CN110390495B - 一种输电线路最大允许温度经济性评估方法及系统 - Google Patents

一种输电线路最大允许温度经济性评估方法及系统 Download PDF

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Abstract

本公开提出了一种输电线路最大允许温度经济性评估方法及系统，包括：基于输电线路离散时间段的功率数据，建立输电线路单位小时平均接受功率评估模型；基于输电线路位于不同的温度区间的温度最大值，建立输电线路服役寿命评估模型；基于输电线路运行的总收益及输电线路运行的总成本，建立输电线路投资的年平均利润评估模型；其中，输电线路运行的总收益在计算时基于输电线路一年全时间段内接受的功率计算，输电线路运行的总成本在计算时基于输电线路的服役寿命计算。本公开基于输电线路最大允许温度，进而通过理论计算得到直观的经济性结论，为电网线路线材选型、功率限制等运行参数提供有价值的参考值，融合节约环保型设计理念于电网建设中。

Description

一种输电线路最大允许温度经济性评估方法及系统
技术领域
本公开涉及电网建设技术领域，特别是涉及一种输电线路最大允许温度经济性评估方法及系统。
背景技术
可大规模集中开发利用的可再生能源需要以电能形式从偏远地区通过专用架空输电线路输送至负荷中心。由于可再生能源(风能、光能等)的间歇性和波动性，新能源装机容量及其线路传输容量的配比问题，一直难以协调。
若输电容量规划过高，新能源发电长时间低功率输出，迫使输电线路普遍处于轻载运行状态，输电通道利用率低下。
例如：申请号为201811380371.1的发明专利公开一种互联电网规划方法。它根据规模化风电并网体系尽可能提高电力系统的灵活性，使风电最大程度并网，且考虑搭建互联电网经济性成本的基本思路，建立互联电网的双层规划的数学模型。其主要特点是：模型分为上层规划模型和下层规划模型，上层规划模型确定电网的拓扑结构以做总体决策，下层规划模型在上层规划模型的约束下考虑经济成本，并对上层规划模型进行校验。侧重点在于电网搭建的拓扑结构及平衡区域的划分。
发明内容
本说明书实施方式的目的是提供一种输电线路最大允许温度经济性评估方法，综合考虑电热耦合和全寿命周期成本，提出输电线路最大允许温度评估模型，将为电力行业做输电线路设计规划提供重要依据。
本说明书实施方式提供一种输电线路最大允许温度经济性评估方法，通过以下技术方案实现：
包括：
基于输电线路离散时间段的功率数据，建立输电线路单位小时平均接受功率评估模型，得到输电线路一年全时间段内接受的功率；
基于输电线路位于不同的温度区间的温度最大值，建立输电线路服役寿命评估模型，基于线路抗拉强度的损失，得到输电线路一年内发生故障的总次数，估测输电线路的服役寿命；
基于输电线路运行的总收益及输电线路运行的总成本，建立输电线路投资的年平均利润评估模型，获得输电线路投资的年平均利润，得到最大允许温度；
其中，输电线路运行的总收益在计算时基于输电线路一年全时间段内接受的功率计算，输电线路运行的总成本在计算时基于输电线路的服役寿命计算。
进一步的技术方案，输电线路单位小时平均接受功率评估模型为：
Figure BDA0002168255200000021
其中，Ws为系统全年接受的电能；Ps(n)和Ps(n+1)分别为时间段Δt的始端功率和末端功率；Pm为单位小时平均接受功率。
进一步的技术方案，根据工程应用经验得到常见的最大允许温度范围，在范围内等距逐步改变最大允许温度，得到多组单位小时平均接受功率Pm，进而基于Pm＝Pmax-ATm b拟合得到单位小时平均接受功率的方程，得到理论公式进而便于后续连续值求解，结果更精确；
式中，Pmax为不弃风时的系统平均接受功率；Tm为导体最大允许温度；A和b均为与导体周围环境相关的系数。
进一步的技术方案，输电线路服役寿命评估模型，将全年的温度数据分成n段并统计各时长为t1,t2,…,tn，并认为每个区间ti导线温度Ti保持恒定，由于Ti取各个温度区间的最大值，基于以下三式计算导线的服役寿命Y：
Figure BDA0002168255200000031
式中，
Figure BDA0002168255200000032
