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作者：張毅    

     在確定節(jié)點(diǎn)的確定電壓水平下，通過(guò)計(jì)算電流限額來(lái)給出容量限額，為調(diào)度決策提供通道斷面容量變化的大小。具體方法是通過(guò)監(jiān)測(cè)量，對(duì)單臺(tái)設(shè)備計(jì)算電流限額，并根據(jù)“木桶原理”，給出負(fù)荷通道的電流限額，進(jìn)而得到通道的容量限額。風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算為調(diào)度決策提供通道負(fù)荷水平提高后的風(fēng)險(xiǎn)。

    在完成輸電通道綜合狀態(tài)評(píng)估后，將其中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)量化成相應(yīng)的約束條件，并通過(guò)輸電斷面容量提升的目標(biāo)值，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，考慮各通道負(fù)載率等因素，給出優(yōu)化計(jì)算模型的初值條件．最終通過(guò)優(yōu)化計(jì)算的相關(guān)迭代方法，給出一個(gè)斷面下每個(gè)負(fù)荷通道的容量分配方案�；�于容量裕量限額和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)約束進(jìn)行增容調(diào)度容量分配的優(yōu)化計(jì)算，可以在盡可能兼顧安全性與經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，為輸電斷面動(dòng)態(tài)增容調(diào)度分配提供支撐。

1  輸送容量確定

    本方案中負(fù)荷通道輸送容量限額評(píng)估以三大主要定容設(shè)備——輸電線路、變壓器和開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備為主，主要采用各種以熱傳遞、熱平衡模型為核心的評(píng)估方法。

1.1  輸電線路容量裕量限額

    常見(jiàn)的輸電線路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)有：基于氣候監(jiān)測(cè)、基于直接溫度測(cè)量、基于直接弧垂測(cè)量以及基于張力測(cè)量的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)。本方案采用基于直接溫度測(cè)量的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)。

1.2  變壓器容量裕量限額

    變壓器運(yùn)行時(shí)，鐵芯、繞組和金屬結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生的損耗轉(zhuǎn)化為熱量發(fā)散到周?chē)�介質(zhì)中．引起變壓器溫度升高。隨著繞組及鐵芯溫度的升高．與周?chē)�的變壓器油產(chǎn)生溫度差，一部分熱量傳給變壓器油．使油溫升高。變壓器油通過(guò)散熱器將熱量傳遞給外部冷卻介質(zhì)（空氣）。通過(guò)得到繞組實(shí)際的熱點(diǎn)溫度極限以及當(dāng)前的環(huán)境溫度，即可反推出當(dāng)前情況下可加載的最大的負(fù)荷電流，從而計(jì)算出變壓器的容量限額以及增容空間。

1.3開(kāi)關(guān)容量裕量限額

    根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)的定義，開(kāi)關(guān)設(shè)備的額定電流是在規(guī)定的使用和性能條件下，能夠持續(xù)通過(guò)的電流的有效值。其限值條件是設(shè)備不超過(guò)設(shè)計(jì)所允許的最高運(yùn)行溫度。在低于最大允許運(yùn)行溫度時(shí)，設(shè)備的老化、絕緣、壽命等不受任何影響；相反．實(shí)際運(yùn)行條件在絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)均好于額定運(yùn)行條件（環(huán)境溫度低于40℃，運(yùn)行電流低于額定電流），因此，環(huán)境溫度低于40℃時(shí)，開(kāi)關(guān)設(shè)備可獲得一定不影響設(shè)備壽命的過(guò)載能力舊。

1.4  電流互感器、阻波器的輸送容量限額

    電流互感器高壓側(cè)通常采用單匝短粗線圈，線圈電阻很小，一般不容易出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷導(dǎo)致發(fā)熱的問(wèn)題，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中基本未見(jiàn)電流互感器負(fù)荷和溫度之間關(guān)聯(lián)性分析的相關(guān)內(nèi)容。與電流互感器類(lèi)似，阻波器基本上也不存在過(guò)負(fù)荷發(fā)熱的問(wèn)題。此外，電流過(guò)大可能導(dǎo)致互感器鐵芯磁通飽和，影響測(cè)量準(zhǔn)確度。參照GB1208-2006《電流互感器》，要求電流互感器在額定電流1.2倍條件下精度不下降．而系統(tǒng)實(shí)際電流與額定電流之間還有一定余量，即使加上超限運(yùn)行容量往往也不會(huì)達(dá)到額定電流的1.2倍。

