輸電線路動態增容技術在智能電網中的應用
1. 前言
向可持續和環境友好型能源供應過渡對社會和工業都是一個挑戰，而電網正成為一個瓶頸。同時，隨著社會經濟持續快速增長，用電負荷增長迅速，而輸電線路的輸送容量受到熱穩定限額的制約，遠不能滿足實際需求。然而，擴建電網既費時又費錢。但實際上，已經有可能通過依賴天氣的架空線路運行來提高現有容量的利用率，簡而言之：輸電線路動態增容（DLR— Dynamic Line Rating）。
輸電線路動態增容技術是在保證系統穩定、設備安全的前提下，通過對線路的運行狀況和外界環境進行實時監測和分析，實時計算出滿足熱穩定限額的最大輸送容量，并根據計算結果進行實時調整輸送容量，充分利用線路客觀存在的隱性容量，提高輸電線路的輸送能力，同時減少輸電設備的投資。動態增容技術在不突破現行技術規程規定的條件下，可保證系統穩定和設備安全運行，因此有很強的實用性，對滿足社會經濟快速增長有著積極的作用。
2. 影響輸送容量的因素
輸送容量由載流量決定。載流量是在規定條件下，導體能夠連續承載而不致使其穩定溫度超過規定值的最大電流。導線溫度的變化受發熱功率和散熱功率決定，發熱功率包括：太陽光照射吸熱、電流作用熱、磁滯損耗等，散熱功率主要包括有空氣流動引起的熱量流失、導線自身向外界輻射的熱量等。綜上，導線實際輸送容量或載流量主要與 2 個因素有關：
? 自然因素
o 風速風向、溫濕度、太陽總輻射，導線溫度等
? 導線的物理性能。
o 導線的吸收系數、輻射系數、最大允許溫度、導線直徑、阻抗等
圖1 影響線路載流量的環境因素
導線的物理性能不在本文的討論范疇。導線隨著溫度的升高而膨脹，線路下垂，產生弧垂現象，垂度同時受到線路的電流負荷和線路周圍的小氣候的影響。為了更好地監控弧垂和凈距控制，需要對線路周圍的小氣候進行智能可靠的監測，監測因素包括：大氣溫度、光輻射、風速等。下面展示了幾個要素對輸送容量的影響程度：
? 大氣溫度
F 2 ℃的波動 –> 約±2% 容量
F 10 ℃的下降 –> 約+11% 容量
? 光輻射
F 云遮擋 –> 比較小
F 日食 –> +18% 容量
? 風速提高1m/s
F 45゜ –> 約 18% 容量
F 90゜ –> 約 23% 容量
圖2風速對等電流線路溫升的影響
圖3風對線路的影響
從圖2可以看出，風速越大，線路的溫升越小；反之，風速越小，溫升越大。圖3直觀的展示了受風影響的一段線路，溫度較低，線會更加緊繃；相反，在無風或弱風狀態下的線路，溫度更高，線會變得更松弛，弧垂越嚴重。
3. 輸電線路動態增容的概念
在有利的天氣條件下，導體能承受高達約150%的電流負荷增加或更高。為了保證極端條件下的安全運行，德國電網運營商根據所謂的標準仲夏天氣條件計算了很長一段時間，即：在靜態環境下，溫度35°C（95°F），風速0.6米/秒的弱風和900瓦/平方米的強太陽輻射。在中歐地區，這種情況在一年中的只有幾天而已。因此，在所有其他時間里，線路可以承受更大的電流負荷。輸電線路動態增容的目標是使用這些以前未使用的容量，在不突破現行技術規程規定的條件下或不超過靜態容量前提下，來提高傳輸容量，充分利用傳輸線路。
圖3 輸電線路動態增容的示意圖
從圖3很清晰地看出，一個比較長的時間段里（如：1年）， 可以利用的未使用的容量是非常巨大的。在使用過程中需要注意以下幾點：一、實時地確定可以利用的真實動態容量；二、提高系統的可靠性；三、優化電網的時效。
4. 動態增容監測系統的系統結構
輸電線路動態增容實時在線監測系統，就是利用傳感器采集這些自然因素，結合導線的物理性能 計算出導線的實時載流量，分析并計算出輸電線路的隱性容量。動態增容在線監測系統，共包括 3部 分：采集終端、動態增容主站和數據存儲服務器。其中，采集終端包括：機箱、供電、數采、傳輸模塊、各類傳感器和攝像頭。
5. 氣象要素監測解決方案
導體溫度直接接觸測量固然是一種方案，但是受外界強電磁干擾等因素，測量難度大。外界環境因素測量是對導體溫度直接測量的補充，同時，優化動態容量實時調整提供數據支撐。OTT Hydromet公司是一家專業的氣象水文系統解決方案服務商，以下產品可以很好的服務于電網動態增容系統里。
? 氣象傳感器Lufft WS501，集成度高，用于測量溫度、濕度、氣壓、太陽輻射、風速和風向
? 安裝在桅桿上，盡可能精確地測量導線上的主要條件；
? 用于可靠數據收集和存儲的Sutron XLink 500數據記錄器；
? 電源和通信由專門設計的OTT 機柜提供，由太陽能電池板供電；
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