输电线路动态增容技术在智能电网中的应用

输电线路动态增容技术在智能电网中的应用

1.     前言

       向可持续和环境友好型能源供应过渡对社会和工业都是一个挑战，而电网正成为一个瓶颈。同时，随着社会经济持续快速增长，用电负荷增长迅速，而输电线路的输送容量受到热稳定限额的制约，远不能满足实际需求。然而，扩建电网既费时又费钱。但实际上，已经有可能通过依赖天气的架空线路运行来提高现有容量的利用率，简而言之：输电线路动态增容（DLR— Dynamic Line Rating）。

        输电线路动态增容技术是在保证系统稳定、设备安全的前提下，通过对线路的运行状况和外界环境进行实时监测和分析，实时计算出满足热稳定限额的最大输送容量，并根据计算结果进行实时调整输送容量，充分利用线路客观存在的隐性容量，提高输电线路的输送能力，同时减少输电设备的投资。动态增容技术在不突破现行技术规程规定的条件下，可保证系统稳定和设备安全运行，因此有很强的实用性，对满足社会经济快速增长有着积极的作用。

2.   影响输送容量的因素

       输送容量由载流量决定。载流量是在规定条件下，导体能够连续承载而不致使其稳定温度超过规定值的最大电流。导线温度的变化受发热功率和散热功率决定，发热功率包括：太阳光照射吸热、电流作用热、磁滞损耗等，散热功率主要包括有空气流动引起的热量流失、导线自身向外界辐射的热量等。综上，导线实际输送容量或载流量主要与 2 个因素有关：

Ø  自然因素

o   风速风向、温湿度、太阳总辐射，导线温度等

Ø  导线的物理性能。

o   导线的吸收系数、辐射系数、最大允许温度、导线直径、阻抗等

图1 影响线路载流量的环境因素

       导线的物理性能不在本文的讨论范畴。导线随着温度的升高而膨胀，线路下垂，产生弧垂现象，垂度同时受到线路的电流负荷和线路周围的小气候的影响。为了更好地监控弧垂和净距控制，需要对线路周围的小气候进行智能可靠的监测，监测因素包括：大气温度、光辐射、风速等。下面展示了几个要素对输送容量的影响程度：

Ø  大气温度

F 2 ℃的波动       –>       约±2% 容量

F 10 ℃的下降     –>       约+11% 容量

Ø  光辐射

F 云遮挡              –>       比较小

F 日食                  –>       +18% 容量

Ø  风速提高1m/s

F 45゜                  –>      约 18% 容量

F 90゜                  –>      约 23% 容量

图2风速对等电流线路温升的影响

图3风对线路的影响

        从图2可以看出，风速越大，线路的温升越小；反之，风速越小，温升越大。图3直观的展示了受风影响的一段线路，温度较低，线会更加紧绷；相反，在无风或弱风状态下的线路，温度更高，线会变得更松弛，弧垂越严重。

3.     输电线路动态增容的概念

       在有利的天气条件下，导体能承受高达约150%的电流负荷增加或更高。为了保证极端条件下的安全运行，德国电网运营商根据所谓的标准仲夏天气条件计算了很长一段时间，即：在静态环境下，温度35°C（95°F），风速0.6米/秒的弱风和900瓦/平方米的强太阳辐射。在中欧地区，这种情况在一年中的只有几天而已。因此，在所有其他时间里，线路可以承受更大的电流负荷。输电线路动态增容的目标是使用这些以前未使用的容量，在不突破现行技术规程规定的条件下或不超过静态容量前提下，来提高传输容量，充分利用传输线路。

图3 输电线路动态增容的示意图

        从图3很清晰地看出，一个比较长的时间段里（如：1年）， 可以利用的未使用的容量是非常巨大的。在使用过程中需要注意以下几点：一、实时地确定可以利用的真实动态容量；二、提高系统的可靠性；三、优化电网的时效。

4.   动态增容监测系统的系统结构

       输电线路动态增容实时在线监测系统，就是利用传感器采集这些自然因素，结合导线的物理性能 计算出导线的实时载流量，分析并计算出输电线路的隐性容量。动态增容在线监测系统，共包括 3部 分：采集终端、动态增容主站和数据存储服务器。其中，采集终端包括：机箱、供电、数采、传输模块、各类传感器和摄像头。

5.   气象要素监测解决方案

       导体温度直接接触测量固然是一种方案，但是受外界强电磁干扰等因素，测量难度大。外界环境因素测量是对导体温度直接测量的补充，同时，优化动态容量实时调整提供数据支撑。OTT Hydromet公司是一家专业的气象水文系统解决方案服务商，以下产品可以很好的服务于电网动态增容系统里。

Ø  气象传感器Lufft WS501，集成度高，用于测量温度、湿度、气压、太阳辐射、风速和风向

Ø  安装在桅杆上，尽可能精确地测量导线上的主要条件；

Ø  用于可靠数据收集和存储的Sutron XLink 500数据记录器；

Ø  电源和通信由专门设计的OTT 机柜提供，由太阳能电池板供电；