冰凍天氣輸電線路時(shí)變可靠性計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冰凍天氣輸電線路時(shí)變可靠性計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害比較高發(fā)的國(guó)家。因自然災(zāi)害引發(fā)的電網(wǎng)局部停電事件時(shí)有 發(fā)生。災(zāi)害天氣對(duì)電網(wǎng)的影響嚴(yán)重。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，由于災(zāi)害天氣（線路覆冰、雷擊、大風(fēng) 等）所造成的跳閘占總量的60%以上，2008年南方冰災(zāi)導(dǎo)致很多省市電網(wǎng)大面積受損，造 成電網(wǎng)局部停電；冰凍天氣對(duì)電網(wǎng)可靠性影響較大，輸電線路很多分布在山區(qū)，而山區(qū)溫度 通常比較低，與平原比起來(lái)更容易發(fā)生冰凍，如果在所有的輸電線路上都安裝微氣象監(jiān)測(cè) 設(shè)備，則投資巨大；所以，目前只是部分輸電線路上安裝了微氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備；現(xiàn)有氣象部 門提供的氣象預(yù)報(bào)信息尚不能精確預(yù)報(bào)到單臺(tái)電力設(shè)施（如桿塔），空間密度或是時(shí)間粒 度尚不能滿足輸電線路可靠性評(píng)估的需要，目前輸電線路在冰凍天氣下所引起的可靠性變 化研宄并不充分，現(xiàn)有的研宄沒有考慮到到不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的輸電線段所發(fā)生的元件 故障概率的變化，受氣象信息影響較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)輸電線路小尺度、高精度的元件故障概 率計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供冰凍天氣輸電線路時(shí)變可靠性計(jì)算方法，解決現(xiàn) 有電網(wǎng)存在冰凍氣象信息無(wú)法滿足輸電線路可靠性評(píng)估的問(wèn)題。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：冰凍天氣輸電線路 時(shí)變可靠性計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0005] a)輸電線路冰力可靠性模型構(gòu)建：通過(guò)' =批+ml,計(jì)算冰凍天氣中撞擊到 線路上雪的總質(zhì)量或雨的總質(zhì)量并通過(guò)計(jì)算導(dǎo)線上冰厚增量，其中：mra=pS、 msp= 0. 26VPP°_88,p為降雨率或降雪率（mm/h)、S為水的密度或雪的密度（g/cm3)、Vp= 0? 7k?p (t)Vmax(m/s)、《p (t) =sin|3 (t)為夾角因子、|3 (t)為風(fēng)向與導(dǎo)線間的銳角夾 角、k為地形對(duì)風(fēng)速影響因子、氣象局發(fā)布的地區(qū)最大風(fēng)速（m/s)，Sb為冰密度（g/ cm);通過(guò)4 計(jì)算第i小時(shí)導(dǎo)線冰力載荷及通過(guò)Ab=f(Lb)統(tǒng)計(jì)在不同冰 力載荷下的故障率人b，其中：當(dāng)〇.3dbl<Lb彡0.5dbl時(shí)，人bl= 4.5X10_3/Lb;當(dāng)0.5dbl <Lb彡 0? 9dbl時(shí)，入 b2= 0? 01/Lb;當(dāng) 0? 9dbl<Lb彡Id^時(shí)，入 b3= 0? 015/Lb;當(dāng)ldbl <Lb彡 1.Id，人 b4= 0? 03/Lb;當(dāng) 1.Idbl<Lb彡 1. 2dbl時(shí)，人 b5= 0? 05/Lb;當(dāng) 1. 2dbl <1^彡1.5(1131時(shí)，人136=0.07/113;當(dāng)1.5(1 131<1^時(shí)，人137=0.1/113;其中：(1 131為線路冰力 載荷；
[0006] b)輸電線路風(fēng)力可靠性模型構(gòu)建：通過(guò)計(jì)算輸電線路上的風(fēng)力 1 〇()()() 載荷，其中：D為導(dǎo)線直徑（nun)、T為覆冰厚度、VF=kWp(t)V、Wp(t)為夾角因子、k為地 形對(duì)風(fēng)速影響因子、￥為風(fēng)速；
