CN107016253A - 一种架空输电线路的热载流定值的分析方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种架空输电线路的热载流定值的分析方法和系统，其中，所述分析方法包括：使用所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据架空输电线路热平衡方程，分别计算每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度，其中，所述所有气象参数为影响架空输电线路的热载流量的所有气象参数；选择影响程度大于或等于预设阈值的气象参数作为关键气象参数；根据关键气象参数的历史数据，计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值；使用所述参数阈值，根据架空输电线路热平衡方程，计算预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值。本申请的技术方案能够结合实际情况提高热载流定值的分析精度。
Description
技术领域
本申请涉及电网技术领域，尤其涉及一种架空输电线路的热载流定值的分析方法和系统。
背景技术
随着国民经济的持续发展，用户对用电负荷的需求日益增长；相应地，架空输电线路的负荷也持续增长，对架空输电线路的输配电能力的要求也越来越高。架空输电线路的输配电能力主要受到架空输电线路的建设规模和架空输电线路的最大允许热载流量(即热载流定值)影响。由于架空输电线路的建设规模受到经济、土地资源及环境保护等多方面的制约而发展相对滞后，因此通过准确计算架空输电线路的热载流定值，分析架空输电线路的最大允许热载流量，挖掘现有电网的输电潜力显得尤为重要。
架空输电线路的热载流定值除了受输电线路的导体材料和几何截面等自身物理因素限制外，还主要受限于架空输电线路自身的导体温度等因素。而输电线路自身的导体温度受到线路自身流经电流产生热量和光照等因素从外界吸收热量，风的对流散热以及线路的辐射散热等因素的共同作用。综上，架空输电线路的热载流定值受到光照、风速、风向和环境温度等气象参数的限制。现有技术通常采用静态的特定的气象参数(如风速0.5m/s、环境温度40℃、日照强度1000W/m2)来确定架空输电线路的热载流定值。
在现有的确定架空输电线路的热载流定值的方法中，上述特定的气象参数在计算能力低下和可用气象数量有限的条件下是较为实用的，然而上述特定的气象参数要求极为苛刻，现实情况中上述气象参数的发生几率非常小，传统的热载流定值分析结果精确程度较低，影响了架空输电线路的利用率。随着气象参数采集技术的快速发展，上述对于架空输电线路的热载流定值的分析方法也亟待改进。
发明内容
本申请提供了一种架空输电线路的热载流定值的分析方案，以解决现有的采用静态的特定的气象参数确定架空输电线路的热载流定值的方法中，热载流定值的分析结果精确程度较低的问题。
第一方面，本申请提供了一种架空输电线路的热载流定值的分析方法，该方法包括：
根据所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据架空输电线路热平衡方程，分别计算每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度，其中，所述所有气象参数为影响架空输电线路的热载流量的所有气象参数；
选择影响程度大于或等于预设阈值的气象参数作为关键气象参数；
根据关键气象参数的历史数据，计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值；
使用所述参数阈值及架空输电线路的预设最高允许运行温度，根据所述架空输电线路热平衡方程，计算预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值。
结合第一方面，在第一方面的第一种可选的实现方式中，所述方法还包括：
根据预设时间尺度内所有关键气象参数的历史数据以及架空输电线路的热载流定值，计算预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布；
根据所述预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布，计算架空输电线路的导体温度超过所述预设最高允许运行温度的发生频率；
使用所述发生频率评估所述预设时间尺度内架空输电线路的运行风险。
结合第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第二种可选的实现方式中，所述根据预设时间尺度内所有关键气象参数的历史数据以及架空输电线路的热载流定值，计算预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布，包括：
使用所述预设时间尺度内每个时刻所有关键气象参数的组合历史数据、以及所述热载流定值，根据所述架空输电线路热平衡方程，计算所述预设时间尺度内各个时刻架空输电线路的导体温度；
统计所述预设时间尺度内所有相同导体温度对应的关键气象参数的组合历史数据的发生频率之和，作为所述架空输电线路的导体温度分布。
结合第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第三种可选的实现方式中，所述方法还包括：
