移動電池儲能直流融冰系統的功率與容量優化選取方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及融冰系統領域，特別是一種移動電池儲能直流融冰系統的功率與容量 優化選取方法。
【背景技術】
[0002] 冰雪災害對電網、交通和農作物等都有著嚴重的危害，輸配電線路嚴重覆冰會導 致其機械和電氣性能急劇下降，從而導致覆冰事故的發生。雖然福建省地處中國華南，但閩 北、閩東W及閩西的高海拔山區的配電網線路冬季時有覆冰，對居民日常生活和工農業生 產造成了非常不利的影響，2008年尤其嚴重，強冷空氣從1月底開始入侵福建省，持續十多 天的低溫伴隨著凍雨、凍雪、覆冰，電網設施大面積受損，眾多輸配電線路因覆冰發生掉串、 斷線、倒塔而被迫停運，造成閩西北部分220kV及W下系統遭受重創，建寧、邵武、光澤、寧 化、浦城、長汀、泰寧、上杭、武夷山、武平等26個縣（市）部分鄉鎮遭受不同程度的損失，其 中W建寧、邵武、光澤、寧化、浦城五縣市最為嚴重，35kV及W下等級電網發生大面積停電。 及時有效地對輸配覆冰線路進行除融冰是降低電網覆冰災損的重要途徑之一，因此可針對 福建山區中壓線路，研究基于移動電池儲能裝置的中壓線路直流融冰技術，提出該融冰系 統的功率和容量優化選取方法。
【發明內容】
[0003] 有鑒于此，本發明的目的是提供一種移動電池儲能直流融冰系統的功率與容量優 化選取方法，從系統成本的角度出發，提出了成本優化方程，可為基于移動電池儲能直流融 冰系統的功率和容量選取提供依據。
[0004] 本發明采用W下方案實現：一種移動電池儲能直流融冰系統的功率與容量優化選 取方法，包括W下步驟：
[0005] 步驟Sl :提供一移動電池儲能直流融冰系統，所述直流融冰系統包括電池儲能系 統、雙向變流器、DC/DC直流變換器、后臺監控W及開關組合；所述電池儲能系統包括并聯 運行的憐酸鐵裡電池柜與電池管理系統，其中電池柜由一序列憐酸鐵裡電池箱串并聯而 成；
[0006] 步驟S2 :對電網冰區分布情況進行統計；
[0007] 步驟S3 :計算直流融冰系統在直流融冰過程中的電流值；
[000引步驟S4 :計算得出"1-1，1-2"、"1-1，1-1"、"1-2,1-2,1-2種融冰方式下直流融 冰系統的融冰功率、融冰容量W及優化方程。
[0009] 進一步地，所述步驟S2根據不同海拔高度的覆冰厚度對冰區分布情況進行統計， 具體包括W下步驟：
[0010] 步驟S21 :計算標準冰厚：將不同密度、不同形狀的覆冰厚度統一換算為密度 0. 9g/cm3的均勻裹覆在導線周圍的標準覆冰厚度，則標準冰厚按覆冰冰重進行計算，其計 算公式如下所示：
[0012] 式中：b。為標準冰厚；G為冰重；L為覆冰體長度；r為導線半徑；
[0013] 步驟S22 :計算標準冰厚的高度修正與線徑修正：按線路設計規范要求覆冰厚度 應歸算至IOm高處，則高度修正系數如下公式所示：
[0014] Kh= (Z/Z〇r
[0015] 線徑修正系數如下公式所示：
[0016] A'。二 1--0.14((。/%)
[0017] W上式中：Kh為高度修正系數；Z取IOm ;Z。為實測或調查覆冰導線懸掛高度；a為 指數，與風速、含水量與捕獲系數有關，若無實測資料時，a可取值0.22; 為線徑修正系 數；為設計導線直徑，4《40mm 為實測或調查覆冰的導線直徑；
[0018] 步驟S23 :計算不同重現期標準冰厚：按照30年、50年一級100年重現期分別進行 統計，可采用覆冰數據法、CRWL模型法、氣象參量回歸法一級局地地形-氣象影響覆冰等 級模型法確定不同重現期的覆冰厚度；
[0019] 步驟S24 :覆冰厚度隨海拔變化進行修正：覆冰厚度隨海拔高度增加而增加，利用 幾個不同海拔高度計算得到的不同重現期標準冰厚值，擬合出冰厚隨海拔高度變化的指數 公式，如下公式所示：
[0020] Rh= Peah
[0021] 式中：Rh為某一海拔高度h上的冰厚；a和0為待定參數。
[0022] 進一步地，所述步驟S3中，直流融冰系統在直流融冰過程中的融冰電流采用W下 公式計算得出：