为导线运行在温度Ti下抗拉强度损失1％所需的时长；A1、B1、C1、K和R均为与导体材料属性相关的系数；Y为线路的服役寿命；W为导线抗拉强度损失的百分比，通常认为W(R)＝10时，导线的服役寿命可视为结束。
进一步的技术方案，根据工程应用经验得到常见的最大允许温度范围，在范围内等距逐步改变最大允许温度，得到多组导线服役寿命值，使用
Figure BDA0002168255200000033
拟合得到输电线路服役寿命评估方程，得到理论公式进而便于后续连续值求解，结果更精确，式中，C和d需要通过拟合得到，k为修正系数，取值范围为1.05-1.15。
进一步的技术方案，根据Weibull分布，使用下式计算输电线路一年内发生故障的总次数：
Figure BDA0002168255200000034
式中，N(t)为线路在第t年发生故障的总次数，β为形状参数，与导体材料有关；t为导线投运时间，L为线路长度。
进一步的技术方案，依据下式计算线路在服役寿命期间的总成本
Figure BDA0002168255200000041
其中：
Figure BDA0002168255200000042
CA为输电线路运行Y年的总成本；CI为初始投入成本；CaL为线路单位长度的初始投入成本；COt，CMt，CFt分别为线路第t年运行成本、维修成本和故障成本；R为人工材料费用增长率；r为社会贴现率；CD为废弃成本，属于收入型成本；p为废弃成本百分比。
进一步的技术方案，依据下式线路服役寿命期间的总收益：
Figure BDA0002168255200000043
式中，RA为输电线路运行Y年的总收益；a为单位电量的补贴金额。
进一步的技术方案，依据下式计算最终的输电线路投资的年平均利润
Figure BDA0002168255200000044
式中，P为线路运行Y年的平均利润，RA为输电线路运行Y年的总收益，CA为输电线路运行Y年的总成本。
本说明书实施方式提供一种输电线路最大允许温度经济性评估系统，通过以下技术方案实现：
包括：数据采集模块、处理器及显示设备，所述数据采集模块获得输电线路运行中的功率数据，所述处理器被配置为包括以下模块：
输电线路一年全时间段内接受的功率计算模块，基于输电线路离散时间段的功率数据，建立输电线路单位小时平均接受功率评估模型，得到输电线路一年全时间段内接受的功率；
输电线路的服役寿命估测模块，基于输电线路位于不同的温度区间的温度最大值，建立输电线路服役寿命评估模型，基于线路抗拉强度的损失，得到输电线路一年内发生故障的总次数，估测输电线路的服役寿命；
输电线路投资的年平均利润计算模块，基于输电线路运行的总收益及输电线路运行的总成本，建立输电线路投资的年平均利润评估模型，所述获得输电线路投资的年平均利润；
其中，输电线路运行的总收益在计算时基于输电线路一年全时间段内接受的功率计算，输电线路运行的总成本在计算时基于输电线路的服役寿命计算；
显示设备将处理器的处理结果进行显示。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
建立输电线路投资的年平均利润评估模型，为输电线路最大允许温度选取提供依据。输电线路投资的年平均利润评估模型，为输电线路最大允许温度选取提供依据。
本公开基于输电线路最大允许温度，进而通过理论计算得到直观的经济性结论，为电网线路线材选型、功率限制等运行参数提供有价值的参考值，有利于进一步融合节约环保型设计理念于电网建设中。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本发明具体实施方式的组成结构。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例子一
该实施例公开了一种输电线路最大允许温度经济性评估方法，参见附图1所示，首先建立单位小时平均接受功率评估模型、输电线路服役寿命评估模型，其次建立输电线路投资的年平均利润评估模型，最终得到最大允许温度。
关于单位小时平均接受功率评估模型，以等时间间隔的离散数据计算一年全时间段内系统接受的功率。
关于输电线路服役寿命评估模型，对不同最大允许温度下线路的服役寿命进行评估。
