高壓線路嚴(yán)重覆冰模型

1、院 系：電氣與電子工程學(xué)院專業(yè)班級：電氣1107班學(xué)生姓名:王舒指導(dǎo)教師：劉文霞學(xué) 號： 1111180725譯文成績:=高壓線路嚴(yán)重覆冰模型原文著作（期刊）名稱：IEEE作 者：Koval, D.O.原文出版單位：Dallas, TX原文出版時(shí)間：21-24 May 2006原 文出版地點(diǎn)： Transmission and Distribution Conference and Exhibition, 2005/2006 IEEE PES重要線路停運(yùn)的主要原因是惡劣的天氣尤其是雷電，大風(fēng)以及線路覆冰（比如美加的1998年冰災(zāi)）。本文的分析是建立在 Alberta Power Limited

2、的線路停 運(yùn)以及天氣狀況的二十年記錄數(shù)據(jù)之上的。分析將表明輸電線路的地理位置以及停運(yùn)頻率之間的的關(guān)系。本文也將表述線路的停運(yùn)頻率與線路的長度之間并不是 成比例關(guān)系的因?yàn)楹芏嗑€路的實(shí)例駁斥了以上觀點(diǎn)本文將基于CanadianElectricity Association t的設(shè)備可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和the EnvironmentalService的天氣數(shù)據(jù)來表述蒙特卡洛輸電線可靠模型。隨著全球氣候的逐漸惡化，電力系統(tǒng)經(jīng)受冰災(zāi)等極端天氣影響的頻率以及程 度都出現(xiàn)不同程度的增長，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)統(tǒng)計(jì)在過去的四十年里， 全球因氣候惡化導(dǎo)致的極端天氣災(zāi)害所造成的經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)上升了十倍。近幾年來，世

3、界范圍因冰災(zāi)而導(dǎo)致的嚴(yán)重電網(wǎng)事故頻繁出現(xiàn)。其中 1998年 襲擊加拿大Ontario和Quebec省以及美國東北部的冰災(zāi)，由于其影響范圍大， 停電時(shí)間長以及造成的損失巨大，被認(rèn)為是近年來最嚴(yán)重的自然災(zāi)害。在這次嚴(yán) 重的冰凍災(zāi)害中，加拿大電網(wǎng)線路中超過三千公里被嚴(yán)重破壞，造成約一千座高 壓輸電桿塔、三千座配電桿塔倒塔，四千臺變壓器不同程度損傷；此次冰災(zāi)給加 拿大電力系統(tǒng)本身造成的損失就高達(dá) 10億加元。這次的美加冰災(zāi)對美國和加拿 大的很大一部分民眾產(chǎn)生影響，大約四十萬居民斷電時(shí)間超過兩星期。嚴(yán)重的冰災(zāi)對電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的傷害，電網(wǎng)修復(fù)工作極其復(fù)雜一直持續(xù)到十月份才全部完 成。將此次冰災(zāi)的經(jīng)濟(jì)損失折

4、算到 2008年1月，總計(jì)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到35萬美元。在當(dāng)代能源社會，位于不同地理位置的負(fù)荷可以通過輸電網(wǎng)絡(luò)獲得各個(gè)位置跨省的甚至是跨國家的供電資源。目前世界各國的輸配電規(guī)程都在關(guān)注輸電線 路在多樣復(fù)雜的天氣下的可靠性問題。輸電系統(tǒng)的裕度評估的目標(biāo)就是去評估輸 電系統(tǒng)將電能可靠的從能源中心輸送到負(fù)荷中心的能力。 任何一條線路停止運(yùn)行 都會影響到整個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)這樣就會導(dǎo)致能源中心與負(fù)荷中心的電力 傳輸收到干擾。重要輸電線路停運(yùn)的主要原因?yàn)闃O端天氣狀態(tài)的干擾，尤其是閃電，大風(fēng) 以及冰凍災(zāi)害。這些天氣災(zāi)害取決于輸電線路的地理位置。本論文將展示Alberta Power Limited在所發(fā)生的極

5、端天氣輸電線路停運(yùn)事件的數(shù)據(jù)特征。輸電線路停運(yùn)數(shù)據(jù)庫包含整個(gè)地區(qū)的的線路以及輸電線路停運(yùn)的所有基本因素的數(shù)據(jù)，比如天氣預(yù)報(bào)，設(shè)備缺陷，外界因素干擾，不利環(huán)境， 人為管理因素以及系統(tǒng)因素等。The Alberta Provincial的天氣數(shù)據(jù)庫包含以下參量，每日最高溫度，每日最高風(fēng)速，每月雷暴天氣數(shù)據(jù)，每月冰雹數(shù)據(jù)等等。 超出這些范圍的數(shù)據(jù)不在本文討論范圍內(nèi)。極端天氣數(shù)據(jù)閃電，大風(fēng)以及冰雹被認(rèn)為是不利于輸電線路的天氣因子。作為供電公司, 主要關(guān)心的事這個(gè)問題的答案在輸電系統(tǒng)中極端天氣條件是導(dǎo)致線路停運(yùn)的主要原因么？對于這個(gè)問題的答案在列舉了 運(yùn)記錄表1以及表2中有明顯的答案。the Alber