[0024] 式中Jmelt為融冰電流；R。為(TC時一米長的導線的電阻值；At為導體溫度與 外界溫度之差；R?為等效冰層傳導熱阻，與導熱系數有關；D為導體覆冰后的外徑；d為導 線直徑；Rn為對流及福射等效熱阻，與風速有關；b為冰層厚度；g。為冰的比重，按雨艙取 0. 9, Tmeit為融冰時間；
[0025] 則直流融冰電流應在最小融冰電流和最大融冰電流之間選取，其中計算最小直流 融冰電流的計算公式如下所示：
[0027] 當加熱導線使其溫度上升到9(TC時，計算最大直流融冰電流的計算公式如下所 示：
[002引式中：Imi。為最小融冰電流；Imax為最大融冰電流；t2為外界溫度；V為風速，其值大 于2m/s;Xi為福射系數。
[0030] 進一步地，所述步驟S4中，直流融冰系統選取覆冰厚度為10mm，單次融冰線路長 度為4km，線路型號為LGJ-120,環境溫度為-4°C，風速為5m/s的環境進行融冰工作，計算所 述直流融冰系統"1-1，1-2,1-2"S種融冰方式下的融冰功率與融冰 容量；其中"1-1 "為融冰電源一進一回接入方式，"1-2"為融冰電源一進兩回接入方式；
[0031] 所述"1-1，1-2"融冰方式具體為：采用兩個DC/DC直流變換器進行融冰，其中第一 DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相相連，另一輸出端與交流母線的B相相連； 第二DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相W及B相相連，另一輸出端與交流母 線的C相相連；
[003引所述"1-1，1-1"融冰方式具體為：采用兩個DC/DC直流變換器進行融冰，其中第一DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相相連，另一輸出端與交流母線的B相相連； 第二DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的B相相連，另一輸出端與交流母線的C相 相連；
[003引所述"1-2,1-2,1-2"融冰方式具體為：采用立個DC/DC直流變換器進行融冰，其中 第一 DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相相連，另一輸出端與交流母線的B相 W及C相相連；第二DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相W及B相相連，另一輸 出端與交流母線的C相相連；第S DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相W及C 相相連，另一輸出端與交流母線的B相相連。
[0034] 進一步地，在所述"1-1，1-2, 1-2"融冰方式下，由于兩相線路并聯均 流，通過并聯線路每路電流接近臨界電流，對并聯覆冰線路基本起不到融冰效果，則在邊界 條件不變的情形下，忽略融冰過程中導線阻抗的變化，選取每次融冰功率為直流變換器的 額定功率：
[003引式中：Ei1,1 2為"1-1，1-2"融冰方式融冰所耗費的電量；E1 1,1 1為"1-1，1-1"融冰 方式融冰所耗費的電量也2,12,12為"1-2, 1-2, 1-2"融冰方式融冰所耗費的電量；Pf為融冰 直流變換器的額定功率，kW;Ii1為一進一回融冰電流；I1 2為一進兩回融冰電流；1為線路 融冰長度；r。為線路的單位長度電阻，不考慮融冰過程中溫度變化對其的影響。
[0037] 進一步地，采用所述"1-1，1-2"融冰方式的融冰電壓和融冰功率分別入W下公式 所示：
[003引 Ui
[0039] 也=2起;'〇/
[0040]式中：Ui1為"1-1"融冰電源接入方式下的直流融冰電壓；P11為"1-1"融冰電源 接入方式下所需的融冰功率。
[00川進一步地，所述直流融冰系統的成本受電池儲能系統、雙向變流器和DC/DC直流 變換器成本的影響，其中電池儲能系統的成本取決于串并聯憐酸鐵裡電池箱的數量與價 格，可得所述直流融冰系統的融冰功率及容量的優化方程如下公式所示，直流融冰電流是 其約束條件：
[0043] 式中：F為直流融冰系統總成本；fpEs為單位功率的PCS價格；f DE DE為單位功率的 DC-DC直流變換器價格；fb為單個電池箱的價格；Pl為單個電池箱的功率；Cl為單個電池箱 的