本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種特高壓直流線路在不停止負(fù)荷的情況下防止線路覆冰的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
覆冰是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的嚴(yán)重威脅之一。嚴(yán)重覆冰已威脅到特高壓線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)大電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。以±800kv錦蘇直流為例，自2012年投運(yùn)以來，因覆冰造成1次接地極線路倒塔、1次地線斷線、1次塔身變形、2次閉鎖，其它特高壓直流輸電線路及超高壓輸電線路也存在類似情況。為了防止輸電線路因嚴(yán)重覆冰而發(fā)生倒塔、斷線、停運(yùn)的事故，常需要根據(jù)線路覆冰實(shí)時(shí)情況展開融冰工作。目前的輸電線路融冰技術(shù)需要對(duì)覆冰線路停電，根據(jù)該線路所屬電壓等級(jí)而采取直流融冰或交流融冰方式。但對(duì)于特高壓輸電線路，由于線路融冰需要的電源容量大，目前還沒有足夠大的融冰電源。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題提供一種特高壓直流輸電線路帶負(fù)荷防冰方法及系統(tǒng)，在融冰時(shí)，不需要對(duì)覆冰線路停電。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
特高壓直流輸電線路帶負(fù)荷防冰方法，包括以下步驟，
獲取輸電線路導(dǎo)線參數(shù)和輸電線路所處環(huán)境參數(shù)；
根據(jù)上述參數(shù)確定特高壓直流線路的防冰臨界電流if和導(dǎo)線耐受電流in；
維持特高壓直流線路輸送功率恒定，增大傳輸電流，使線路電流大于等于防冰臨界電流if，同時(shí)控制傳輸電流小于導(dǎo)線耐受電流in。耐受電流in為線允許的最高溫度所對(duì)應(yīng)的電流。
本方案實(shí)現(xiàn)融冰的原理是將線路電流控制在防冰臨界電流if以上、導(dǎo)線耐受電流in以下，通過調(diào)整電流大小實(shí)現(xiàn)防冰目的，整個(gè)過程，既不需要斷電操作，在防冰過程中，也不需要較大的融冰電源。
所述導(dǎo)線參數(shù)包括導(dǎo)線型號(hào)、導(dǎo)線幾何參數(shù)、導(dǎo)線直流電阻；所述環(huán)境參數(shù)包括風(fēng)速、環(huán)境溫度。
所述防冰臨界電流if為：
式中，rc為導(dǎo)線的半徑，單位為m；va為風(fēng)速，單位為m/s；ta為環(huán)境溫度，單位為℃；rt為溫度t℃時(shí)單位長(zhǎng)度的導(dǎo)線直流電阻，單位為ω/m；h為熱交換系數(shù)，其計(jì)算需要用到以下3個(gè)相對(duì)數(shù)：
nu＝crenpr1/3(4)
式(2)～(4)中：re,pr和nu分別為雷諾數(shù)，普朗特?cái)?shù)和努塞爾數(shù)；dc為導(dǎo)線直徑，單位為m；di為覆冰厚度，單位為m；va為風(fēng)速，單位為m/s；ν為空氣的運(yùn)動(dòng)粘度，ν＝1.328×10-5m2/s；a為空氣的熱擴(kuò)散率，a＝1.88×10-5m2/s；c和n均為系數(shù)，對(duì)于覆冰天氣，c＝0.683,n＝0.466。
在融冰過程中，冰層外表面通過對(duì)流傳熱和輻射傳熱的方式向周圍環(huán)境散熱，散熱系數(shù)為：
式中：h為散熱系數(shù)，單位為w/(m2.℃)；λa為空氣的傳熱系數(shù)，λa＝0.0244w/(m.℃)；ε為冰層外表面的發(fā)射率，ε＝0.95；σ為stefan-boltzmann常量，σ＝5.67×10-8w/m2.℃4。式(5)化簡(jiǎn)后可得：
h＝1.043(0.295rc)-0.534va0.466+0.0439ta+4.39(6)
所述導(dǎo)線的耐受電流if為：
式中：tmax為導(dǎo)線的容許溫度，單位為℃，根據(jù)我國(guó)電力行業(yè)的規(guī)定，對(duì)于普通導(dǎo)線，tmax＝70℃；h為導(dǎo)線表面的換熱系數(shù)，單位為w/(m2.℃)；ac為導(dǎo)線的有效通電面積，單位為m2；rx為鋼芯鋁絞線鋼芯的半徑，單位為m。
導(dǎo)線防冰電流i應(yīng)控制在：
if<i<in(8)
為保持線路負(fù)荷不變，增大傳輸電流的同時(shí)要降低線路電壓。
特高壓直流輸電線路帶負(fù)荷防冰系統(tǒng)，包括，
線路微氣象監(jiān)測(cè)裝置：采集特高壓直流輸電線路所處環(huán)境的風(fēng)速、環(huán)境溫度參數(shù)；
防冰決策支持裝置：根據(jù)風(fēng)速、環(huán)境溫度參數(shù)和輸電線路導(dǎo)線參數(shù)確定特高壓直流線路的防冰臨界電流if和導(dǎo)線耐受電流in；
輸電電路防冰電流控制裝置：保持特高壓直流線路輸送功率恒定，控制輸電電路電流大于等于防冰臨界電流if且小于耐受電流in。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
