一种沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法技术方案

本发明专利技术公开了一种沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法，属于电力系统技术领域。本发明专利技术基于电力系统设计参数构建包括光伏电站模型和输配电线路模型的电力系统响应模拟模型，再利用风场仿真软件基于Reynold

【技术实现步骤摘要】
一种沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法


[0001]本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法。

技术介绍

[0002]沙漠环境中时有发生的沙尘暴严重影响沙漠中电力系统的稳定运行，不仅影响电力系统用户的安全可靠用电，同时也给电网的经济运行带来重大损失。
[0003]沙尘暴灾害的主要影响因素为大风和风沙流，导致电力系统在沙漠环境这种极端灾害条件下的运行状态不同于正常设计环境下的运行状态，需要综合考虑电力系统对于自然不可抗力扰动的预防抵抗能力。因此，在制定沙漠环境下电力系统的设计方案时，需要充分考虑到沙漠环境中沙尘暴对电力系统运行的影响，这就使得提前模拟预测沙漠环境中电力系统的运行状态显得尤为重要。
[0004]因此，亟需提出一种沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法，通过模拟获取沙漠环境下电力系统运行状态，为电力系统工作人员制定沙漠中电力系统的设计方案提供依据。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现阶段难以准确获取沙漠环境中电力系统运行状态的问题，提出了一种沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法，通过模拟沙漠环境中沙尘暴所产生的强风场对输配电线路运行以及沙尘暴灰尘对光伏电站运行的影响，实现了对极端环境下电力系统运行状态的预测，有利于保障极端天气下电力系统的稳定运行。
[0006]本专利技术采用以下的技术方案：
[0007]一种沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法，所述电力系统包括光伏电站和输配电线路，具体包括以下步骤：
[0008]步骤1，根据电力系统的设计参数，建立包括光伏电站模型和输配电线路模型的电力系统响应模拟模型，光伏电站模型中设置有多个光伏电池板模型，输配电线路模型包括多个线路模型和多个杆塔模型；
[0009]步骤2，获取沙漠环境中沙尘暴发生时的气象数据；
[0010]步骤3，根据沙尘暴发生时的气象数据，利用风场仿真软件基于Reynold
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Stokes方程建立沙尘暴风场模型，设置沙尘暴风场模型的风速、气流密度、气流粘度和持续时间，并将电力系统响应模拟模型中的输配电线路模型设置于沙尘暴风场模型中，获取沙尘暴风场模型与输配电线路模型之间的距离，利用风场仿真软件模拟得到输配电线路在沙尘暴风场中的运行状态，获取输配电线路的故障率；
[0011]步骤4，根据沙尘暴发生时的气象数据，将电力系统响应模拟模型中光伏电站模型设置于REST辐照模型中，利用REST辐照模型模拟光伏电站在沙尘暴天气下的运行状态，获取光伏电站所受到的太阳辐射值；
[0012]步骤5，基于电力系统响应模拟模型中输配电线路模型的故障率以及光伏电站模型所受到的太阳辐射值，确定沙漠环境下电力系统的响应，并基于电力系统响应模拟模型模拟所确定的输配电线路故障率和光伏电站太阳辐射值，预测沙漠环境下电力系统的运行状态。
[0013]优选地，所述电力系统的设计参数包括光伏电站的设计参数和输配电线路的设计参数，其中，所述光伏电站的设计参数包括光伏电站的安装位置、光伏电站中光伏电池板的数量以及光伏电池板的性能参数，光伏电池板的性能参数包括光伏电池板的输出功率、转换效率、安装角度修正系数、逆变器效率、线路损失系数、有效面积、温度系数、工作温度和标准测试温度；
[0014]所述输配电线路的设计参数包括线路的设计参数和杆塔的设计参数，其中，所述线路的设计参数包括线路的数量、型号、材料、直径、长度、平均档距和排布方式，杆塔的设计参数包括杆塔的数量、材料、强度等级、直径、高度和承载能力校验弯矩。
[0015]优选地，所述气象数据包括风速、气流密度、气压、气流粘度、大气光学质量、大气压强、气溶胶反射参数和太阳高度角。
[0016]优选地，所述步骤3中，具体包括以下子步骤：
[0017]步骤3.1，根据沙尘暴发生时的气象数据，利用风场仿真软件基于Reynold
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Stokes方程建立沙尘暴风场模型，用于模拟沙尘暴发生时所形成的不稳定风场；
[0018]所述强风场模型基于Reynold
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Stokes方程建立，如公式(1)所示：
[0019][0020]其中，
[0021][0022]式中，v为风速，ρ为气流密度，t为时间，u为气流粘度，f为风场的约束力，τ为雷诺应力，y为风场距离架空输电线路表面的距离，c
k
为卡门常数；
[0023]步骤3.2，设置沙尘暴风场模型的风速、气流密度、气流粘度和持续时间，并将输配电线路模型设置于沙尘暴风场模型中，确定沙尘暴风场模型与输配电线路模型之间的距离；
[0024]步骤3.3，利用风场仿真软件模拟得到输配电线路在沙尘暴风场中的运行状态，模拟过程中沙尘暴风场模型向输配电线路模型上施加载荷；
[0025]所述沙尘暴风场模型施加于输配电线路模型的载荷包括施加于线路模型上的载荷以及施加于杆塔模型上的载荷，其中，施加于线路模型上的载荷包括线路模型沿轴向方向所受到的风载荷N1以及垂直于线路模型轴向方向的重力载荷N2，杆塔模型的弯矩包括因风载荷所引起的弯矩M1以及因配电线路张力所引起的弯矩M2；
