Dynamic thermal rating (DTR) of overhead transmission lines can provide a significant increase in transmission capacity compared to the static thermal rating. However, the DTR are usually estimated by the traditional thermal model of overhead conductor that is highly dependent on the solar, wind speed and wind direction data. Consequently, the estimated DTR would be unreliable and the safety of transmission lines would be reduced when the solar and wind sensors are out of function. To address this issue, this study proposed a novel thermal model of overhead conductor based on the thermal-electric analogy theory and Markov chain. Using this thermal model, the random variation of conductor temperature can be simulated with any specific current level and ambient temperature, even if the solar and wind sensors are out of function or uninstalled. On this basis, an estimation method was proposed to determine the DTR in the form of probability. The laboratory experiments prove that the proposed method can estimate the DTR reliably without measured solar and wind data.
With the sustained and rapid development of new energy sources, the demand for electric energy is increasing day by day. However, China's energy distribution is not balanced, and the construction of transmission lines is in a serious lag behind the improvement of generating capacity. So there is an urgent need to increase the utilization of transmission capacity. The transmission capacity is mainly limited by the maximum allowable operating temperature of conductor. At present, the evaluation of transmission capacity mostly adopts the static thermal rating (STR) method under severe environment. Dynamic thermal rating (DTR) technique can improve the utilization of transmission capacity to a certain extent. In this paper, the meteorological parameters affecting the conductor temperature are analyzed with the IEEE standard thermal equivalent equation of overhead transmission lines, and the real load capacity of 220 kV transmission line is calculated with 7-year actual meteorological data in Weihai. Finally, the thermal load capacity of DTR relative to STR under given confidence is analyzed. By identifying the key parameters that affect the thermal rating and analyzing the relevant environmental parameters that affect the conductor temperature, this paper provides a theoretical basis for the wind power grid integration and grid intelligence. The results show that the thermal load potential of transmission lines can be effectively excavated by DTR, which provides a theoretical basis for improving the absorptive capacity of power grid.
This paper describes the concepts of Static Line Rating (SLR) and Dynamic Line Rating (DLR) and the computational methods to demonstrate them. Calculation of the line capacity needs the heat balance equation which is also used for computing the reduced tension in terms of line aging. SLR is calculated with the data from the worst condition of weather throughout the year. Even now, the utilization ratio is obtained from this SLR data in Korea. DLR is the improved method compared to SLR. A process for DLR reveals not only improved line ratings but also more accurate allowed line ratings based on line aging and real time conditions of weather. In order to reflect overhead transmission line aging in DLR, this paper proposes the method that considers the amount of decreased tension since the lines have been installed. Therefore, the continuous allowed temperature for remaining life time is newly acquired. In order to forecast DLR, this paper uses weather forecast models, and applies the concept of Thermal Overload Risk Probability (TORP). Then, the new concept of Dynamic Utilization Ratio (DUR) is defined, replacing Static Utilization Ratio (SUR). For the case study, the two main transmission lines which are responsible for the north bound power flow in the Seoul metropolitan area are chosen for computing line rating and utilization ratio. And then line rating and utilization ratio are analyzed for each transmission line, so that comparison of the present and estimated utilization ratios becomes available. Finally, this paper proves the validity of predictive DUR as the objective index, with simulations of emergency state caused by system outages, overload and so on.
Ambient Adjusted line Rating(AAR) method for overhead transmission lines considering Risk Tolerance(RT) was proposed in this paper. AAR is suitable for system operators to plan their operation strategy and maintenance schedule because this can be designed as a seasonal line rating. Several candidate transmission lines are chosen to apply the proposed method in the paper. As a result, it is shown that system reliability was significantly enhanced through maximizing transfer capability, solving the system constraints.