关于输电线路投资的年平均利润评估模型，导线服役寿命代入故障率函数得到总成本函数，根据系统的接受电量获得补贴，二者相减取平均得到线路运行的年平均利润，基于年平均利润较高的线路对应的最大允许温度为确定的最大允许温度。
具体实施例子中，步骤1：本步骤主要任务为建立单位小时平均接受功率评估模型，得到一年全时间段内电力输电网络中线路输送的功率Pm。
所述步骤1，包括：
步骤1.1：计算系统接受的电能总和与单位小时平均接受功率。基于基本电力测量设备获得的数据——传输功率，往往以等时间间隔的离散数据获得，因此在一年全时间段内系统接受的功率可以以离散均值的形式给出，即系统接受的电能总和与单位小时平均接受功率分别表示为如下两式：
Figure BDA0002168255200000071
其中，Ws为系统全年接受的电能；Ps(n)和Ps(n+1)分别为时间段Δt的始端功率和末端功率；Pm为单位小时平均接受功率。
步骤1.2：计算中根据工程应用经验得到常见的最大允许温度范围，在范围内等距逐步改变最大允许温度，得到给定线路多组单位小时平均传输功率Pm，进而基于Pm＝Pmax-ATm b拟合得到单位小时平均接受功率的方程，得到理论公式进而便于后续连续值求解，结果更精确。
式中，Pmax为正常运行时系统平均接受功率，可以通过电力系统年度规划得到；Tm为导体最大允许温度；A和b均为与导体周围环境相关的系数。
步骤2：本步骤主要任务为建立输电线路服役寿命评估模型。基于线路抗拉强度的损失，估测输电线路的服役寿命。
所述步骤2，包括：
步骤2.1：将全年的温度数据分成n段并统计各时长为t1,t2,…,tn，并认为每个区间ti导线温度Ti保持恒定，由于Ti一般取各个温度区间的最大值。基于以下三式计算导线的服役寿命Y。
Figure BDA0002168255200000081
式中，
Figure BDA0002168255200000082
为导线运行在温度Ti下抗拉强度损失1％所需的时长；A1、B1、C1、K和R均为与导体材料属性相关的系数；Y为线路的服役寿命；W为导线抗拉强度损失的百分比。通常认为W(R)＝10时，导线的服役寿命可视为结束。
步骤2.2：根据工程应用经验得到常见的最大允许温度范围，在范围内等距逐步改变最大允许温度，得到给定线路多组服役寿命值，使用
Figure BDA0002168255200000083
拟合得到输电线路服役寿命评估方程，得到理论公式进而便于后续连续值求解，结果更精确。式中，C和d需要通过拟合得到，k为修正系数，取值范围为1.05-1.15。
步骤3：本步骤主要任务为输电线路投资的年平均利润评估模型。结合前两个步骤结果完成经济性分析。
步骤3.1：根据Weibull分布，使用下式计算输电线路一年内发生故障的总次数
Figure BDA0002168255200000084
式中，N(t)为线路在第t年发生故障的总次数，β为形状参数，与导体材料有关；t为导线投运时间，L为线路长度。
步骤3.2：导线故障被分为三种类型：一般故障、较大故障和严重故障，发生次数占比分别为α1、α2、α3，故障成本和维修成本的和分别为c1、c2、c3，维修所需时长分别为h1、h2、h3。依据下式计算线路在服役寿命期间的总成本
Figure BDA0002168255200000091
其中：
Figure BDA0002168255200000092
CA为输电线路运行Y年的总成本；CI为初始投入成本；CaL为线路单位长度的初始投入成本；COt，CMt，CFt分别为线路第t年运行成本、维修成本和故障成本；R为人工材料费用增长率；r为社会贴现率；CD为废弃成本，属于收入型成本；p为废弃成本百分比。
步骤3.3：导线故障被分为三种类型：一般故障、较大故障和严重故障，发生次数占比分别为α1、α2、α3，故障成本和维修成本的和分别为c1、c2、c3，维修所需时长分别为h1、h2、h3。依据下式线路服役寿命期间的总收益。
Figure BDA0002168255200000093
式中，RA为输电线路运行Y年的总收益；k为单位电量的补贴金额。N为线路服役期间发生故障的总次数。
步骤4：依据下式计算最终的输电线路投资的年平均利润
Figure BDA0002168255200000094