2多元風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1  設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

    設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要采用各種可用的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄予以評(píng)估，主要采用打分制和加權(quán)綜合的方法。對(duì)各通流設(shè)備進(jìn)行基于打分制的設(shè)備健康水平綜合評(píng)估后，得到設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，通過(guò)紅、黃、綠三色燈來(lái)進(jìn)行表征。其中，嚴(yán)重狀態(tài)為紅燈，異常和注意狀態(tài)為黃燈，正常狀態(tài)為綠燈。紅色代表不可進(jìn)行通道容量提升：黃色代表增容工作可謹(jǐn)慎開(kāi)展；綠色代表設(shè)備健康水平不會(huì)制約增容工作。

    如表1所示．對(duì)于一個(gè)斷面下第i條負(fù)荷通道的第j個(gè)通流設(shè)備，設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)得分（扣分）為Aij,設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為紅燈的分?jǐn)?shù)閾值為m，即扣分高于m時(shí)，設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)亮紅燈；設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為綠燈的分?jǐn)?shù)閾值為n．即扣分低于n時(shí)，設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)亮綠燈：而低于m分但高于n分，設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)亮黃燈。例如，對(duì)油浸式變壓器來(lái)說(shuō)，m=72, n=24,因此，對(duì)扣分高于72分的油浸式變壓器來(lái)說(shuō)，其健康風(fēng)險(xiǎn)為紅燈，不高于24分的為綠燈，其他情況則為黃燈。

2.2環(huán)境氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

    環(huán)境氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估重點(diǎn)關(guān)注惡劣環(huán)境氣象條件給負(fù)荷通道設(shè)備帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，包括雷暴、臺(tái)風(fēng)、山火、覆冰等，所依據(jù)的參數(shù)既包括輸電線路桿塔上安裝的微氣象、風(fēng)偏／振動(dòng)／舞動(dòng)、污穢、覆冰、桿塔傾斜、圖像／視頻等在線監(jiān)測(cè)裝置獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也包括外部氣象預(yù)報(bào)信息

    根據(jù)落雷密度、雷電流幅值以及輸電桿塔的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)分析，可以得到線路的雷擊跳閘率。通過(guò)風(fēng)速、風(fēng)向等氣象參數(shù)，結(jié)合弧垂等線路參數(shù)進(jìn)行導(dǎo)線風(fēng)偏／舞動(dòng)分析。山火路徑分析是通過(guò)對(duì)山火路徑的判斷，解決山火會(huì)不會(huì)向輸送通道燒來(lái)，或者多長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)燒至負(fù)荷通道等間題

    環(huán)境氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估亦通過(guò)紅、黃、綠三色燈來(lái)進(jìn)行表征。當(dāng)該設(shè)備所在區(qū)域出現(xiàn)較為惡劣的天氣災(zāi)害，如臺(tái)風(fēng)、黃色以上預(yù)警的暴雨、對(duì)負(fù)荷通道有威脅的山火等，氣象風(fēng)險(xiǎn)為紅燈；一般不對(duì)電力系統(tǒng)造成威脅的天氣情況下，氣象風(fēng)險(xiǎn)為綠燈：其余情況為黃燈。

2.3  系統(tǒng)異常風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

    系統(tǒng)異常風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估環(huán)節(jié)重點(diǎn)考察系統(tǒng)發(fā)生短路電流故障時(shí)，設(shè)備的承受能力，應(yīng)該考慮負(fù)荷通道內(nèi)所有通流設(shè)備的承受能力。對(duì)于斷路器容量，一般大于輸電線路，因此，開(kāi)關(guān)容量在實(shí)際運(yùn)行中通常作為校核短路電流故障斷路器是否超過(guò)斷路器開(kāi)斷能為使用。