计算同一预设置信水平下不同预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值和导体温度分布，以及不同预设置信水平下同一预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值和导体温度分布；
根据所述热载流定值和导体温度分布，分别评估预设置信水平和预设时间尺度对所述架空输电线路的影响。
结合第一方面及第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第四种可选的实现方式中，所述使用所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据架空输电线路热平衡方程，分别计算每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度，包括：使用所述所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据所述架空输电线路热平衡方程，采用控制变量法分别计算每个气象参数的历史数据对应的热载流量最大值和热载流量最小值；
分别计算每个气象参数的热载流量最大值和热载流量最小值之间的载流差值；
根据所述载流差值的预设等级范围，分别确定每个气象参数对所述热载流量的影响程度。
结合第一方面，在第一方面的第五种可选的实现方式中，所述根据关键气象参数的历史数据，计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值，包括：
根据所述历史数据分别确定预设时间尺度内每个关键气象参数的频率分布；
根据所述频率分布计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值。
第二方面，本申请还提供了一种架空输电线路的热载流定值的分析系统，包括：
影响程度计算模块，用于使用所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据架空输电线路热平衡方程，分别计算每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度，其中，所述所有气象参数为影响架空输电线路的热载流量的所有气象参数；
关键气象参数选择模块，用于选择影响程度大于或等于预设阈值的气象参数作为关键气象参数；
参数阈值计算模块，用于根据关键气象参数的历史数据，计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值；
热载流定值计算模块，用于使用所述参数阈值及架空输电线路的预设最高允许运行温度，根据架空输电线路热平衡方程，计算预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值。
结合第二方面，在第二方面的第一种可选的实现方式中，所述系统还包括：
导体温度分布计算模块，用于根据预设时间尺度内所有关键气象参数的历史数据以及架空输电线路的热载流定值，计算预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布；
发生频率计算模块，用于根据所述预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布，计算架空输电线路的导体温度超过所述预设最高允许运行温度的发生频率；
运行风险评估模块，用于使用所述发生频率评估所述预设时间尺度内架空输电线路的运行风险。
结合第二方面的第一种实现方式，在第一方面的第二种可选的实现方式中，所述导体温度分布计算模块，包括：
导体温度计算子模块，用于使用所述预设时间尺度内每个时刻所有关键气象参数的组合历史数据、以及所述热载流定值，根据所述架空输电线路热平衡方程，计算所述预设时间尺度内各个时刻架空输电线路的导体温度；
温度分布统计子模块，用于统计所述预设时间尺度内所有相同导体温度对应的关键气象参数的组合历史数据的发生频率之和，作为所述架空输电线路的导体温度分布。
结合第二方面的第一种实现方式，在第一方面的第三种可选的实现方式中，所述热载流定值计算模块，还用于计算同一预设置信水平下不同预设时间尺度内以及不同预设置信水平下同一预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值；
所述导体温度分布计算模块，还用于计算同一预设置信水平下不同预设时间尺度内以及不同预设置信水平下同一预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布；
所述分析系统还包括：影响评估模块，用于根据所述热载流定值和导体温度分布，分别评估预设置信水平和预设时间尺度对所述架空输电线路的影响。
本申请提供的架空输电线路的热载流定值的分析方案，通过使用所有能够影响架空输电线路的热载流量的气象参数在预定历史时间段内的历史数据，然后根据架空输电线路热平衡方程，能够计算出每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度，从而筛选影响程度较大的关键气象参数，并根据关键气象参数的历史数据，计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值。进一步根据该参数阈值，使用架空输电线路热平衡方程，计算得到预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值。