[0007] 通過(guò)入f=f(W)統(tǒng)計(jì)在不同風(fēng)力載荷下的故障率人f，其中：當(dāng)0? 9dfl<W彡dfl 時(shí)，入 fl= 8Xl〇-4/W;當(dāng)dfl<W彡 1. 1(1"時(shí)，入 f2= 0.005/W;當(dāng) 1.ldfl<W彡 1.2dfl時(shí)， Af3= 0? 006/W;當(dāng) 1. 2dfl<W彡 1. 5dfl時(shí)，入 f4= 0? 03/W;當(dāng) 1. 5dfl<W時(shí)，入 f5= 0? 04/ W;其中：dfl為線路的風(fēng)力載荷；
[0008] C)輸電線路分段冰凍天氣等效模型構(gòu)建：通過(guò)步驟a)計(jì)算的Ab和步驟b)計(jì)算 的入f計(jì)算線路的整體故障率入，其中：人=efAf+ebXb、ef+eb= 1 ;
[0009] d)輸電線路冰凍天氣等效模型構(gòu)建：通過(guò)x(t) =Xp(t)L計(jì)算在長(zhǎng)度L下輸電 電路的停運(yùn)率；
[0010] e)輸電線路時(shí)變可靠性模型構(gòu)建：通過(guò)p(〇l-exp(〇(〃>/?)表示輸電線路 段在時(shí)間fm內(nèi)發(fā)生故障的概率分布；
[0011] f)輸電線路停運(yùn)模型構(gòu)建：通過(guò)/ = 1^，其中：A為故障率（失效次數(shù)/年）、r 為平均修復(fù)時(shí)間（小時(shí)/次）、y為修復(fù)率（修復(fù)次數(shù)/年）、f為平均失效頻率；
[0012]g)系統(tǒng)狀態(tài)分析：通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析計(jì)算，確定系統(tǒng)是否為安全穩(wěn)定運(yùn)行 及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷削減；
[0013] h)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：采用枚舉法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。
[0014] 優(yōu)選的，步驟g)中的系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)獲取模塊、可靠性計(jì)算模塊、系統(tǒng)狀態(tài)分析模 塊、風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算與評(píng)估模塊，所述風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算與評(píng)估模塊包括停電電量期望值計(jì)算單 元、停電功率期望值計(jì)算單元、切負(fù)荷概率計(jì)算單元，通過(guò)數(shù)據(jù)獲取模塊從SCADA/EMS獲取 電網(wǎng)模型，從氣象系統(tǒng)中獲取氣象數(shù)據(jù)，獲取選定區(qū)域的輸電線路各段坐標(biāo)、輸電線路設(shè) 計(jì)風(fēng)速；實(shí)時(shí)獲取冰凍數(shù)據(jù)模塊：用于從氣象系統(tǒng)中獲取冰凍參數(shù)，包括影響區(qū)域半徑、最 大風(fēng)速系統(tǒng)、衰減系統(tǒng)、冰凍中心坐標(biāo)參數(shù)，通過(guò)可靠性計(jì)算模塊構(gòu)建輸電線路冰力、風(fēng)力 可靠性模型，選擇不同的時(shí)刻，不同線路段，計(jì)算輸電線路可靠性隨時(shí)間，空間的變化關(guān) 系；計(jì)算輸電線路停運(yùn)模型，通過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)分析模塊進(jìn)行潮流計(jì)算及切負(fù)荷量計(jì)算，通過(guò)風(fēng) 險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算與評(píng)估模塊實(shí)現(xiàn)停電電量期望值，停電功率期望值，切負(fù)荷概率等風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì) 算，能清楚的表示系統(tǒng)輸電能力的定量指標(biāo)，以清楚反應(yīng)電力系統(tǒng)可靠安全程度及發(fā)生多 類風(fēng)險(xiǎn)的概率及其后果。
[0015] 優(yōu)選的，步驟h)中風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)包括停電電量期望值EENS、停電功率期望值EDNS、切 負(fù)荷概率PLOLP，停電電量期望值EENS用于從電量的角度來(lái)度量由于電網(wǎng)元件故障退出運(yùn) 行而導(dǎo)致無(wú)法滿足用戶負(fù)荷需求的程度，停電功率期望值EDNS用于從功率的角度來(lái)度量 由于電網(wǎng)元件故障退出運(yùn)行而導(dǎo)致無(wú)法滿足用戶負(fù)荷需求的程度，切負(fù)荷概率PLOLP用于 計(jì)算輸電線路或者變壓器停運(yùn)而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)電力不足的概率。