    系統(tǒng)異常風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估亦通過(guò)紅、黃、綠三色燈來(lái)進(jìn)行表征。對(duì)于一個(gè)斷面下第i條負(fù)荷通道的第j個(gè)設(shè)備，當(dāng)計(jì)算表明該設(shè)備不能承受增容后的系統(tǒng)異常情況（主要指短路電流）時(shí)，設(shè)定為紅燈．代表不能進(jìn)行增容工作：否則，設(shè)定為綠燈．

3考慮多元風(fēng)險(xiǎn)的輸電斷面動(dòng)態(tài)增容調(diào)度模型

3.1  優(yōu)化計(jì)算模型

    根據(jù)導(dǎo)線溫度、弧垂等參量的檢測(cè)于計(jì)算分析，考慮線路上通流設(shè)備（主要為變壓器、輸電線路、開(kāi)關(guān)等）的串聯(lián)關(guān)系，確定負(fù)荷通道內(nèi)每條輸電線路在某一時(shí)刻的輸送容量限額，再依據(jù)整個(gè)通道整體的增容目標(biāo)．通過(guò)考慮多元風(fēng)險(xiǎn)的輸電斷面動(dòng)態(tài)增容調(diào)度方法模型，計(jì)算出整個(gè)負(fù)荷通道所有線路的增容限額分配調(diào)度方案，使整個(gè)負(fù)荷通道的經(jīng)濟(jì)性和安全性達(dá)到平衡。對(duì)于考慮多元風(fēng)險(xiǎn)的輸電斷面動(dòng)態(tài)增容調(diào)度方法，具體的建模過(guò)程如下。

    一個(gè)輸電斷面內(nèi)有Ⅳ條輸電負(fù)荷通道，第i條負(fù)荷通道的最大增容限額為ΔXinmx，定義第i條負(fù)荷通道實(shí)際的增容系數(shù)為ki，其中i=1,2…，N。因此，斷面增容總量△y為

    對(duì)于輸電斷面內(nèi)第i條負(fù)荷通道，定義考慮設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的增容系數(shù)上限為ai，考慮環(huán)境氣象風(fēng)險(xiǎn)的增容系數(shù)上限為bi，考慮系統(tǒng)異常風(fēng)險(xiǎn)的增容系數(shù)上限為ci。因此，對(duì)于式(1)所示的方程轉(zhuǎn)化為利用線性規(guī)劃求解方程的最小二乘解的問(wèn)題。該優(yōu)化問(wèn)題的模型可表示為

3.2  單個(gè)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)約束條件

    對(duì)于一個(gè)斷面下第i條負(fù)荷通道的第j個(gè)設(shè)備，設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境氣象風(fēng)險(xiǎn)、系統(tǒng)異常風(fēng)險(xiǎn)的具體約束建模方法如表2所示。

    上述黃燈情況下的約束值aij的計(jì)算參數(shù)來(lái)源于表1；約束值bij是根據(jù)該輸電通道實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和歷史記錄，計(jì)算得到的特定氣候情況與該線路發(fā)生缺陷、故障的相關(guān)性系數(shù)，滿足bij∈[0，1]。

3.3負(fù)荷通道風(fēng)險(xiǎn)約束條件

    對(duì)于一個(gè)斷面下第i條負(fù)荷通道，設(shè)該負(fù)荷通道共有z個(gè)輸變電主設(shè)備，對(duì)于該負(fù)荷通道設(shè)備健康總風(fēng)險(xiǎn)ai，應(yīng)取各設(shè)備中約束最強(qiáng)的作為該通道的設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)約束，即a= min(ai1，ai2,…，aiz)；對(duì)于該負(fù)荷通道環(huán)境氣象總風(fēng)險(xiǎn)bi，應(yīng)取各設(shè)備中約束最強(qiáng)的作為該通道的環(huán)境氣象風(fēng)險(xiǎn)約束，即bi=min(bi1，bi2，…，biz)；對(duì)于該負(fù)荷通道系統(tǒng)異常總風(fēng)險(xiǎn)ci，應(yīng)取各設(shè)備中約束最強(qiáng)的作為該通道的通流設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)約束，即Ci=min(ci1，ci2，…，Ciz)。