由于本申请中计算架空输电线路的热载流定值的关键气象参数是根据所有气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度筛选得到，并且对架空输电线路的热载流量是根据气象参数在预定历史时间段内的历史数据作为依据计算的，另外，关键气象参数的参数阈值是根据关键气象参数的历史数据计算得到，因此上述关键气象参数具有可靠性，且历史数据具有真实性和普遍性，进而相比于背景技术中所述的计算热载流定值的方法中采用发生几率很小的和静态的气象参数的计算方法，计算得到的关键气象参数的参数阈值具有高普遍性和高可靠性，热载流定值的分析结果更加精确。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的第一种架空输电线路的热载流定值的分析方法的流程示意图；
图2为图1所示实施例提供的一种热载流量影响程度计算方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种风速的统计频率分布直方图；
图4为本申请实施例提供的一种周围环境温度的统计频率分布直方图；
图5为本申请实施例提供的一种预设置信水平下不同预设时间尺度的热载流定值示意图；
图6为本申请实施例提供的第二种架空输电线路的热载流定值的分析方法的流程示意图；
图7为图6所示实施例提供的一种导体温度分布计算方法的流程示意图；
图8为本申请实施例提供的一种架空输电线路的温度分布示意图；
图9为本申请实施例提供的一种预设置信水平不同预设时间尺度的架空输电线路的温度分布示意图；
图10为本申请实施例提供的一种不同置信水平下不同时间尺度对应的运行风险分布示意图；
图11为本申请实施例提供的第三种架空输电线路的热载流定值的分析方法的流程示意图；
图12为本申请实施例提供的第一种架空输电线路的热载流定值的分析系统的结构示意图；
图13为本申请实施例提供的第二种架空输电线路的热载流定值的分析系统的结构示意图；
图14为本申请实施例提供的第三种架空输电线路的热载流定值的分析系统的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，为本申请实施例提供的第一种架空输电线路的热载流定值的分析方法的流程示意图。如图1所示，该架空输电线路的热载流定值的分析方法包括以下步骤：
S110：使用所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据架空输电线路热平衡方程，分别计算每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度，其中，所有气象参数为影响架空输电线路的热载流量的所有气象参数。
影响架空输电线路的热载流量的因素主要包括架空输电线路的导体自身特性参数和周围环境的气象参数。其中，导体自身特性参数包括导体直径、导体的预设最高允许运行温度、导体的光照吸收率和导体辐射率等。周围环境的气象参数包括风速、风向、环境温度、日照强度、太阳分时角度和太阳赤纬角度等。上述导体自身特性参数可经过实际测量或实验得到，作为已知量。例如，选用特定地区典型应用的架空输电线路LGJ-400/50型号的钢芯铝绞线，该型号的钢芯铝绞线直径为27.63mm，预设导体的最高允许运行温度为70℃，在架空输电线路表面情况未知的条件下，导体的光照吸收率和导体辐射率分别取值为0.5。
在确定架空输电线路的导体自身特性参数，如预设最高允许运行温度后，通过预定历史时间段内所有气象参数的历史数据，再结合架空输电线路热平衡方程，即能够计算出每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度。由于架空输电线路的热载流量为根据预定历史时间段内所有气象参数的历史数据计算得到的，因此相对于背景中依靠特定条件下的气象参数的计算，提高了热载流量的可靠性和准确性。
其中，如图2所示，图1中步骤S110具体包括以下步骤：
S111：使用所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据架空输电线路热平衡方程，采用控制变量法计算每个气象参数的历史数据对应的热载流量最大值和热载流量最小值。
选取特定的架空输电线路后，在上述已知的导体自身特性参数的基础上，采用控制变量法识别影响架空线路热载流量的关键气象参数。控制变量法，即让所有气象参数中某一气象参数进行变化，保持其他气象参数为固定值，以该气象参数的变化引起的热载流量的变化大小为依据识别关键气象参数。
S113：分别计算每个气象参数的热载流量最大值和热载流量最小值之间的载流差值；
S114：根据载流差值的预设等级范围分别确定每个气象参数对热载流量的影响程度。
其中，架空输电线路热平衡方程包括以下多个方程：
ql＝qr-qs；式中，ql为架空输电线路中电流产生的热量，qs为架空输电线路吸收的太阳热量，qc和qr分别为架空输电线路对流散热量和辐射散热量。在CIGRE(InternationalCouncil on Large Electric systems，国际大电网会议)标准中，忽略蒸发热损耗和电晕损耗等对热平衡方程的影响。
电流作用产生的热量是架空输电线路中导体温度升高的主要原因，对于含铁质材料的导体，电流引起的热量为：式中Idc和Rdc分别为直流电流和直流电阻，α为20℃时导体的电阻温度系数，Tc为架空输电线路中导体自身温度。
对于等方向的散热，导体单位长度吸收的太阳热量为：
其中，
Hs＝arcsin(sinφsinδs+cosφcosδs cosZ)；
ID＝1280sinHs/(sinHs+0.314)；
δs＝23.4sin[360°(284+N)/365]；
