定在120℃；ta＝25℃；psun＝0w/m2；有效的風速分別等于0.5，2.5m/s。
不同范圍的有效風速的典型的導體溫度升高(超過初始值)在圖11.3中示出。等式6也示于同一圖上，并被繪制到150℃。在同一圖上，ieee模型也被用于比較和驗證提出的方法。
如果使用導體復制品，則tc0已知沒有任何其他需要。如果不使用，可應用以下程序來捕捉它。
在夜間，空載時的初始導體溫度(tc0)是環境溫度ta(如果忽略反射率)。在有陽光的日子里，必須根據太陽輻射和風速進行校正。如果沒有關于實際太陽輻射的信息，可使用理論值，因為它將基于最大導體溫度給出載流量的保守值。因此，空載時對應的初始導體溫度計算如下：
tc0＝ta+(β.αs.sun.d)/r0(8)
其中“sun”以w/m2表示，是該地點的太陽輻射。如果未知，理論最大值可使用2006年出版的于計算裸露架空導體的電流溫度的ieee標準738-2006，第9頁，公式8和9中詳述的公式計算。如果需要反射率包括在內，必須插在這里；ta是環境溫度(℃)；d是導體外徑(m)；αs是導體吸收率(取0.9，根據2006年出版的cigre技術手冊第299號，第22頁-“用于裸露的架空導體額定值的天氣參數選擇指南”)；r0是網絡頻率上(50或60hz)每單位長度ac導體歐姆電阻(ω/m)。其在參考溫度t0下給出(最通常t0為＝20℃)，并且β是下面詳述的初始導體溫度變化速率的主要部分。這取決于有效的風速。
導體溫度變化速率w.r.t.電流的平方(公式5)不受拐點影響。實際上它由鋁層加熱引導。圖11.3所示的初始變化速率λ.β是兩個其他變化速率之間的比率λ.β＝tan(α2)/tan(α1)，這從本公開已知：
(1)tan(α1)是下垂的變化速率相對于對導體溫度(圖6所示的線性擬合)，在到達拐點(如果有的話)之前(圖11.1)；
(2)tan(α2)是下垂的變化速率w.r.t.電流的平方(圖7和9)。這最后的值在達到拐點(如果有的話)之前也被選擇。(圖11.2)。
對于tan(α2)，使用公式(1)，λ可以以分析方式表示，僅取決于有效風速，對于該程序。
在零電流處，導體溫度曲線的起點被指定為tc0，接近于環境，但在有陽光的日子中不一樣，如上面通過公式(8)詳細描述的。
基于最大導體溫度的載流量的計算
知道最大可用導體溫度tmax由導體制造商固定，具有可接受的差數，或由法律固定，或電力線路所有者固定，則容易獲得與該值相關聯的載流量，如圖11.3所示，用電流“i”作為未知數且tc＝tmax求解方程(6)。這取決于有效風速，因為β取決于它。因此：
其中k的單位為℃-1，β的單位為℃/a2，載流量的單位為安培。
在專利美國專利號8,184,015的情況下可獲得冗余的安全信息，其具有獨立的下垂警報。
(特殊情況結束)。
圖12表示本公開和ieee理論模型在一整天內與實際電流i相比的載流量的時間演變。圖13表示使用本公開和ieee理論模型的一年的靜態或季節額定值的累積分布。兩個圖都說明了最大可允許電流額定值imax的演變或在相同的時間段通過相同的懸掛/錨定的電纜跨度2使用本公開計算的載流量的演變。如這些圖所示，該方法在整個24小時時段提供顯著高于靜態額定值的動態電流額定值。這可以，例如，有助于電網中高度可變電源的集成，具體而言諸如風電的可再生電源。
具體而言，圖12示出根據本公開的方法計算的最大可允許電流額定值的時間演變(實線曲線)，與常規季節額定值(虛線直線)相比較，以ieee方法，使用下垂值、有效風速、測量的環境溫度和推導的太陽輻照(虛線)。
具體而言，圖13示出了根據本公開的方法計算的超過一年的最大可允許電流額定值的累積直方圖(實線曲線)，與ieee方法相比，使用下垂值、有效風速、測量的環境溫度和推導的太陽輻照(虛線曲線)。通常，本公開的方法提供比ieee方法更保守的最大可允許電流額定值。
最大可允許電流額定值imax可至少針對電力線路1的每個關鍵懸掛/錨定的電纜跨度2計算。這些單獨懸掛/錨定的電纜跨度2的最大可允許電流額定值imax組的最小值指出了電力線路1中最受約束的鏈路。因此，該值是整個電力線路1的最大可允許電流額定值，這將用于限制通過電力線路1提供的電流。
一旦對于電力線路獲得了變化速率相對于有效風速，則可用相同的方法來計算長期預測的載流量。在這種情況下，在需要的時間段需要預測的有效速度。生產這種預測的有效風速和其他所需氣象數據的方式不包括在本公開中。
遠程數據處理單元5可以是運行執行這些方法的計算機程序的常規可編程計算機。
該計算機程序可以是存儲在存儲載體中的一組指令的形式。在當前的情境下，“存儲載體”應該理解為意指任何能夠包含可由讀取設備在至少一定時間段讀取的數據的物理介質。這種存儲載體的實例是磁帶和盤、光盤(只讀和可記錄或可重寫)、邏輯電路存儲器，諸如只讀存儲器芯片、隨機存取存儲器芯片和閃存芯片，甚至更外來的數據存儲介質，諸如化學、生化或機械存儲器。
盡管在所示實施例中，數據處理單元5遠離自主設備4，但是它也可以是完全的或部分地集成到一個這樣的自主設備4中，使這些方法的至少一些計算步驟在自主裝置4本身內進行。
本領域技術人員將認識到，本發明可以以除了本文所描述和考慮的具體實施例之外的各種形式來表現。因此，在不脫離如所附權利要求所述的本發明的范圍的情況下，可進行形式和細節的偏離。
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