3.4優(yōu)化初始條件

    對(duì)于考慮多元風(fēng)險(xiǎn)的輸電斷面動(dòng)態(tài)增容調(diào)度模型，初值的給定尤為關(guān)鍵�？紤]到各條線路增容負(fù)荷率的平衡，應(yīng)通過(guò)式(3)給出。

    本模型采用序列二次規(guī)劃法( sequential quadratic programming，SQP)求解。SQP方法的基本思想為：在某個(gè)近似解處將原非線性規(guī)劃問(wèn)題簡(jiǎn)化為處理一個(gè)二次規(guī)劃問(wèn)題，求取最優(yōu)解，如果有，則認(rèn)為是原非線性規(guī)劃問(wèn)題的最優(yōu)解；否則．用近似解代替構(gòu)成一個(gè)新的二次規(guī)劃問(wèn)題，繼續(xù)迭代。通過(guò)對(duì)如上所述的方法描述，其計(jì)算給出的優(yōu)化結(jié)果．即為基于輸變電設(shè)備狀態(tài)多維度綜合評(píng)估的電網(wǎng)動(dòng)態(tài)增容決策方法的結(jié)果。

4應(yīng)用實(shí)例

    本實(shí)例基于云廣斷面內(nèi)500 kV馬百線、羅百I(mǎi)線和Ⅱ線，其中具體示例主要基于500 kV馬百線，包括馬窩換流站、百色變電站以及連接2個(gè)變電站的500 kV輸電線路．應(yīng)用時(shí)間為2014 -11-11T12:00-21:00，評(píng)估間隔為30 min。

4.1  容量限額評(píng)估

    500 kV線路馬百線廣西段，額定輸送容量為700 MW，所用導(dǎo)線為4xLGJ -400/50,最高允許導(dǎo)線溫升為70℃。在評(píng)估時(shí)限內(nèi)，該通道所屬關(guān)鍵設(shè)備的最低容量限額評(píng)估結(jié)果如圖1所示。其中，桿塔線路為馬百線190號(hào)桿塔監(jiān)測(cè)點(diǎn)．在當(dāng)天上午12:00時(shí)的溫度23.1℃，日照強(qiáng)度685 W/m2,每相輸送電流是612.2 A，導(dǎo)線溫度為54.0 ℃。變壓器為百色站SIB主變壓器，高壓側(cè)額定電流為824.8 A，冷卻方式為ODAF。斷路器為百色站5041斷路器，型號(hào)為HPL55082,高壓側(cè)額定電流為4 000 A。百色站當(dāng)天上午12:00時(shí)的環(huán)境溫度為24.7 ℃。

    在后續(xù)優(yōu)化分析算例中，選取12:00時(shí)輸送容量限額為增容容量分配決策的輸送容量裕量。此時(shí)，馬百輸電通道輸送電流為612.2 A,容量限額評(píng)估值853.40 A，相應(yīng)的可提升容量裕量為853.4-612.2=241.2 A,即208.9 MW。類(lèi)似地，可以得到羅百I(mǎi)線和羅百Ⅱ線所能夠提升的容量限額分別為168.2 MW、181.7 MW。

4.2  風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估約束

    對(duì)于多元風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估環(huán)節(jié)，整個(gè)馬百輸電通道中．百色站500 kV 1號(hào)主變壓器A相（扣分為48分）以及百色站5041斷路器C相（扣分42分）是風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高的設(shè)備，均為黃燈警報(bào)等級(jí)。百色站500 kV SIB主變壓器A相的約束取值為a11=0.5，百色站5041斷路器C相的約束取值為a12=0.55；馬百負(fù)荷通道的設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)約束為ai=0.5。