n＝arccos[cosHs cos(γs-γc)]；
γs＝arcsin[cosδs sinZ/cosHs]；
B＝(π/2)Id(1+F)；
上面各式中，D为线路的导体直径，αs为架空输电线路中导体对光照的吸收率，Hs为太阳高度角，γs和γc分别为太阳和导体的方位角，δs为赤纬角度，N为一年当中日照天数，Z为太阳分时角度，ID为阳光直射热量，Id为阳光散热热量，F为反照率，η为光线与输电线路的夹角，B为太阳直射热量，φ是纬度。
对流散热分为强制对流和自然对流两种方式，在强制对流情况下，导体对流散热表达式为：qc＝πλf(Tc-Ta)Nu；其中，
Nu＝B1(Re)n；
Re＝DρfVω/μf；
ρf＝ρo exp(-1.16×10-4y)；
λf＝2.42×10-2+7.2×10-5Tf；
μf＝(1.32×10-5+9.5×10-8Tf)ρo；
Tf＝0.5(Tc+Ta)；
上面各式中，Tc为导体温度，即架空输电线路的导体温度，Ta为周围环境温度，λf为空气的热传导率；Nu为努塞尔数，其中B1和n均为系数，取值取决于雷诺数和表面粗糙程度，Re为雷诺数，ρO为海平面空气密度，y为海拔高度，Tf为架空输电线路的导体温度与周围环境温度的平均值，uf为空气粘滞系数。
在自然对流情况下，Nu取决于格拉晓夫数Gr和普朗特数Pr，具体如下：
Nu＝A2(GrPr)m2；
Pr＝0.715-2.5×10-4Tf；
其中，A2和m2为计算努塞尔数的系数；g为重力加速度。
辐射散热受导体直径和表面情况影响，辐射散热表达式如下：qr＝πDεδB[(Tc+273)4-(Ta+273)4]；式中ε为辐射率，新导体和工业风化的导体分别为0.27和0.95，δB为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，其值为5.67×10-8W/(m2*k4)。
在使用上述热平衡方程的各公式计算架空输电线路的热载流量和热载流定值时，将Tc设为该架空输电线路的预设最高允许温度，如70摄氏度。
通过控制变量法，结合预定历史时间段内某一特定的气象参数的历史数据，通过上述架空输电线路热平衡方程，能够得到该气象参数在预定历史时间段内对热载流量的影响，即得到该气象参数的历史数据的变化导致的热载流量的变化量。具体为对应的热载流量最大值和热载流量最小值。进而根据该热载流量最大值和最小值评估每个气象参数对架空输电线路热载流量的影响，从而选出关键气象参数，根据关键气象参数研究架空输电线路能够达到的热载流定值，实现对架空输电线路的热载流定值的准确分析。
具体地，作为一种优选的实施例，所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，为选取自山东大学(威海)天文台，包含2008年11月24日到2015年11月23日共7整年，以1小时为时间间隔的风速、风向和环境温度数据。设定风速、风向和环境温度的变化范围为上述真实气象数据的最大值和最小值；固定值取其平均值；设定日照强度、赤纬角度和太阳分时角度的变化范围为CIGRE标准理论上计算得到的最大值和最小值；日照强度的固定值在夜间(18:00-6:00)取为0W/m2，白天(6:00-18:00)取上述理论计算所得平均值；而赤纬角度和太阳分时角度，这2个参数的递增使得架空输电线路的热载流量的变化趋势呈现非单调性和较强的非线性，为此本申请中赤纬角度的固定值取为0°，对应春分和秋分日；太阳分时角度的固定值取0°，对应中午12点。如此，各气象参数的固定值及变化范围如下：风速：6.4m/s、(0m/s-22.7m/s)；风入射角：45°、(0°-90°)；环境温度：13.0℃、(-13.5℃-42℃)；日照强度：874W/m2、(0W/m2-1747W/m2)；赤纬度角：0°、(-23°27′-+23°27′)；太阳的分时角度：0°、(-180°-180°)。
逐一使上述气象参数中的一个气象参数在其变化范围内变化，同时保持其他参数为固定值，对每一气象参数变化引起的热载流量差值进行计算，结果如表1所示：
表1气象参数对热载流量的影响程度
从表1可以看出风速、环境温度和风向是对线路热载流影响等级较高的关键气象参数；而日照强度、太阳分时角度和赤纬角度对载流量的影响较小。
S120：选择影响程度大于或等于预设阈值的气象参数作为关键气象参数。
其中，影响程度大于或等于预设阈值可根据载流差值所在的预设等级范围进行计算，如表1所示，根据载流差值计算得到的载流差值划分为高低两个预设等级范围，选取高等级对应的气象参数作为关键气象参数，包括风速、环境温度和风向。
S130：根据关键气象参数的历史数据，计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值。其中，预设时间尺度小于关键气象参数的预定历史时间段。
其中，步骤S130具体包括以下内容：根据历史数据分别确定预设时间尺度内每个关键气象参数的频率分布。根据频率分布计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值。
本申请实施例中，关键气象参数主要包括风速、周围环境温度和风向。其中，风速的最大值为22.7m/s，不同年间最大频数风速的最大差值为0.4m/s，不同年同季节最大频数风速的最大差值为1.9m/s，不同年同月份最大频数风速的最大差值为1.8m/s，上述差值的存在说明了采用多年气象数据的统计分析架空输电线路的热载流定值的必要性。同年不同季节最大频数风速的最大差值为3.4m/s，同年不同月份最大频数风速的最大差值为3.3m/s，上述差值的存在说明有必要对热载流定值的时间尺度进行分类划分。风速的统计频率分布直方图如图3所示，按发生频数等于给定频数百分比确定风速阈值，若设置预设置信水平为95％，则对应的低风速阈值为2.2m/s。