式中，P为线路运行Y年的平均利润。
实施例子二
本说明书实施方式提供一种输电线路最大允许温度经济性评估系统，通过以下技术方案实现：
包括：数据采集模块、处理器及显示设备，所述数据采集模块获得输电线路运行中的功率数据，所述处理器被配置为包括以下模块：
输电线路一年全时间段内接受的功率计算模块，基于输电线路离散时间段的功率数据，建立输电线路单位小时平均接受功率评估模型，得到输电线路一年全时间段内接受的功率；
输电线路的服役寿命估测模块，基于输电线路位于不同的温度区间的温度最大值，建立输电线路服役寿命评估模型，基于线路抗拉强度的损失，得到输电线路一年内发生故障的总次数，估测输电线路的服役寿命；
输电线路投资的年平均利润计算模块，基于输电线路运行的总收益及输电线路运行的总成本，建立输电线路投资的年平均利润评估模型，所述获得输电线路投资的年平均利润；
其中，输电线路运行的总收益在计算时基于输电线路一年全时间段内接受的功率计算，输电线路运行的总成本在计算时基于输电线路的服役寿命计算；
显示设备将处理器的处理结果进行显示。
该实施例子中具体模块的计算方式参见实施例子一中的计算公式，此处不再进行详细的描述。
可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料的特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种输电线路最大允许温度评估方法，其特征是，包括：
基于输电线路离散时间段的功率数据，建立输电线路单位小时平均接受功率评估模型，得到输电线路一年全时间段内接受的功率；
基于输电线路位于不同的温度区间的温度最大值，建立输电线路服役寿命评估模型，基于线路抗拉强度的损失，得到输电线路一年内发生故障的总次数，估测输电线路的服役寿命；
基于输电线路运行的总收益及输电线路运行的总成本，建立输电线路投资的年平均利润评估模型，获得输电线路投资的年平均利润，得到最大允许温度；为电网线路线材选型、功率限制运行参数提供参考值，有利于电网建设；
其中，输电线路运行的总收益在计算时基于输电线路一年全时间段内接受的功率计算，输电线路运行的总成本在计算时基于输电线路的服役寿命计算；
输电线路单位小时平均接受功率评估模型为：
Figure FDA0003681747230000011
其中，Ws为系统全年接受的电能；Ps(n)和Ps(n+1)分别为时间段Δt的始端功率和末端功率；Pm为单位小时平均接受功率；
根据工程应用经验得到常见的最大允许温度范围，在范围内等距逐步改变最大允许温度，得到多组单位小时平均接受功率Pm，进而基于
Figure FDA0003681747230000012
拟合得到单位小时平均接受功率的方程，得到理论公式进而便于后续连续值求解；
式中，Pmax为不弃风时的系统平均接受功率；Tm为导体最大允许温度；A和b均为与导体周围环境相关的系数；
输电线路服役寿命评估模型，将全年的温度数据分成n段并统计各时长为t1,t2,…,tn，并认为每个区间ti导线温度Ti保持恒定，由于Ti取各个温度区间的最大值，基于以下三式计算导线的服役寿命Y：
Figure FDA0003681747230000021
式中，
Figure FDA0003681747230000024
为导线运行在温度Ti下抗拉强度损失1％所需的时长；A1、B1、C1、K和R均为与导体材料属性相关的系数；Y为线路的服役寿命；W为导线抗拉强度损失的百分比，认为W(R)＝10时，导线的服役寿命可视为结束；
根据工程应用经验得到常见的最大允许温度范围，在范围内等距逐步改变最大允许温度，得到多组导线服役寿命值，使用
Figure FDA0003681747230000025
拟合得到输电线路服役寿命评估方程，得到理论公式进而便于后续连续值求解，式中，C和d需要通过拟合得到，k为修正系数，取值范围为1.05-1.15；
根据Weibull分布，使用下式计算输电线路一年内发生故障的总次数：
Figure FDA0003681747230000022
式中，N(t)为线路在第t年发生故障的总次数，β为形状参数，与导体材料有关；t为导线投运时间，L为线路长度。
