基于参数辨识的架空导线载流温升热路模型研究

摘要

架空导线载流温升关系模型常被用于设计输电线路、评估架空输电线路运行状态及安全载流容量等领域。近年来，导线温度对电力系统运行影响的研究成为热点问题。故载流温升模型还被应用于修正线路等值参数、提高潮流计算精度、实现电热协调调度以及最优潮流计算等诸多理论中，对传统电力系统分析及调度理论的进一步发展带来重大影响，具有重要的理论意义和实用价值。
　　传统载流温升模型通常将导线视为等温体，然而，架空导线多由数股线束互绞而成，并非热的良导体。另外，传统模型中参数较多，计算时存在经验性，难以准确的获得，给模型计算带来误差。此外，当前的载流温升模型均未能反映导线轴向温度特性，不利于计及线路温度的电力系统分析理论的深入发展。在此背景下，本文利用参数辨识对导线载流温升模型的参数计算方法进行研究，克服了模型参数难以确定的问题。同时，建立了考虑轴向温度分布的架空导线分布参数载流温升模型，有助于促进线路温度对电力系统运行影响研究的进一步发展。
　　论文首先研究了包括IEEE模型、IEC模型、传统热路模型及数值模拟模型在内的常用导线载流温升模型，对模型中参数的计算方法进行了分析，并讨论了各模型的优缺点，为后文研究提供了理论基础。
　　随后，设计了架空导线载流温升实验平台。平台中数据采集装置具有导线温度、运行电流、环境温度、风速、风向、日照强度等数据的实时监测功能，后台数据分析软件具备解析、存储及显示监测数据的功能。该实验平台可用于导线载流温升模型的验证，也可为模型参数辨识提供必要数据。
　　为克服传统热路模型集总参数难以确定的问题，提出了基于线性回归辨识的热路模型参数计算方法，并分析了参数变化规律。基于线性回归方法的参数辨识结果表明，LGJ-240/30和LGJ-400/35导线环境热阻随着运行电流的增加呈减小趋势。载流温升计算结果表明，将参数辨识结果代入热路模型后，模型最大相对误差小于1.29％，平均相对误差小于0.60％，精度满足工程要求。与传统热路参数计算方法相比，基于辨识方法获得的热路参数提高了集总参数热路模型的计算精度。
　　在载流温升集总参数热路模型研究基础上，建立了反映导线轴向温度特性的分布参数热路模型，并提出了基于内点法辨识的模型参数计算方法。基于内点法的参数辨识结果表明，LGJ-240/30导线的分布传导热阻、环境热阻随运行电流的增加呈减小趋势，而分布热容随运行电流的增加呈增大趋势。载流温升计算结果表明，将参数辨识结果代入分布参数热路模型后，模型最大相对误差小于3.0％，平均相对误差小于1.0％，可准确计算导线轴向温升热动态过程。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 架空导线载流温升模型研究现状

1．2．2 热路模型在电力系统中的应用

1．2．3 参数辨识方法在电力系统中的应用

1．3 本文主要研究工作

2 传统架空导线载流温升模型

2．1 IEEE标准模型

2．2 IEC标准模型

2．3 传统热路模型

2．3．1 热电类比理论

2．3．2 热路模型的建立

2．3．3 热路模型参数计算方法

2．4 数值模拟模型

2．5 本章小结

3 架空导线载流温升实验平台设计

3．1 实验平台总体架构

3．2 实验数据采集装置硬件架构

3．3 实验后台数据分析软件设计

3．4 本章小结

4 架空导线集总参数热路模型研究

4．1 集总参数热路模型的建立

4．2 集总参数热路模型参数的确定

4．2．1 热流量的计算

4．2．2 基于线性回归的集总参数辨识

4．3 集总参数热路模型实验验证

4．3．1 集总参数变化规律研究

4．3．2 模型精度验证

4．4 本章小结

5 架空导线分布参数热路模型研究

5．1 分布参数热路摸型的建立

5．2 分布参数热路模型参数的确定

5．2．1 热流量的计算

5．2．2 基于内点法的分布参数辨识

5．3 分布参数热路模型实验验证

5．3．1 模型精度验证

5．3．2 分布参数变化规律研究

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况