关于周围环境温度，从统计数据能够得出周围环境的最高气温为42.0℃，最低气温为-13.5℃，年最大温差为48.9℃；不同年温度平均值的最大差值为1.9℃，不同年同季节温度平均值的最大差值为3.5℃，不同年同月份温度平均值的最大差值为4.3℃；同年不同季节温度平均值的最大差值为27.8℃，同年不同月份温度平均值的最大差值30.4℃，上述差值的存在同样说明了采用统计的方法，基于变化的气象数据驱动不同时间尺度热载流定值的必要性。周围环境温度的统计频率分布直方图如图4所示，若设置预设置信水平为95％，则对应的高温度阈值为27.2℃。
关于风向，风向对架空输电线路的热载流定值影响较大，本申请通过大量的研究指出，与输电线路平行风的散热效果大约是与线路垂直风散热效果的40％。风向有着高度的可变性，尤其是低风速具有非方向性。可以看出风向变化随机性很强，且风的入射角沿架空输电线路的分布变化也是很大的。为此，本申请中各实施例采用长期平均值45°入射角计算线路热载流定值。
通过查询关键气象参数在预定历史时间段内的历史数据，能够确定预设时间尺度内关键气象参数的频率分布。通过设置预设置信水平，即能够得到关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值，进而能够根据所有关键气象参数的参数阈值，对架空输电线路的热载流定值进行计算。
S140：使用参数阈值及架空输电线路的预设最高允许运行温度，根据架空输电线路热平衡方程，计算预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值。在计算热载流定值时，关键气象参数使用参数阈值，其他非关键气象参数可采用平均值进行计算。
本申请各实施例中，预定时间尺度为长时间尺度，即以年、季度和月为单位计算的时间尺度。从理论上讲热载流定值的时间尺度是能够任意选择的，但一般来说，应按气候的季节性变化划分时间尺度。本申请文件中将一年划分为12个月和4个季度，并将上述7整年的气象数据按上述时间尺度分成各个子集，计算每个子集内的风速和环境温度等关键气象参数的频率分布，根据不同的置信水平统计各参数阈值，采用各参数阈值计算上述架空输电线路(如LGJ-400/50型号钢芯铝绞线)在相应时间尺度下架空输电线路的热载流定值。具体地，图5给出了预设置信水平为95％的年定值、季度定值和月定值结果。表2中给出了置信水平为95％时，各时间尺度内关键气象参数中风速和周围环境温度阈值。
表2不同时间尺度气象参数阈值与定值结果(95％置信水平)
从图5和表2可以看出，架空输电线路的最大热载流量出现在冬季的2月份，最小值出现在夏季的8月份，线路热载荷能力呈现了明显的季节依赖性。
表3给出了不同预设置信水平下年定值结果及相应的环境温度和风速阈值，具体如下：
表3不同置信水平下年度气象参数阈值与定值结果
预设置信水平设置为90％对应的气温和风速阈值分别为25.4℃和2.9m/s；预设置信水平为99％对应的气温和风速阈值分别为30.8℃和0.6m/s。预设置信水平由90％变化到99％时，温度升高了5.4℃，风速降低了2.3m/s，而年定值(一年的时间尺度下热载流定值)结果也由1244A降低到745.5A，降低了40.1％。从表3能够看出，随着预设置信水平的变化，环境温度、风速阈值及相应年定值结果的变化是较为明显的。但即使在置信水平为99％的情况下，线路的热载流定值结果745.5A也远大于背景技术中计算得到的架空输电线路的静态热载流定值592A，同样的结论也适用于不同置信水平下的季定值和月定值。通过上述定量分析，进一步说明采用气象数据统计的方法驱动长时间尺度热载流定值可有效提高线路利用率。
综上，由于本申请实施例中计算架空输电线路的热载流定值的关键气象参数是根据所有气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度筛选得到，并且对架空输电线路的热载流量是根据气象参数在预定历史时间段内的历史数据作为依据计算的，另外，关键气象参数的参数阈值是根据关键气象参数的历史数据计算得到，因此上述关键气象参数具有可靠性。且历史数据具有真实性和普遍性，进而相比于背景技术中所述的计算热载流定值的方法中采用发生几率很小的和静态的气象参数的计算方法，计算得到的关键气象参数的参数阈值具有高普遍性和高可靠性，热载流定值的分析结果更加精确。
另外，架空输电线路为导体，具有与其所允许通过的热载流定值对应的预设最高允许运行温度。架空输电线路的实际导体温度受到气象参数的影响，当气象参数变化时，架空输电线路的实际导体温度可能会超过最高允许运行温度，进而给输电线路带来运行风险。为了准确评估架空输电线路的运行风险，如图6所示，本实施例提供的热载流定值的分析方法除了图1所示的各个步骤外，还包括以下步骤：
S150：根据预设时间尺度内所有关键气象参数的历史数据以及架空输电线路的热载流定值，计算预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布。
计算预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布的计算公式也是上述热平衡方程，即根据热载流定值反推架空输电线路的导体温度。
具体地，如图7所示，图6所示步骤S150：根据预设时间尺度内所有关键气象参数的历史数据以及架空输电线路的热载流定值，计算预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布，包括：