[0026]其中，
[0027]所述线路模型轴向方向所受到的风载荷为：
[0028][0029]式中，N1为线路模型轴向方向所受到的风载荷，θ为风向与线路模型轴向方向之间的夹角，D为线路模型的外径，v为风速；
[0030]所述线路模型垂直方向所受到的重力载荷为：
[0031]N2＝m
∑
g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0032]式中，N2为线路模型垂直方向所受到的重力载荷，m
∑
为线路模型单位长度的总质量，g为重力加速度；
[0033]所述杆塔模型所受风载荷所引起的弯矩为：
[0034]M1＝N
p
Z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0035]其中，
[0036][0037]式中，M1为杆塔模型所受风载荷所引起的弯矩，N
p
为杆塔模型所受到的风载荷，Z为杆塔模型中心的高度，D0为杆塔模型顶端的直径，D
p
为杆塔模型底端的直径，h
p
为杆塔模型的高度；
[0038]所述杆塔模型因配电线路张力所引起的弯矩为：
[0039][0040]式中，M2为杆塔模型因线路张力所引起的弯矩，l为线路模型的平均档距，h
k
为第k根线路模型的垂直高度，k为杆塔上模型所悬挂线路模型的序号，n为杆塔模型上悬挂线路模型的总数。
[0041]步骤3.4，利用风场仿真软件模拟输配电线路在沙尘暴风场中的运行过程，模拟得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法，其特征在于，所述电力系统包括光伏电站和输配电线路，具体包括以下步骤：步骤1，根据电力系统的设计参数，建立包括光伏电站模型和输配电线路模型的电力系统响应模拟模型，光伏电站模型中设置有多个光伏电池板模型，输配电线路模型包括多个线路模型和多个杆塔模型；步骤2，获取沙漠环境中沙尘暴发生时的气象数据；步骤3，根据沙尘暴发生时的气象数据，利用风场仿真软件基于Reynold
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Stokes方程建立沙尘暴风场模型，设置沙尘暴风场模型的风速、气流密度、气流粘度和持续时间，并将电力系统响应模拟模型中的输配电线路模型设置于沙尘暴风场模型中，获取沙尘暴风场模型与输配电线路模型之间的距离，利用风场仿真软件模拟得到输配电线路在沙尘暴风场中的运行状态，获取输配电线路的故障率；步骤4，根据沙尘暴发生时的气象数据，将电力系统响应模拟模型中光伏电站模型设置于REST辐照模型中，利用REST辐照模型模拟光伏电站在沙尘暴天气下的运行状态，获取光伏电站所受到的太阳辐射值；步骤5，基于电力系统响应模拟模型中输配电线路模型的故障率以及光伏电站模型所受到的太阳辐射值，确定沙漠环境下电力系统的响应，并基于电力系统响应模拟模型模拟所确定的输配电线路故障率和光伏电站太阳辐射值，预测沙漠环境下电力系统的运行状态。2.根据权利要求1所述的沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法，其特征在于，所述电力系统的设计参数包括光伏电站的设计参数和输配电线路的设计参数，其中，所述光伏电站的设计参数包括光伏电站的安装位置、光伏电站中光伏电池板的数量以及光伏电池板的性能参数，光伏电池板的性能参数包括光伏电池板的输出功率、转换效率、安装角度修正系数、逆变器效率、线路损失系数、有效面积、温度系数、工作温度和标准测试温度；所述输配电线路的设计参数包括线路的设计参数和杆塔的设计参数，其中，所述线路的设计参数包括线路的数量、型号、材料、直径、长度、平均档距和排布方式，杆塔的设计参数包括杆塔的数量、材料、强度等级、直径、高度和承载能力校验弯矩。3.根据权利要求1所述的沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法，其特征在于，所述气象数据包括风速、气流密度、气压、气流粘度、大气光学质量、大气压强、气溶胶反射参数和太阳高度角。4.根据权利要求1所述的沙漠环境下电力系统运行状态的模拟方法，其特征在于，所述步骤3中，具体包括以下子步骤：步骤3.1，根据沙尘暴发生时的气象数据，利用风场仿真软件基于Reynold
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Stokes方程建立沙尘暴风场模型，用于模拟沙尘暴发生时所形成的不稳定风场；所述强风场模型基于Reynold
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Stokes方程建立，如公式(1)所示：其中，
式中，v为风速，ρ为气流密度，t为时间，u为气流粘度，f为风场的约束力，τ为雷诺应力，y为风场距离架空输电线路表面的距离，c
k
为卡门常数；步骤3.2，设置沙尘暴风场模型的风速、气流密度、气流粘度和持续时间，并将输配电线路模型设置于沙尘暴风场模型中，确定沙尘暴风场模型与输配电线路模型之间的距离；步骤3.3，利用风场仿真软件模拟得到输配电线路在沙尘暴风场中的运行状态，模拟过程中沙尘暴风场模型向输配电线路模型上施加载荷；所述沙尘暴风场模型施加于输配电线路模型的载荷包括施加于线路模型上的载荷以及施加于杆塔模型上的载荷，其中，施加于线路模型上的载荷包括线路模型沿轴向方向所受到的风载荷N1以及垂直于线路模型轴向方向的重力载荷N2，杆塔模型的弯矩包括因风载荷所引起的弯矩M1以及因配电线路张力所引起的弯矩M2；其中，所述线路模型轴向方向所受到的风载荷为：式中，N1为线路模型轴向方向所受到的风载荷，θ为风向与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学军，丁坤，孙亚璐，付兵彬，杨昌海，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司，
类型：发明
国别省市：