6、ta Power Limited 所有的停-GPUKt 用 IWM看盤E 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5) 5433221150 z朋匚Hu yTIns PB J-9u-loIJ8SJdPRIMARY CAUSESFiiJ 1. Prinuiry causes of liLinsmission line ouiiie經(jīng)過比較導(dǎo)致線路停運(yùn)的基本原因，不利的天氣所導(dǎo)致的線路停運(yùn)事件占到了所有原因?qū)е碌木€路停運(yùn)事件大約 33%具體關(guān)系如圖2所示(966TZ26L (Jame 豈 trlnsJaA 逞 s 導(dǎo) 10 P8J0LL怎一言而 口3Ete-RQ-pl -0號三二T ransm i s

7、sion L ine Number對輸電線路網(wǎng)路進(jìn)行蒙特卡洛法模擬框架就是獲得極端天氣因素導(dǎo)致的線 路停運(yùn)的頻率以及事件長度的概率密度函數(shù)。下面的表示輸電線路停運(yùn)模式概率 密度函數(shù)在表3表4中被列舉出來以闡述不同的線路停運(yùn)模式的區(qū)別。.主要原因?yàn)楸?Fig. 3.主要原因?yàn)榇箫L(fēng) -Fig. 4.主要原因?yàn)殚W電-Fig. 5冰雹，大風(fēng)以及閃電對于輸電線路的不同影響已經(jīng)很清楚的列舉在圖表3,圖表4,圖表5之中。線路停運(yùn)的相關(guān)性分析表明因大風(fēng)冰雹導(dǎo)致的停運(yùn)與輸電 線路的物理長度并不成正比例關(guān)系。然而因?yàn)殚W電而導(dǎo)致的輸電線路停運(yùn)則與輸 電線路的物理長度有很嚴(yán)格的比例關(guān)系。關(guān)于輸電線路強(qiáng)迫停運(yùn)的表格總

8、結(jié)如下Stnlistie72 kV144 kV240 kVFrequency per 100 kniaL5216990.8301330,882908Mean duration (hours)5.036.1510.40Median duration(hours)2.351.93236關(guān)于相關(guān)線路的總結(jié)數(shù)據(jù)：Canadian Electricity Association所記錄的持續(xù)性強(qiáng)迫停運(yùn)數(shù)據(jù)在表格2中記錄。數(shù)據(jù)中對于不同的電壓等級有著非常明顯的區(qū)別。1 _PROSAeiLITY DENSITY FUNCTION_I0.05-幺3n03adUJAlLrauFAILURES PER YEAR P

9、ER TRAN3MlsSION LINEPR IMAR Y Q A U SE： PR EG IPITATI QN Irig 3. Kelulie frequejncy of transmission line outages - PrhiKiQ caue precipitation輸電線路由冰雹所導(dǎo)致的平均停運(yùn)時(shí)間在表格2中列舉tablenD匚RMTD恒 OF TRANSMISSION LINE LlXE-KFLAlFD Forced outage statehts primary Cause - PitEciPiTATioNSUtistic72 kV144 kV241)kVMean dura

10、tion (hours)10.548,2940.91Medkin duration (hours2.641.6216.77由于大風(fēng)所導(dǎo)致的平均停運(yùn)時(shí)間和停運(yùn)時(shí)間的中位數(shù)在表格三中進(jìn)行了列舉。通過表格三我們可以得到一個(gè)重要的結(jié)論平均停運(yùn)時(shí)間與停運(yùn)時(shí)間的中值得 不同表明輸電線路停運(yùn)的持續(xù)時(shí)間與根本作用時(shí)間是不對稱的。3 昌 居 se tfi否 sd 呼E 3 CKd 3 歸U 03 0 口。 c 5 fl s 0 5 0 3 2 J 1 1 o o ao.oo.50.0. 025380 JO ZONanoaH山 Aus 出FAILURES PER YEAR PER TRANSMISSION LIN

11、EFig 4. Relative fret|uenc oh trai)smissjofi line outages - Primarj- cause wind由雷電天氣所導(dǎo)致的輸電線路停運(yùn)的平均停運(yùn)時(shí)間以及停運(yùn)時(shí)間的中伯:列些在表格6中，而由于設(shè)備破損所導(dǎo)致的輸電線路停運(yùn)的平均停運(yùn)時(shí)間以及停運(yùn)時(shí)間的中值列些在表格7中Cp. IlElly t=i出1 I liPRIMARYLilrd】ki %liChJ02屆居者芻田-705S E SU A刷言法與E擊scc3d- L Luj一 二一廷山W ii iplii.iLzi v-cn pr3口cause從圖6中可以很明顯的看出輸電線路停運(yùn)事件最可能發(fā)生