    在評(píng)估時(shí)段內(nèi)，由于百色變電站所在區(qū)域有藍(lán)色暴雨預(yù)警，由環(huán)境氣象風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)可知馬百線的環(huán)境氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為黃燈，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，約束取b1=0.85。

    在評(píng)估時(shí)段內(nèi)，預(yù)期三相短路電流由調(diào)度人員在使用過(guò)程中進(jìn)行設(shè)置，該預(yù)期短路電流為16.1 kA,桿塔／輸電線路運(yùn)行幾乎不受短時(shí)短路電流的影響．且該短路電流遠(yuǎn)低于所有斷路器的額定短路開(kāi)斷電流和其他主設(shè)備的短時(shí)短路電流承受能力。因此，馬百線在評(píng)估時(shí)段內(nèi)異常風(fēng)險(xiǎn)為綠燈，約束取c1=1。綜合馬百輸電通道在評(píng)估時(shí)段內(nèi)的設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境氣象風(fēng)險(xiǎn)、系統(tǒng)異常風(fēng)險(xiǎn)的約束條件，馬百輸電通道綜合的容量分配約束取上述最強(qiáng)約束條件為0.5。類(lèi)似地，可以得到羅百I(mǎi)線與羅百Ⅱ線的風(fēng)險(xiǎn)約束條件分別為a2=0.61和a3=0.74。

4.3動(dòng)態(tài)增容優(yōu)化分配

    將上述的容量限額及風(fēng)險(xiǎn)約束代人式(2)所述的優(yōu)化模型，經(jīng)過(guò)優(yōu)化計(jì)算，可以得到云廣斷面本次動(dòng)態(tài)增容優(yōu)化決策的結(jié)果，如表3所示

5結(jié)語(yǔ)

本文提出一種考慮電網(wǎng)多元風(fēng)險(xiǎn)的輸電斷面動(dòng)態(tài)增容調(diào)度分配方案的優(yōu)化模型。該模型考慮了電網(wǎng)面臨的多元風(fēng)險(xiǎn)約束，包括設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)、氣象風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)異常風(fēng)險(xiǎn)。其中，斷面內(nèi)通道的容量限額是通過(guò)三大定容設(shè)備——變壓器、斷路器以及輸電線路的動(dòng)態(tài)增容計(jì)算模型得到的，并通過(guò)應(yīng)用實(shí)例證明了本方案的可行性和實(shí)用性。目前．本系統(tǒng)已在南方電網(wǎng)超高壓輸電公司的應(yīng)用．并通過(guò)融入其運(yùn)維一體化平臺(tái)下的“大電網(wǎng)負(fù)荷通道狀態(tài)綜合評(píng)估及輔助調(diào)度子系統(tǒng)”得到了進(jìn)一步的檢驗(yàn)。在未來(lái)的丁作中，還將對(duì)各多元風(fēng)險(xiǎn)的約束量化工作，展開(kāi)進(jìn)一步的研究。

6摘要：針對(duì)目前電網(wǎng)輸電斷面增容容量分配決策的相關(guān)問(wèn)題，提出一種考慮電網(wǎng)多元風(fēng)險(xiǎn)的輸電斷面動(dòng)態(tài)增容調(diào)度分配方案優(yōu)化模型。該模型考慮了電網(wǎng)面臨的多元風(fēng)險(xiǎn)約束，包括設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)、氣象風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)異常風(fēng)險(xiǎn)．其中，斷面內(nèi)通道的容量裕量限額是通過(guò)三大定容設(shè)備——變壓器、斷路器以及輸電線路的動(dòng)態(tài)增容計(jì)算模型得到的。所提出的考慮電網(wǎng)多元風(fēng)險(xiǎn)的輸電斷面動(dòng)態(tài)增容調(diào)度分配方案，可以較好地平衡大電網(wǎng)電能輸送中的經(jīng)濟(jì)性和安全性問(wèn)題，為解決輸電斷面內(nèi)動(dòng)態(tài)增容分配提出了一個(gè)新的解決思路和技術(shù)方案。