S151：使用预设时间尺度内每个时刻所有关键气象参数的组合历史数据、以及热载流定值，根据架空输电线路热平衡方程，计算预设时间尺度内各个时刻架空输电线路的导体温度；S152：统计预设时间尺度内所有相同导体温度对应的关键气象参数的组合历史数据的发生频率之和，作为输电线路的导体温度分布。
具体地，若不考虑某一时刻下气象参数的发生概率，当架空输电线路的热载流定值为95％的预设置信水平下的年定值1109.9A(参见表3)时，假设周围环境温度从-10℃变化到42℃，风速从0m/s变化到22m/s，输电线路温度从-1.89℃变化到159.81℃，图8给出了架空输电线路的温度分布，其中平均温度为36.75℃，远小于最高允许运行温度70℃。只有在非常高的周围环境温度和非常低的风速下，架空输电线路的导体温度会超过最高允许运行温度70℃，这说明当气象参数发生变化，而热载流定值保持为固定值不变时，不同时间尺度对应的不同热载流定值的结果是趋于保守的，缩短热载流定值的时间尺度可有效挖掘线路所允许的热载流能力。
S160：根据预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布，计算架空输电线路的导体温度超过预设最高允许运行温度的发生频率。
S170：使用发生频率评估预设时间尺度内架空输电线路的运行风险。
本实施例中利用2008年11月24日至2015年11月23日总共7整年的气象数据，在不同的置信水平下通过统计分析得出年定值、季定值和月定值结果。设定当前运行年度为第8年，即2015年11月24日至2016年11月23日。本申请实施例利用当前运行年度的气象数据对上述定值结果进行运行风险分析，当流经线路电流为95％置信水平下的年定值、季定值和月定值(见表2)时，图9给出了95％置信水平下不同时间尺度对应的输电线路温度频率分布。参见图9，当前运行年度下，年定值对应导体运行温度的最大值、平均值和最小值分别为160.1℃、37.0℃和-1.9℃；季定值对应导体运行温度的最大值、平均值和最小值分别为222.0℃、40.3℃和2.7℃；月定值对应导体运行温度的最大值、平均值和最小值分别为227.2℃、41.9℃和3.2℃。表4给出了年定值、季定值和月定值的运行风险，分别为3.05％和3.70％和4.01％；而年定值、季定值和月定值的平均值相对于传统的静态热载流定值分别提高了87.5％，102.3％和108.3％。从图9和表4可以看出，随着定值尺度的减小，架空输电线路的热载流定值的结果提高较大，但运行风险上升幅度较小，这也进一步说明了缩短热载流定值的时间尺度的必要性。
表4 95％置信水平下定值结果分析
图10给出气象参数不同置信水平(90％-99％，按1％递增)下的不同时间尺度定值结果(平均值)对应的运行风险，当置信水平为99％时对应的年定值、季定值和月定值平均值分别为745.5A、836.0A和864.6A，运行风险分别为0.14％、0.15％和0.17％，当置信水平为90％对应的年定值、季定值和月定值平均值分别为1244.0A、1338.0A和1368.7A，运行风险分别为5.88％、6.45％和6.87％，随着置信水平的减小，架空输电线路的热载流定值会增加，同时运行风险也随之加大，关键气象参数的参数阈值和预设置信水平对热载流定值的结果及其运行风险的影响较大。同时从图10也能够看出，在相同的预设置信水平下，各时间尺度下的定值结果对应的运行风险的差值未超过1％，热载流定值的时间尺度对运行风险影响较小。权衡电网运行的经济性和安全性，根据电网可以承受的运行风险，确定合适的参数阈值和置信水平，并在计量、通讯和计算水平允许下，电网运行与控制动作复杂性可以承受的情况下尽量缩短热载流定值的定值时间尺度。
通过关键气象参数的历史数据以及架空输电线路的热载流定值，能够使用原架空输电线路热平衡方程计算得到预设时间尺度(如一年、一个季度或一个月)内架空输电线路的导体温度分布，进而使用该导体温度分布能够准确计算得到架空输电线路中导体温度超过预设最高允许运行温度的发生概率，并使用该发生概率精确评估预设时间尺度内架空输电线路的运行风险。相比于现有技术中通过静态的气象参数得到的热载流定值，计算架空输电线路中的导体温度方法，本申请实施例提供的方法计算得到的发生概率和运行风险更加精确。
如图11所示，图11所示实施例提供的热载流定值的分析方法除了图1所示的各个步骤外，还包括：
S180：计算同一预设置信水平下不同预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值和导体温度分布，以及不同预设置信水平下同一预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值和导体温度分布。
S190：根据热载流定值和导体温度分布，分别评估预设置信水平和预设时间尺度对架空输电线路的影响。
通过计算同一预设置信水平不同预设时间尺度内以及不同预设置信水平同一预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值和导体温度分布，从而能够准确评估预设置信水平和预设时间尺度对架空输电线路的影响。
