輸電線路動態(tài)增容技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用
1. 前言
向可持續(xù)和環(huán)境友好型能源供應(yīng)過渡對社會和工業(yè)都是一個挑戰(zhàn),，而電網(wǎng)正成為一個瓶頸,。同時，隨著社會經(jīng)濟持續(xù)快速增長,，用電負荷增長迅速,，而輸電線路的輸送容量受到熱穩(wěn)定限額的制約，遠不能滿足實際需求,。然而,，擴建電網(wǎng)既費時又費錢,。但實際上，已經(jīng)有可能通過依賴天氣的架空線路運行來提高現(xiàn)有容量的利用率,，簡而言之：輸電線路動態(tài)增容（DLR— Dynamic Line Rating）,。
輸電線路動態(tài)增容技術(shù)是在保證系統(tǒng)穩(wěn)定、設(shè)備安全的前提下,，通過對線路的運行狀況和外界環(huán)境進行實時監(jiān)測和分析,，實時計算出滿足熱穩(wěn)定限額的最大輸送容量，并根據(jù)計算結(jié)果進行實時調(diào)整輸送容量,，充分利用線路客觀存在的隱性容量,，提高輸電線路的輸送能力，同時減少輸電設(shè)備的投資,。動態(tài)增容技術(shù)在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定的條件下,，可保證系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全運行，因此有很強的實用性,，對滿足社會經(jīng)濟快速增長有著積極的作用,。
2. 影響輸送容量的因素
輸送容量由載流量決定。載流量是在規(guī)定條件下,，導體能夠連續(xù)承載而不致使其穩(wěn)定溫度超過規(guī)定值的最大電流,。導線溫度的變化受發(fā)熱功率和散熱功率決定，發(fā)熱功率包括：太陽光照射吸熱,、電流作用熱,、磁滯損耗等，散熱功率主要包括有空氣流動引起的熱量流失,、導線自身向外界輻射的熱量等,。綜上，導線實際輸送容量或載流量主要與 2 個因素有關(guān)：
? 自然因素
o 風速風向,、溫濕度,、太陽總輻射，導線溫度等
? 導線的物理性能,。
o 導線的吸收系數(shù),、輻射系數(shù)、最大允許溫度,、導線直徑,、阻抗等
圖1 影響線路載流量的環(huán)境因素
導線的物理性能不在本文的討論范疇。導線隨著溫度的升高而膨脹,，線路下垂,，產(chǎn)生弧垂現(xiàn)象,，垂度同時受到線路的電流負荷和線路周圍的小氣候的影響,。為了更好地監(jiān)控弧垂和凈距控制,，需要對線路周圍的小氣候進行智能可靠的監(jiān)測，監(jiān)測因素包括：大氣溫度,、光輻射,、風速等。下面展示了幾個要素對輸送容量的影響程度：
? 大氣溫度
F 2 ℃的波動 –> 約±2% 容量
F 10 ℃的下降 –> 約+11% 容量
? 光輻射
F 云遮擋 –> 比較小
F 日食 –> +18% 容量
? 風速提高1m/s
F 45゜ –> 約 18% 容量
F 90゜ –> 約 23% 容量
圖2風速對等電流線路溫升的影響
圖3風對線路的影響
從圖2可以看出,，風速越大,，線路的溫升越小,；反之,，風速越小，溫升越大,。圖3直觀的展示了受風影響的一段線路,，溫度較低，線會更加緊繃,；相反,，在無風或弱風狀態(tài)下的線路，溫度更高,，線會變得更松弛,，弧垂越嚴重。
3. 輸電線路動態(tài)增容的概念
在有利的天氣條件下,，導體能承受高達約150%的電流負荷增加或更高,。為了保證極端條件下的安全運行，德國電網(wǎng)運營商根據(jù)所謂的標準仲夏天氣條件計算了很長一段時間,，即：在靜態(tài)環(huán)境下,，溫度35°C（95°F），風速0.6米/秒的弱風和900瓦/平方米的強太陽輻射,。在中歐地區(qū),，這種情況在一年中的只有幾天而已。因此,，在所有其他時間里,，線路可以承受更大的電流負荷。輸電線路動態(tài)增容的目標是使用這些以前未使用的容量,，在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定的條件下或不超過靜態(tài)容量前提下,，來提高傳輸容量，充分利用傳輸線路,。
圖3 輸電線路動態(tài)增容的示意圖
從圖3很清晰地看出,，一個比較長的時間段里（如：1年）， 可以利用的未使用的容量是非常巨大的,。在使用過程中需要注意以下幾點：一,、實時地確定可以利用的真實動態(tài)容量,；二、提高系統(tǒng)的可靠性,；三,、優(yōu)化電網(wǎng)的時效。
4. 動態(tài)增容監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
輸電線路動態(tài)增容實時在線監(jiān)測系統(tǒng),，就是利用傳感器采集這些自然因素,，結(jié)合導線的物理性能 計算出導線的實時載流量，分析并計算出輸電線路的隱性容量,。動態(tài)增容在線監(jiān)測系統(tǒng),，共包括 3部 分：采集終端、動態(tài)增容主站和數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器,。其中,，采集終端包括：機箱、供電,、數(shù)采,、傳輸模塊、各類傳感器和攝像頭,。
5. 氣象要素監(jiān)測解決方案
導體溫度直接接觸測量固然是一種方案,，但是受外界強電磁干擾等因素，測量難度大,。外界環(huán)境因素測量是對導體溫度直接測量的補充,，同時，優(yōu)化動態(tài)容量實時調(diào)整提供數(shù)據(jù)支撐,。OTT Hydromet公司是一家專業(yè)的氣象水文系統(tǒng)解決方案服務(wù)商,，以下產(chǎn)品可以很好的服務(wù)于電網(wǎng)動態(tài)增容系統(tǒng)里。
? 氣象傳感器Lufft WS501,，集成度高,，用于測量溫度、濕度,、氣壓,、太陽輻射、風速和風向
? 安裝在桅桿上,，盡可能精確地測量導線上的主要條件,；
? 用于可靠數(shù)據(jù)收集和存儲的Sutron XLink 500數(shù)據(jù)記錄器；
? 電源和通信由專門設(shè)計的OTT 機柜提供,，由太陽能電池板供電,；
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