CN106503881B - 直流输电线路台风风险的评估方法 - Google Patents

直流输电线路台风风险的评估方法 Download PDF

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Abstract

一种直流输电线路台风风险的评估方法，其包括以下步骤：步骤1、获得直流输电线路A点的风速v以及风向数据；步骤2、计算直流输电线路A点的垂直风速：步骤3、对线路的最大可承受风速进行修正；步骤4、考虑直流输电线路位置以及降压运行的影响，继续对线路的最大可承受风速进行修正；步骤5、得到线路A点发生风偏放电的风险值；步骤6、考虑线路上一次检修后遭受台风的影响累积，获得修正后的线路风险值；步骤7、考虑直流输电线路的重要性以及降压运行的情况，得到线路A点的风险值；步骤8、求出处于不同运行方式下的直流输电线路A点的最终风险值。本发明得到更加贴近实际的风险评估结果，为电网人员合理安排工作提供一种可行判据。

Description

直流输电线路台风风险的评估方法
技术领域
本发明涉及一种直流输电线路台风风险的评估方法。
背景技术
直流输电线路因其输送容量大、输电距离远、电压高等优点，在电网的西电东送事业中起到重要作用。但是也由于这些直流输电线路长度均在1000km以上，极容易受到台风影响，并且这些线路供电容量大，一旦发生故障将极大可能影响电网的稳定运行，对国民经济以及人民生活都将造成重大损失。因此研究直流输电线路在台风天气下的风险评估方法，便于实现实时的风险预警，提前做好防风措施，确保电网稳定安全运行，将台风造成的损失降至最低。
以往的台风风险评估方法大多利用气象局的台风的实况数据和预测数据来推算线路将承受的预测风速并在地形环境的基础上进行模糊修正，算法复杂并且精度不高。另外以往的台风风险评估方法大部分是以交流线路为对象建立的，并未考虑到直流输电线路的拥有多种运行方式的特点，并不完全适用于对直流输电线路进行风险评估。
发明内容
为克服上述现有技术中存有的缺陷，本发明提供一种直流输电线路台风风险的评估方法，在考虑到直流线路运行方式多样性的情况下，得到输电线路的基础风险值，并考虑台风的累计影响、线路重要程度以及降压运行状态，得到更加贴近实际的风险评估结果。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种直流输电线路台风风险的评估方法，其包括以下步骤：
步骤1、获得直流输电线路A点的风速v以及A点的风向数据；
步骤2、计算直流输电线路A点的垂直风速：
vp＝v·sinθ (1)
vp为线路的垂直风速，v为线路A点的风速，θ为线路与风向之间的夹角；
步骤3、通过控制中心获取输电线路杆塔上的微气象在线监测装置测量的雨量信息，考虑输电线路的树障和台风雨量对线路风偏闪络故障的综合影响，对线路的最大可承受风速进行修正：
vd为线路的最大可承受风速，vd’为修正后的线路的最大可承受风速；
at为树障影响系数，ar为雨量系数，ar值与降雨量关系如表1
表1雨量系数与降雨量关系对应表
Figure BDA0001119873510000022
步骤4、考虑直流输电线路位置以及降压运行的影响，继续对线路的最大可承受风速进行修正，得到修正后的最大可承受风速v″d：
v″d＝K1×v′d/β (3)
其中当输电线路被吹得远离塔身时电K1值为2.1，当输电线路被吹靠近塔身时K1值为1，β为直流输电线路的降压运行系数；
β＝U/UN (4)
其中U为线路运行时电压，UN为线路的额定运行电压；
步骤5、通过线路垂直风速与最终修正后的线路最大可承受风速比较，得到线路A点发生风偏放电的风险值，以并以分段复合函数f(v″d,vp)表示线路A点发生风偏放电的风险值R，根据多年运行经验，分段复合函数f(v″d,vp)采用公式(5)表示；
Figure BDA0001119873510000023
步骤6、考虑线路上一次检修后遭受台风的影响累积，根据线路遭受台风十级影响的累积时间求出线路目前的不可靠度，用于对线路的基础风险值进行修正，获得修正后的线路风险值：
R’＝1-ac×(1-R) (6)
其中R’为修正后的线路风险值，ac为线路遭受台风十级风圈影响累积的不可靠度；
步骤7、考虑直流输电线路的重要性以及降压运行的情况，得到线路A点的风险值
Figure BDA0001119873510000031
Figure BDA0001119873510000032
其中α为线路的重要性因子，β为直流输电线路的降压运行系数；
线路的重要性因子为：α＝PLD/PB (8)
其中PLD为线路正常运行时的传输负荷，PB为基准传输负荷；