12、的省份是SE省，占到了所有停運(yùn)事件的56.2 %在NW省發(fā)生的停運(yùn)事件占到了所有事件的 36.9 %而在在NE省發(fā)生的停運(yùn)事件僅占到了所有事件的 6.9%。SW省內(nèi)轄區(qū)內(nèi)幾乎沒有 重要的輸電線路通過所以在本文的分析中不將其計(jì)入考量。正如前文所提到的，必須要注意到所有由于極端天氣原因所導(dǎo)致的輸電線路 停運(yùn)的持續(xù)時(shí)間都不盡相同。平均值與中位數(shù)的不同暗示了關(guān)于輸電線路停運(yùn)的 停運(yùn)時(shí)間的數(shù)據(jù)的分布式不平衡的。這種不均衡性嚴(yán)重影響了其平均停運(yùn)時(shí)間作 為可靠性模型數(shù)據(jù)的客觀合理性。輸電線路停運(yùn)時(shí)間的根本數(shù)據(jù)分布將通過離散 數(shù)學(xué)的方式將20年的數(shù)據(jù)表示出來。通過以上數(shù)據(jù)表格的分析我們還可以得到 一個(gè)非常重要

13、的結(jié)論輸電線路的停運(yùn)數(shù)據(jù)不僅僅與極端天氣的形式有關(guān)還與輸 電線路的電壓等級有關(guān)，所以我們必須將不同電壓等級的線路分開進(jìn)行研究，而不能將其歸為一類進(jìn)行研究。三蒙特卡洛法模擬蒙特卡洛模擬法將被用于一部分圖七中的輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。圖中所示的輸電線路網(wǎng)絡(luò)知識完整的電力系統(tǒng)中的一小部分， 但這些結(jié)構(gòu)可以用于舉例說明蒙特 卡洛法在電力系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用。J ( cdf(p?ecipitationH | | cdfMind) | A |cdflightning)|Wp * L1 *p(1) L1tupL1wL1 tup-LI* IL1東部西部供電的針對每一種停運(yùn)因素的正常運(yùn)行和停運(yùn)的累積分布函數(shù)分 別被定義出來

14、。在這樣的定義條件下，極端惡劣天氣因素對于輸電線路的影響是 被分開研究的。連續(xù)不斷的產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。對于每一對隨機(jī)數(shù)其表示的都是某一條 線路處于某種天氣條件下的停運(yùn)時(shí)間以及正常工作時(shí)間。例如 rn#1產(chǎn)生一個(gè)相 應(yīng)的停運(yùn)時(shí)間為#1 - tdown-L1-p (1),產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的正常工作時(shí)間為 #1 - tup-L1-p (1)。針對每一條線路在每一個(gè)條件下白工作時(shí)間以及停運(yùn)時(shí)間在圖 9中已經(jīng)標(biāo)繪 出來。對于每一個(gè)單獨(dú)的停運(yùn)狀態(tài)或者是組合停運(yùn)狀態(tài)， 我們評估整個(gè)系統(tǒng)的狀 態(tài)是根據(jù)單獨(dú)的線路停運(yùn)狀態(tài)或者是單獨(dú)停運(yùn)狀態(tài)是否使得整個(gè)系統(tǒng)對于負(fù)荷的供電被切斷，對于負(fù)荷斷電時(shí)間的確定是將整個(gè)仿真過程中負(fù)荷斷

15、電的時(shí)間加 和得到的。停運(yùn)時(shí)間發(fā)生的頻率也是這樣確定的。 在仿真結(jié)束后線路的停運(yùn)頻率 以及停運(yùn)時(shí)間就能夠確定下來了。為了能夠得到穩(wěn)定輸電線路停運(yùn)頻率以及停運(yùn) 時(shí)間蒙特卡洛法仿真的時(shí)間長度至少為1003。收斂約束的條件會因?yàn)閰^(qū)域電網(wǎng) 的范圍與結(jié)構(gòu)有所不同，但每一個(gè)電網(wǎng)都是有差距的。四結(jié)論本論文嘗試基于 Alberta Power Limited s 和 Environment Services 的二 十年的記錄數(shù)據(jù)論證極端天氣與輸電線路停運(yùn)事件有關(guān)。本論文的目的為揭示 Alberta地區(qū)輸電線路故障的特點(diǎn)以及故障模式。這些數(shù)據(jù)以及故障模式在文章 中為蒙特卡洛法模擬提供基礎(chǔ)資料。經(jīng)常會有人認(rèn)為輸電線路由于極端或者是惡劣天氣影響發(fā)生故障停運(yùn)是一 件低頻事件。本論文通過具體數(shù)據(jù)證明由于天氣狀態(tài)所導(dǎo)致的線路停運(yùn)占到了 Alberta地區(qū)所有停運(yùn)事件的三分之一左右。當(dāng)惡劣天氣狀態(tài)影響整個(gè)地理區(qū)域 或者是影響相聯(lián)系的幾條線路時(shí)，負(fù)荷的正常供電就無法得以保證了。在其他情 況下，因?yàn)閻毫犹鞖庵皇怯绊懥瞬糠志€路運(yùn)行，但因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中存