[0016] 優(yōu)選的，所述停電電量期望值EENS通過(guò)= q⑷計(jì)算，所述電功率 1-1 期望值EDNS通過(guò)拉)iVS= #；^Cf(4計(jì)算，切負(fù)荷概率PLOLP通過(guò)n ^計(jì)算，其中： f=l PlOlP ~ .NS EENS是停電電量期望值、n(s)是狀態(tài)s的出現(xiàn)次數(shù)、NS是抽樣的總數(shù)、Ci(s)是第i次抽樣 中狀態(tài)s下的負(fù)荷削減量，計(jì)算方便。
[0017] 優(yōu)選的，步驟g)中的潮流計(jì)算通過(guò)牛頓一拉夫遜迭代法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方便，穩(wěn) 定性能好。
[0018] 綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)輸電線路冰力可靠性模型構(gòu)建、輸電線路風(fēng)力可靠 性模型構(gòu)建、輸電線路分段冰凍天氣等效模型構(gòu)建、輸電線路冰凍天氣等效模型構(gòu)建、輸電 線路時(shí)變可靠性模型構(gòu)建、輸電線路停運(yùn)模型構(gòu)建、系統(tǒng)狀態(tài)分析、電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)輸電線 路進(jìn)行時(shí)變可靠性計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)輸電線路的小尺度、高精度天氣預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)精度能夠精 確到單個(gè)電力設(shè)施，為冰凍天氣下輸電線路風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供更精確的概率計(jì)算依據(jù)，將氣象 因素與元件的故障率聯(lián)系在一起，因?yàn)榭梢越柚收下蕘?lái)計(jì)算電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的概 率推斷，以此來(lái)推斷氣象對(duì)電力運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 冰凍天氣輸電線路時(shí)變可靠性計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0020] a)輸電線路冰力可靠性模型構(gòu)建：通過(guò)《2 = _計(jì)算冰凍天氣中撞擊到 .,m- 線路上雪的總質(zhì)量或雨的總質(zhì)量并通過(guò)M= 計(jì)算導(dǎo)線上冰厚增量，其中：mra=pS、 msp= 0. 26VPP°_88,p為降雨率或降雪率（mm/h)、S為水的密度或雪的密度（g/cm3)、Vp= 0? 7k?p (t)Vmax(m/s)、《p (t) =sinMt)為夾角因子、Mt)為風(fēng)向與導(dǎo)線間的銳角夾角、 k為地形對(duì)風(fēng)速影響因子、氣象局發(fā)布的地區(qū)最大風(fēng)速（m/s)，Sb為冰密度（g/cm3); , 1 ^氣
[0021] 通過(guò)一計(jì)算第i小時(shí)導(dǎo)線冰力載荷及通過(guò)Ab=f(Lb)統(tǒng)計(jì)在不 jidb1ndh 同冰力載荷下的故障率人b，其中：當(dāng)〇.3dbl<Lb彡0.5dbl時(shí)，人bl=4.5X10_3/Lb;當(dāng) 0? 5dbl<Lb 彡 0? 9dbl 時(shí)，人 b2= 0? 01/Lb;當(dāng) 0? 9dbl<Lb 彡ldjt，人 b3= 0? 015/Lb;當(dāng)ldbl <Lb彡 1.Id，人 b4= 0? 03/Lb;當(dāng) 1.Idbl<Lb彡 1. 2dbl時(shí)，人 b5= 0? 05/Lb;當(dāng) 1. 2dbl <1^彡1.5(1131時(shí)，人136=0.07/113;當(dāng)1.5(1 131<1^時(shí)，人137=0.1/113;其中：(1 131為線路冰力 載荷；
[0022] b)輸電線路風(fēng)力可靠性模型構(gòu)建：通過(guò)71計(jì)算輸電線路上的風(fēng)力 16000 載荷，其中：D為導(dǎo)線直徑（nun)、T為覆冰厚度、VF=kWp(t)V、Wp(t)為夾角因子、k為地 形對(duì)風(fēng)速影響因子、V為風(fēng)速；