风速、环境温度和风向是影响架空线路载流定值的关键气象参数。基于关键气象参数的变化驱动长时间尺度热载流定值能够有效挖掘现有输电线路的输电潜力。参数阈值的置信水平和热载流定值的时间尺度是影响架空输电线路热载流定值的两个重要参数。随着置信水平和定值尺度的减小，热载流定值的结果均有所增大。但参数阈值的置信水平对运行风险影响较大，需要根据电网能够承受的运行风险，确定合适的参数阈值和预设置信水平，以对电网的输电能力和运行风险进行研究；定值的时间尺度对运行风险影响较小，在电网运行与控制复杂性允许下，缩短热载流定值的时间尺度可有效提升架空输电线路的利用率。
请参见图12，图12为本申请实施例提供的第一种架空输电线路的热载流定值的分析系统的结构示意图，如图12所示，该热载流定值的分析系统包括：
影响程度计算模块101，用于使用所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据架空输电线路热平衡方程，分别计算每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度，其中，所有气象参数为影响架空输电线路的热载流量的所有气象参数；
关键气象参数选择模块102，用于选择影响程度大于或等于预设阈值的气象参数作为关键气象参数；
参数阈值计算模块103，用于根据关键气象参数的历史数据，计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值；
热载流定值计算模块104，用于使用参数阈值即架空输电线路的预设最高允许运行温度，根据架空输电线路热平衡方程，计算预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值。
由于本申请中计算架空输电线路的热载流定值的关键气象参数是根据所有气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度筛选得到，并且对架空输电线路的热载流量是根据气象参数在预定历史时间段内的历史数据作为依据计算的，另外，关键气象参数的参数阈值是根据关键气象参数的历史数据计算得到，因此上述关键气象参数具有可靠性，且历史数据具有真实性和普遍性，进而相比于背景技术中所述的计算热载流定值的方法中采用发生几率很小的和静态的气象参数的计算方法，计算得到的关键气象参数的参数阈值具有高普遍性和高可靠性，热载流定值的分析结果更加精确。
如图13所示，本实施例中的热载流定值的分析系统除了图12所示的各个结构外，还包括以下模块：
导体温度分布计算模块105，用于根据预设时间尺度内所有关键气象参数的历史数据以及架空输电线路的热载流定值，计算预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布；
发生频率计算模块106，用于根据预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布，计算架空输电线路的导体温度超过预设最高允许运行温度的发生频率；
运行风险评估模块107，用于使用发生频率评估预设时间尺度内架空输电线路的运行风险。
其中，导体温度分布计算模块105，包括：导体温度计算子模块，用于使用预设时间尺度内每个时刻所有关键气象参数的组合历史数据、以及热载流定值，根据架空输电线路热平衡方程，计算预设时间尺度内各个时刻架空输电线路的导体温度；温度分布统计子模块，用于统计预设时间尺度内所有相同导体温度对应的关键气象参数的组合历史数据的发生频率之和，作为输电线路的导体温度分布。
另外，热载流定值的分析系统中，热载流定值计算模块104，还用于计算同一预设置信水平下不同预设时间尺度内以及不同预设置信水平下同一预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值；导体温度分布计算模块105，还用于计算同一预设置信水平下不同预设时间尺度内以及不同预设置信水平下同一预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布；如图14所示，作为一种实施例，图12所示实施例提供的热载流定值的分析系统还包括：影响评估模块108，用于根据热载流定值和导体温度分布，分别评估预设置信水平和预设时间尺度对架空输电线路的影响。
具体实现中，本申请还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本申请提供的呼叫方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (10)
1.一种架空输电线路的热载流定值的分析方法，其特征在于，包括：
使用所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据架空输电线路热平衡方程，分别计算每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度，其中，所述所有气象参数为影响所述热载流量的所有气象参数；
选择影响程度大于或等于预设阈值的气象参数作为关键气象参数；
根据关键气象参数的历史数据，计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值；
使用所述参数阈值及架空输电线路的预设最高允许运行温度，根据所述架空输电线路热平衡方程，计算预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据预设时间尺度内所有关键气象参数的历史数据以及架空输电线路的热载流定值，计算预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布；