步骤8、从极控系统中获取直流输电线路的运行方式，并求出处于不同运行方式下的直流输电线路A点的最终风险值
Figure BDA0001119873510000033
其中K10为直流输电线路运行方式的调整系数，根据运行方式的可靠性以及多年运行经验，对于采用中性线方式的直流双极输电系统，K10值为0.5；对于采用中性点两端接地方式的直流双极输电系统，K10值为0.6；对于采用导体回流方式的直流单极输电系统，K10值为0.9；对于采用大地或海水回流方式的直流单极输电系统，K10值为1。
作为本发明的一种改进，所述步骤1包括以下步骤：
步骤11、通过气象台服务器获取台风的实时信息和预测数据，包括台风中心所处坐标(xo,yo)、台风中心风力vo、台风各级风圈半径以及台风移动路径；
步骤12、通过输电线路在线监测系统获取输电线路杆塔上的微气象在线监测装置测量的台风风速va、风向以及降雨量δ的数据；
步骤13、对处于台风七级风圈内的区域划分，以台风中心为圆心，七级风圈为圆均等将处于台风七级风圈内的区域分为12份扇形；
步骤14、对每一个扇形区域，根据台风中心风力vo、台风中心所处经纬度(xo,yo)、该扇形区域在线监测装置测量的台风风速vi以及在线监测装置的所处坐标(xi,yi)进行线性拟合得到区域内的风速计算公式：
v＝b×d+a (10)
则该区域内A点的风速可依公式(10)求出，其中
Figure BDA0001119873510000035
其中d1＝0,v1＝vo；
Figure BDA0001119873510000036
进一步地，所述步骤3中的at具体确定方式如下，采用分段函数表示为：
ds为树障的净空距离，ds1为该等级输电线路最小放电距离，ds2为不会发生树障与可能发生树障的临界点，k为树障的风险趋势指数，k值为1.2。
进一步地，所述步骤5中线路遭受台风十级风圈影响累积的不可靠度ac确定方式如下：
t为该段线路自上次检修后至今所遭受台风十级风圈影响的累积时间,单位小时，μ(t)是线路遭受台风后线路故障率，用线性分段函数表示：
Figure BDA0001119873510000043
根据多年运行经验，K4、K5、K6以及K7的值分别为0.002、0.01、0.02、-0.09，t1值为5。
进一步地，所述步骤7中基准传输负荷PB的值为8000MW。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过杆塔上安装的微气象监测装置以及气象台获取更为精确及丰富的数据，求出预测风速，在考虑直流输电线路运行方式多样情况下得出线路的基础风险值，并在此基础上，考虑台风的累计影响、线路重要程度以及降压运行状态，得到更加贴近实际的风险评估结果，为电网人员合理安排工作提供一种可行判据。
附图说明
图1为本发明直流输电线路台风风险的评估方法的流程图；
图2为本发明确定输电线路A点风速v的流程图；
图3为本发明七级风圈的示意图；
图4为分段复合函数f(v″d,vp)的函数模型图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
如图1所示，一种直流输电线路台风风险的评估方法，其包括以下步骤：
步骤1、获得直流输电线路A点的风速v以及A点的风向数据。
如图2所示，步骤1具体包括以下步骤：
步骤11、通过气象台服务器获取台风的实时信息和预测数据，包括台风中心所处坐标(xo,yo)、台风中心风力vo、台风各级风圈半径以及台风移动路径；
步骤12、通过输电线路在线监测系统获取输电线路杆塔上的微气象在线监测装置测量的台风风速va、风向以及降雨量δ的数据；
步骤13、对处于台风七级风圈内的区域划分，如图3所示，以台风中心为圆心，七级风圈为圆均等将处于台风七级风圈内的区域分为12份扇形；
步骤14、对每一个扇形区域，根据台风中心风力vo、台风中心所处经纬度(xo,yo)、该扇形区域在线监测装置测量的台风风速vi以及在线监测装置的所处坐标(xi,yi)进行线性拟合得到区域内的风速计算公式：
v＝b×d+a (10)
则该区域内A点的风速可依公式(10)求出，其中
Figure BDA0001119873510000051
其中d1＝0,v1＝vo；
Figure BDA0001119873510000052
步骤2、计算直流输电线路A点的垂直风速：
vp＝v·sinθ (1)
vp为线路的垂直风速，v为线路A点的风速，θ为线路与风向之间的夹角。
步骤3、通过控制中心获取输电线路杆塔上的微气象在线监测装置测量的雨量信息，考虑输电线路的树障和台风雨量对线路风偏闪络故障的综合影响，对线路的最大可承受风速进行修正：