本發(fā)明通過根據(jù)輸電線路導(dǎo)線參數(shù)和所處環(huán)境參數(shù)得到防冰臨界電流和導(dǎo)線耐受電流，在維持特高壓直流線路輸送功率恒定的情況下增大傳輸電流達(dá)到防冰的目的，有效的做到了在防冰過程中不停電、帶負(fù)荷的目的，提高了電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
1、線路微氣象監(jiān)測(cè)裝置；2、防冰決策支持裝置；3、和輸電電路控制裝置；4、換流站。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1
特高壓直流輸電線路帶負(fù)荷防冰方法，包括以下步驟，
獲取輸電線路導(dǎo)線參數(shù)和輸電線路所處環(huán)境參數(shù)；
根據(jù)上述參數(shù)確定特高壓直流線路的防冰臨界電流if和導(dǎo)線耐受電流in；
維持特高壓直流線路輸送功率恒定，增大傳輸電流，使線路電流大于等于防冰臨界電流if且小于耐受電流in。根據(jù)我國(guó)輸電線路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于普通鋼芯鋁絞線，運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線表面溫度上限為70℃。
所述導(dǎo)線參數(shù)包括導(dǎo)線型號(hào)、導(dǎo)線幾何參數(shù)、導(dǎo)線直流電阻；所述環(huán)境參數(shù)包括風(fēng)速、環(huán)境溫度。
所述防冰臨界電流if為：
其中，h＝1.043(0.295rc)-0.534va0.466+0.0439ta+4.39；
式中，h為脫冰后導(dǎo)線表面的換熱系數(shù)，單位為w/(m2.℃)；rc為導(dǎo)線幾何參數(shù)即半徑，單位為m；va為風(fēng)速，單位為m/s；ta為環(huán)境溫度，單位為℃；rt為溫度t℃時(shí)單位長(zhǎng)度的導(dǎo)線直流電阻，單位為ω/m。
所述導(dǎo)線耐受電流in為：
增大傳輸電流的具體方法為降低線路電壓，具體的，調(diào)節(jié)換流站4可控晶閘管的接觸角，由于線路電流、電壓、輸送功率的關(guān)系：
式中，i為線路電流，單位為a；p為輸送功率，單位為kw；u為電壓，單位為kv；
此時(shí)，降低線路電壓，可增大線路電流。
其中，要控制導(dǎo)線溫度低于70℃，即將線路電流控制在in以下。
實(shí)施例2
針對(duì)上述方法，本實(shí)施例公開實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。
如圖1所示的一種特高壓直流輸電線路帶負(fù)荷防冰系統(tǒng)，包括線路微氣象監(jiān)測(cè)裝置1、防冰決策支持裝置2和輸電電路控制裝置3，線路微氣象監(jiān)測(cè)裝置采集特高壓直流輸電線路所處環(huán)境的風(fēng)速、環(huán)境溫度參數(shù)；防冰決策支持裝置根據(jù)風(fēng)速、環(huán)境溫度參數(shù)和輸電線路導(dǎo)線參數(shù)確定特高壓直流線路的防冰臨界電流if和導(dǎo)線耐受電流in；輸電電路控制裝置保持特高壓直流線路輸送功率恒定，控制輸電電路電流大于等于防冰臨界電流if且小于耐受電流in。
線路微氣象監(jiān)測(cè)裝置可以有多個(gè)，分別安裝在不同的直流輸電線路段上，對(duì)該路段的氣象信息進(jìn)行采集。線路微氣象監(jiān)測(cè)裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)將風(fēng)速、環(huán)境溫度參數(shù)傳送給防冰決策支持裝置2，防冰決策支持裝置2根據(jù)風(fēng)速、環(huán)境溫度參數(shù)、輸電線路導(dǎo)線參數(shù)確定特高壓直流線路的防冰臨界電流if和導(dǎo)線耐受電流in，防冰臨界電流if依據(jù)式(1)確定，導(dǎo)線耐受電流依據(jù)式(7)確定。輸電線路防冰電流控制裝置根據(jù)保持特高壓直流線路輸送功率恒定，控制輸電電路電流大于等于防冰臨界電流if，同時(shí)小于導(dǎo)線耐受電流in。
微氣象監(jiān)測(cè)裝置裝有溫度、濕度、風(fēng)速等傳感器，分別采集溫度、濕度和風(fēng)速等氣象參數(shù)。溫度傳感器采用同時(shí)通過集成于裝置上的通訊模塊將采集信號(hào)通過無線公網(wǎng)發(fā)送給防冰決策支持系統(tǒng)。
防冰決策支持系統(tǒng)為服務(wù)器，其功能一是接收安裝在特高壓輸電線路上的微氣象監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)參數(shù)，包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境溫度、風(fēng)速和濕度等；功能二是根據(jù)接收到的微氣象參數(shù)，通過公式(1)計(jì)算特高壓輸電線路的防冰電流；功能三是將計(jì)算出的防冰電流發(fā)送給輸電線路防冰電流控制裝置。
輸電線路防冰電流控制裝置根據(jù)防冰電流的大小，保持直流輸電線路負(fù)荷不變，自動(dòng)給出直流輸電線路控制策略，為直流輸電線路防冰提供決策支持。
以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。