根据所述预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布，计算架空输电线路的导体温度超过所述预设最高允许运行温度的发生频率；
使用所述发生频率评估预设时间尺度内架空输电线路的运行风险。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预设时间尺度内所有关键气象参数的历史数据以及架空输电线路的热载流定值，计算预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布，包括：
使用所述预设时间尺度内每个时刻所有关键气象参数的组合历史数据、以及所述热载流定值，根据所述架空输电线路热平衡方程，计算所述预设时间尺度内各个时刻架空输电线路的导体温度；
统计所述预设时间尺度内所有相同导体温度对应的关键气象参数的组合历史数据的发生频率之和，作为所述架空输电线路的导体温度分布。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
计算同一预设置信水平下不同预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值和导体温度分布，以及不同预设置信水平下同一预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值和导体温度分布；
根据所述热载流定值和导体温度分布，分别评估预设置信水平和预设时间尺度对所述架空输电线路的影响。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述使用所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据架空输电线路热平衡方程，分别计算每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度，包括：
使用所述所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据所述架空输电线路热平衡方程，采用控制变量法分别计算每个气象参数的历史数据对应的热载流量最大值和热载流量最小值；
分别计算每个气象参数的热载流量最大值和热载流量最小值之间的载流差值；
根据所述载流差值的预设等级范围，分别确定每个气象参数对所述热载流量的影响程度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据关键气象参数的历史数据，计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值，包括：
根据所述历史数据分别确定预设时间尺度内每个关键气象参数的频率分布；
根据所述频率分布计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值。
7.一种架空输电线路的热载流定值的分析系统，其特征在于，包括：
影响程度计算模块，用于使用所有气象参数在预定历史时间段内的历史数据，根据架空输电线路热平衡方程，分别计算每个气象参数对架空输电线路的热载流量的影响程度，其中，所述所有气象参数为影响所述热载流量的所有气象参数；
关键气象参数选择模块，用于选择影响程度大于或等于预设阈值的气象参数作为关键气象参数；
参数阈值计算模块，用于根据关键气象参数的历史数据，计算预设时间尺度内每个关键气象参数在预设置信水平下的参数阈值；
热载流定值计算模块，用于使用所述参数阈值及架空输电线路的预设最高允许运行温度，根据架空输电线路热平衡方程，计算预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：
导体温度分布计算模块，用于根据预设时间尺度内所有关键气象参数的历史数据以及架空输电线路的热载流定值，计算预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布；
发生频率计算模块，用于根据所述预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布，计算架空输电线路的导体温度超过所述预设最高允许运行温度的发生频率；
运行风险评估模块，用于使用所述发生频率评估预设时间尺度内架空输电线路的运行风险。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述导体温度分布计算模块，包括：
导体温度计算子模块，用于使用所述预设时间尺度内每个时刻所有关键气象参数的组合历史数据、以及所述热载流定值，根据所述架空输电线路热平衡方程，计算所述预设时间尺度内各个时刻架空输电线路的导体温度；
温度分布统计子模块，用于统计所述预设时间尺度内所有相同导体温度对应的关键气象参数的组合历史数据的发生频率之和，作为所述架空输电线路的导体温度分布。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述热载流定值计算模块，还用于计算同一预设置信水平下不同预设时间尺度内以及不同预设置信水平下同一预设时间尺度内架空输电线路的热载流定值；
所述导体温度分布计算模块，还用于计算同一预设置信水平下不同预设时间尺度内以及不同预设置信水平下同一预设时间尺度内架空输电线路的导体温度分布；
所述分析系统还包括：影响评估模块，用于根据所述热载流定值和导体温度分布，分别评估预设置信水平和预设时间尺度对所述架空输电线路的影响。
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