Figure BDA0001119873510000053
vd为线路的最大可承受风速，vd’为修正后的线路的最大可承受风速；
at为树障影响系数，ar为雨量系数，ar值与降雨量关系如表1
表1雨量系数与降雨量关系对应表
Figure BDA0001119873510000061
在本实施例中，步骤3中的at具体确定方式如下，采用分段函数表示为：
ds为树障的净空距离，ds1为该等级输电线路最小放电距离，ds2为不会发生树障与可能发生树障的临界点，k为树障的风险趋势指数，k值为1.2。
步骤4、考虑直流输电线路位置以及降压运行的影响，继续对线路的最大可承受风速进行修正，得到修正后的最大可承受风速v″d：
v″d＝K1×v′d/β (3)
其中当输电线路被吹得远离塔身时电K1值为2.1，当输电线路被吹靠近塔身时K1值为1，β为直流输电线路的降压运行系数；
β＝U/UN (4)
其中U为线路运行时电压，UN为线路的额定运行电压。
步骤5、通过线路垂直风速与最终修正后的线路最大可承受风速比较，得到线路A点发生风偏放电的风险值，以并以分段复合函数f(v″d,vp)表示线路A点发生风偏放电的风险值R，根据多年运行经验，分段复合函数f(v″d,vp)采用公式(5)表示；
Figure BDA0001119873510000063
如图4所示为分段复合函数f(v″d,vp)的函数模型图，横坐标的值为
Figure BDA0001119873510000064
纵坐标的值为f(v″d,vp)。
步骤6、考虑线路上一次检修后遭受台风的影响累积，根据线路遭受台风十级影响的累积时间求出线路目前的不可靠度，用于对线路的基础风险值进行修正，获得修正后的线路风险值：
R’＝1-ac×(1-R) (6)
其中R’为修正后的线路风险值，ac为线路遭受台风十级风圈影响累积的不可靠度；
在本实施例中，步骤5中线路遭受台风十级风圈影响累积的不可靠度ac确定方式如下：
Figure BDA0001119873510000071
t为该段线路自上次检修后至今所遭受台风十级风圈影响的累积时间,单位小时，μ(t)是线路遭受台风后线路故障率，用线性分段函数表示：
Figure BDA0001119873510000072
根据多年运行经验，K4、K5、K6以及K7的值分别为0.002、0.01、0.02、-0.09，t1值为5。当t＜5时，输电线路的故障率增长较慢。当t≥5，输电线路的故障率增长速率变快。
步骤7、考虑直流输电线路的重要性以及降压运行的情况，得到线路A点的风险值
Figure BDA0001119873510000073
Figure BDA0001119873510000074
其中α为线路的重要性因子，β为直流输电线路的降压运行系数；
线路的重要性因子为：α＝PLD/PB (8)
其中PLD为线路正常运行时的传输负荷，PB为基准传输负荷。α为线路的重要性因子，以线路正常运行时的传输负荷大小来决定，为了使风险值保持在0到1之间，基准传输负荷取一较大基准值PB＝8000MW。
步骤8、从极控系统中获取直流输电线路的运行方式，并求出处于不同运行方式下的直流输电线路A点的最终风险值
Figure BDA0001119873510000075
Figure BDA0001119873510000076
其中K10为直流输电线路运行方式的调整系数，根据运行方式的可靠性以及多年运行经验，对于采用中性线方式的直流双极输电系统，K10值为0.5；对于采用中性点两端接地方式的直流双极输电系统，K10值为0.6；对于采用导体回流方式的直流单极输电系统，K10值为0.9；对于采用大地或海水回流方式的直流单极输电系统，K10值为1。
综合上述步骤：线路在某一区域A点的风险值为：
Figure BDA0001119873510000077
在对整条直流输电线路的台风风险进行评估时，在输电线路所经过区域取若干个点并计算每个点的风险值，最后取输电线路所经过区域中的最大风险值作为整条线路的风险值。
RL为整条输电线路的风险值，
Figure BDA0001119873510000082
为输电线路在某一区域内i点处的最终风险值。(i＝1,2,3,…,n)
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种直流输电线路台风风险的评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、获得直流输电线路A点的风速v以及A点的风向数据；
步骤2、计算直流输电线路A点的垂直风速：
vp＝v·sinθ (1)
vp为线路的垂直风速，v为线路A点的风速，θ为线路与风向之间的夹角；