2.如权利要求1所述的一种输电线路最大允许温度评估方法，其特征是，依据下式计算线路在服役寿命期间的总成本
Figure FDA0003681747230000023
其中：
Figure FDA0003681747230000031
CA为输电线路运行Y年的总成本；CI为初始投入成本；CaL为线路单位长度的初始投入成本；COt，CMt，CFt分别为线路第t年运行成本、维修成本和故障成本；R1为人工材料费用增长率；r为社会贴现率；CD为废弃成本，属于收入型成本；p为废弃成本百分比。
3.如权利要求2所述的一种输电线路最大允许温度评估方法，其特征是，依据下式线路服役寿命期间的总收益：
Figure FDA0003681747230000032
式中，RA为输电线路运行Y年的总收益；k为单位电量的补贴金额。
4.如权利要求3所述的一种输电线路最大允许温度评估方法，其特征是，依据下式计算最终的输电线路投资的年平均利润
Figure FDA0003681747230000033
式中，P为线路运行Y年的平均利润，RA为输电线路运行Y年的总收益，CA为输电线路运行Y年的总成本。
5.一种输电线路最大允许温度评估系统，其特征是，包括：数据采集模块、处理器及显示设备，所述数据采集模块获得输电线路运行中的功率数据，所述处理器被配置为包括以下模块：
输电线路一年全时间段内接受的功率计算模块，基于输电线路离散时间段的功率数据，建立输电线路单位小时平均接受功率评估模型，得到输电线路一年全时间段内接受的功率；
输电线路的服役寿命估测模块，基于输电线路位于不同的温度区间的温度最大值，建立输电线路服役寿命评估模型，基于线路抗拉强度的损失，得到输电线路一年内发生故障的总次数，估测输电线路的服役寿命；
输电线路投资的年平均利润计算模块，基于输电线路运行的总收益及输电线路运行的总成本，建立输电线路投资的年平均利润评估模型，获得输电线路投资的年平均利润，得到最大允许温度；
其中，输电线路运行的总收益在计算时基于输电线路一年全时间段内接受的功率计算，输电线路运行的总成本在计算时基于输电线路的服役寿命计算；
显示设备将处理器的处理结果进行显示；
输电线路单位小时平均接受功率评估模型为：
Figure FDA0003681747230000041
其中，Ws为系统全年接受的电能；Ps(n)和Ps(n+1)分别为时间段Δt的始端功率和末端功率；Pm为单位小时平均接受功率；
根据工程应用经验得到常见的最大允许温度范围，在范围内等距逐步改变最大允许温度，得到多组单位小时平均接受功率Pm，进而基于
Figure FDA0003681747230000042
拟合得到单位小时平均接受功率的方程，得到理论公式进而便于后续连续值求解；
式中，Pmax为不弃风时的系统平均接受功率；Tm为导体最大允许温度；A和b均为与导体周围环境相关的系数；
输电线路服役寿命评估模型，将全年的温度数据分成n段并统计各时长为t1,t2,…,tn，并认为每个区间ti导线温度Ti保持恒定，由于Ti取各个温度区间的最大值，基于以下三式计算导线的服役寿命Y：
Figure FDA0003681747230000051
式中，
Figure FDA0003681747230000052
为导线运行在温度Ti下抗拉强度损失1％所需的时长；A1、B1、C1、K和R均为与导体材料属性相关的系数；Y为线路的服役寿命；W为导线抗拉强度损失的百分比，认为W(R)＝10时，导线的服役寿命可视为结束；
根据工程应用经验得到常见的最大允许温度范围，在范围内等距逐步改变最大允许温度，得到多组导线服役寿命值，使用
Figure FDA0003681747230000054
拟合得到输电线路服役寿命评估方程，得到理论公式进而便于后续连续值求解，式中，C和d需要通过拟合得到，k为修正系数，取值范围为1.05-1.15；
根据Weibull分布，使用下式计算输电线路一年内发生故障的总次数：
Figure FDA0003681747230000053
式中，N(t)为线路在第t年发生故障的总次数，β为形状参数，与导体材料有关；t为导线投运时间，L为线路长度。
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