技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，尤其是一种基于网格气象预报的输电线路动态载流量预测方法。
相关背景技术
[0002] 输电线路是电力系统的重要组成部分，其主要功能是将发电站产生的电能高效、安全地传输到负荷中心。输电线路的设计和运行必须考虑其热载荷限制，是指在不超过导线允许的最高温度(通常为70℃)的条件下，导线能够安全传输的最大电流，即动态载流量。动态载流量受到多种环境因素的影响，包括环境温度、风速、风向等，这些因素会导致导线的对流和辐射散热能力变化，从而影响其载流能力。传统的输电线路载流量计算方法主要基于经验公式和标准，如GB50545‑2010和IEEE738‑2006标准。这些方法通常假设环境条件是稳定的，并且依赖理想化的环境参数，使用理想化的点作为整条线路当前环境温度和风速的代表。然而，实际输电线路走廊环境具有多样性，线路穿越不同的地形和气候区域，导致环境条件沿线路长度变化显著。此外，现有的计算方法往往是滞后的，仅适用于极短的时间尺度，无法提供对未来环境变化的预测，这限制了其在实际电力调度中的应用。
[0003] 近年来，随着智能电网技术的发展，对输电线路的动态载流量计算提出了更高的要求。电力系统运营商需要更精确、更实时的数据来优化电网运行和调度策略，提高电网的经济效益和可靠性。此外，极端气候事件的频繁发生也对输电线路的安全运行提出了挑战，需要更有效的预测和应对措施。尽管一些研究尝试利用实时环境监测数据来提高载流量计算的准确性，但这些方法存在局限性。首先，输电线路走廊通常很长，环境条件变化复杂，仅依靠少量监测点的数据难以全面反映整条线路的环境状况。其次，实时监测数据的获取成本较高，且在一些偏远地区难以实现。最后，即使有了实时数据，现有的计算方法也无法提供足够的预见期，调度人员难以在有限的时间内做出最优的调度决策。
[0004] 因此，有必要开发一种新的方法，能够在不增加额外硬件监测成本的情况下，提供对输电线路未来环境条件的准确预测，并据此计算出线路的最大载流量，这将有助于电力系统运营商更好地规划和调度电网，提高输电线路的利用效率，确保电网的安全稳定运行。
具体实施方式
[0027] 如图3所示，一种基于网格气象预报的输电线路动态载流量预测方法，该方法包括下列顺序的步骤：
[0028] (1)在输电线路上每隔1km选定一个计算代表点，并选取与计算代表点距离最近的气象网格点进行配对；
[0029] (2)使用气象预报模型，输出气象数值预报气象网格点数据，所述气象网格点数据是指输电线路沿线所在区域未来1至24小时内的环境温度和风速；
[0030] (3)将气象网格点数据映射为对应的输电线路代表点的环境预报值；
[0031] (4)根据环境预报值，利用热平衡方程计算输电线路未来1至24小时内整条线路的最大载流量。计算载流量的方法基于热平衡的概念，即当导线达到其最大安全工作温度时，导线内部产生的热量与向外界散发的热量达到平衡状态。在这种状态下，导线能够承受的最大电流即为其额定载流量。在实际运行中，导线产生热量的原因包括电流通过导线电阻时的焦耳热效应以及太阳辐射，而热量的散失则主要通过辐射和对流两种方式。
[0032] 所述步骤(1)具体是指：在输电线路上每隔1km选定一个计算代表点，获取计算代表点的坐标值，此外，获取所有气象网格点的坐标值，计算出每个气象网格点与计算代表点的距离，选择距离计算代表点最近的气象网格点进行配对，每个计算代表点都与一个气象网格点完成配对，配对映射的示意如图2所示。
[0033] 气象部门首先发布输电线路所在区域的网格气象数值预报。气象网格预报是一种将预报区域划分成若干个气象网格点，并在每个气象网格点上提供气象参数预测值的方法。这种预报方式能够提供空间上连续、详细的气象信息，对于需要精确地理位置气象数据的领域尤其重要。气象网格预报可以提供不同空间分辨率的预报产品，例如1公里、5公里、10公里等网格间距。本发明中，这些数值预报产品以1km×1km的气象网格点精度提供，包含未来1至24小时内的气象参数，如温度、风速等，气象数值预报网格以及预报信息的示意图如图1所示。
[0034] 所述步骤(4)具体是指：
[0035] 热平衡方程依据以下公式：
[0036] WR+WF＝WS+I2RT
[0037] 式中，WR为辐射散热，WF为对流散热，WS为日照吸热，RT为工作温度下导线的交流电阻；上式变形之后，得到载流量的计算公式为：
[0038]
[0039] WR、WF、WS的计算公式分别为：
[0040] WR＝πDεS[(TP+273)4‑(TA+273)4]
[0041]
[0042] Ws＝αJD
[0043] 式中，D为导线直径；ε为导线表面辐射散热系数，新输电线路取0.23～0.43，旧输电线路取0.9～0.95，在这里，新输电线路是指服役时间短的输电线路，旧输电线路是指服‑8 2役时间长的输电线路；S为斯忒藩‑玻尔兹曼常数，大小为5.67*10 W/m ；TP为导线表面允许温度，取为70℃；TA为环境温度；v为垂直于导线的风速；α为导线表面吸热系数，新线取0.35
2
～0.46，旧线取0.9～0.95；J为导线受到的日照强度，晴天时常取1000W/m。
[0044] 将每个计算代表点在未来t时刻的环境预报值代入热平衡方程，1≤t≤24且t为整数，得到每个计算代表点在t时刻的最大载流量，将所有计算代表点计算出的最大载流量进行比较，选取最小的最大载流量的值作为输电线路整条线路在t时刻的最大载流量，因此获得未来1至24h的输电线路整条线路的最大载流量序列。
[0045] 如图3所示，本发明的输电线路载流量预测具体实施流程如下所示：
[0046] (1)在线路上每隔1km选取一个杆塔的位置坐标，作为计算代表点，一共有N个计算代表点；
[0047] (2)输入全区域气象网格点的位置坐标；
[0048] (3)为每个杆塔代表点配对距离最近的气象网格点；
[0049] (4)选取预报时间点t＝1h；
[0050] (5)输入全区域气象网格点在t时的气象预报数值；
[0051] (6)用配对的气象网格点的气象预报数值作为计算代表点的环境预报值；
[0052] (7)得到t时的全线路计算代表点的环境预报值；
[0053] (8)根据计算代表点的环境预报值和热平衡方程，对全线路计算代表点进行动态载流量计算；
[0054] (9)取全线路N个计算代表点中的载流量最小值作为t时的线路的最大载流量，并存储；
[0055] (10)判断预报时间点t是否大于24h，若t大于24，则结束，并输出1至24h的线路最大载流量序列；若t小于等于24，则令t＝t+1，并跳转至步骤(5)。
[0056] 随着新的气象数据的不断更新，可以实时更新输电线路的载流量预测值。调度人员可以根据最新的预测数据调整调度策略，以应对环境变化对电网运行的影响。
[0057] 对于跨区域的大型电网，本发明可以扩展到整个电网范围内，为电网的优化调度提供全面的数据支持。通过集成多个区域的气象数据和输电线路信息，实现对整个电网动态载流量的预测和监控。
[0058] 综上所述，本发明能够有效地提高输电线路的动态载流量预测精度，为电力系统的优化调度提供科学依据。此外，本发明还具有较小的预测时间粒度和较长的预报期，适用于跨区域大范围电网，具有显著的经济效益和社会效益。