步骤3、通过控制中心获取输电线路杆塔上的微气象在线监测装置测量的雨量信息，考虑输电线路的树障和台风雨量对线路风偏闪络故障的综合影响，对线路的最大可承受风速进行修正：
Figure FDA0002268818860000011
vd为线路的最大可承受风速，vd’为修正后的线路的最大可承受风速；
at为树障影响系数，ar为雨量系数，ar值与降雨量关系如表1
表1 雨量系数与降雨量关系对应表
Figure FDA0002268818860000012
步骤4、考虑直流输电线路位置以及降压运行的影响，继续对线路的最大可承受风速进行修正，得到修正后的最大可承受风速v″d：
v″d＝K1×v′d/β (3)
其中当输电线路被吹得远离塔身时K1值为2.1，当输电线路被吹靠近塔身时K1值为1，β为直流输电线路的降压运行系数；
β＝U/UN (4)
其中U为线路运行时电压，UN为线路的额定运行电压；
步骤5、通过线路垂直风速与最终修正后的线路最大可承受风速比较，得到线路A点发生风偏放电的风险值，以并以分段复合函数f(v″d,vp)表示线路A点发生风偏放电的风险值R，分段复合函数f(v″d,vp)采用公式(5)表示；
Figure FDA0002268818860000021
步骤6、考虑线路上一次检修后遭受台风的影响累积，根据线路遭受台风十级影响的累积时间求出线路目前的不可靠度，用于对线路的基础风险值进行修正，获得修正后的线路风险值：
R′＝1-ac×(1-R) (6)
其中R′为修正后的线路风险值，ac为线路遭受台风十级风圈影响累积的不可靠度；
步骤7、考虑直流输电线路的重要性以及降压运行的情况，得到线路A点的风险值
Figure FDA0002268818860000022
其中α为线路的重要性因子，β为直流输电线路的降压运行系数；
线路的重要性因子为：α＝PLD/PB (8)
其中PLD为线路正常运行时的传输负荷，PB为基准传输负荷；
步骤8、从极控系统中获取直流输电线路的运行方式，并求出处于不同运行方式下的直流输电线路A点的最终风险值
Figure FDA0002268818860000024
其中K10为直流输电线路运行方式的调整系数，对于采用中性线方式的直流双极输电系统，K10值为0.5；对于采用中性点两端接地方式的直流双极输电系统，K10值为0.6；对于采用导体回流方式的直流单极输电系统，K10值为0.9；对于采用大地或海水回流方式的直流单极输电系统，K10值为1；
所述步骤1包括以下步骤：
步骤11、通过气象台服务器获取台风的实时信息和预测数据，包括台风中心所处经纬度坐标(xo,yo)、台风中心风力vo、台风各级风圈半径以及台风移动路径；
步骤12、通过输电线路在线监测系统获取输电线路杆塔上的微气象在线监测装置测量的台风风速va、风向以及降雨量δ的数据；
步骤13、对处于台风七级风圈内的区域划分，以台风中心为圆心，七级风圈为圆均等将处于台风七级风圈内的区域分为12份扇形；
步骤14、对每一个扇形区域，根据台风中心风力vo、台风中心所处经纬度坐标(xo,yo)、该扇形区域在线监测装置测量的台风风速vi以及在线监测装置的所处坐标(xi,yi)进行线性拟合得到区域内的风速计算公式：
v＝b×d+a (10)
则该区域内A点的风速可依公式(10)求出，其中
Figure FDA0002268818860000031
其中d1＝0,v1＝vo；
Figure FDA0002268818860000032
2.根据权利要求1所述的直流输电线路台风风险的评估方法，其特征在于：所述步骤3中的at具体确定方式如下，采用分段函数表示为：
Figure FDA0002268818860000033
ds为树障的净空距离，ds1为该等级输电线路最小放电距离，ds2为不会发生树障与可能发生树障的临界点，k为树障的风险趋势指数，k值为1.2。
3.根据权利要求1所述的直流输电线路台风风险的评估方法，其特征在于：所述步骤5中线路遭受台风十级风圈影响累积的不可靠度ac确定方式如下：
Figure FDA0002268818860000035
t为该段线路自上次检修后至今所遭受台风十级风圈影响的累积时间,单位小时，μ(t)是线路遭受台风后线路故障率，用线性分段函数表示：
Figure FDA0002268818860000034
K4、K5、K6以及K7的值分别为0.002、0.01、0.02、-0.09，t1值为5。
4.根据权利要求1所述的直流输电线路台风风险的评估方法，其特征在于：所述步骤7中基准传输负荷PB的值为8000MW。
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