With the increasing of urban electricity demand, making the most use of the power cable carrying capacity has become an important task in power grid system. Contrary to the rated ampacity obtained under extremely conservative conditions, this paper presents the various steady value of cable ampacity by using the changing surrounding parameters under operation, which is based on cable ampacity calculation equation under the IEC-60287 standard. To some degree, the cable ampacity analysis of actual surroundings improves the transmission capacity of cables. This paper reveals the factors that influence cable ampacity such as insulating layer thickness, allowable long-term conductor temperature, the ambient temperature, soil thermal resistance coefficient, and so on, then gives the class of the influence of these parameters on the ampacity, which plays a great role in accurately calculating the real-time ampacity and improving the utilization rate of cable in the complex external environment condition. Furthermore, the transient thermal rating of the cable is analyzed in this paper, and temperature variation of the conductor under different overload conditions is discussed, which provides effective information for the operation and control of the system.
To develop the thermal analysis method for the thermal behavior of HTS power cable system, cooled with sub-cooled liquid nitrogen, new thermo dynamic model for HTS cable system is introduced. The introduced thermal model is mainly modified from the thermal circuit following to IEC60287 for underground power cable systems such as XLPE or paper wrapped insulation cables. The thermal circuits for HTS cables are similar to the forced cooled underground cable system but the major thermal parameters and the configuration is apparently different to the normal cable systems so there has been no proposals in this field of analysing method. In this paper, 154kV HTS cable system has been introduced as an aspects of thermal models and a thermal circuit is proposed for the fundamentals on the dynamic rating systems for the HTS cable system. By using the thermal circuit developed in this paper, the optimal controls on the sub-cooling system's capacity become possible and it is expected to make the efficiency of HTS cable higher than conventional static controls.
전력설비 시장의 새롭게 조정된 경제환경으로 인하여 송전선로에 대한 투자와 운용 정책에 근본적인 변화가 초래되었다. 따라서, 최악의 기상조건을 사용하는 형식적인 가정들을 토대로 주어지는 도체의 허용전류를 증가시키기 위하여 현재 설비를 평가하는 것이 중요하게 되었다. 여전히 세계의 대부분 전력회사에서는 정적송전용량을 채용하고 있지만, 몇몇 회사들은 송전용량을 증가시키기 위하여 동적송전용량을 실시간으로 모니터링 하는 등 다양한 시도를 해왔다. 이 연구는 기상모델로 규정된 한국전력공사(KEPCO)의 송전선로의 정적송전용량을 평가하기 위한 시도이다. 과거 기상청에서 관측된 기상 데이터를 근거로 송전용량을 결정하기 위한 몇 가지 환경적 특성을 검토하였다. 그 결과, 한국전력의 송전선로에 계절별 또는 지역별 정격을 적용할 수 있으며, 현재 운용 중인 도체를 새로운 고내열 도체로 교체하지 않더라도 기존 송전용량을 좀더 증대시킬 수 있음을 확인하였다.
The paper aims at improving the understanding and mitigating the effects of tunnel fires that may breakout due to the burning fuel and/or explosion within the tunnel. This study particularly focuses on the behavior of the commonly used horse shoe geometry of tunnel systems. The problem has been obtained using an adequate well-established program incorporating the Lagrangian approach. A transient-thermo-coupled static structural analysis is carried out. The effects of radiation and convection to the outer walls of the tunnel is studied. The paper also presents the impact of the hazard on the structural integrity of the tunnel. A methodology is proposed to study the tunnel fire using a model which uses equivalent steel sheet to represent the presence of reinforcements to improve the computational efficiency with adequate validation. A parametric study has been carried out and the effect of suitable lining property for mitigating the fire hazard is arrived at. Detailed analysis is done for the threshold limits of the properties of the lining material to check if it is acceptable in all aspects for the integrity of the tunnel. The study may prove useful for developing insights for ensuring tunnel fire safety. To conduct such studies experimentally are tremendously costly but are required to gain confidence. But, scaled models, as well as loading and testing conditions, cannot be studied by many trials experimentally as the cost will shoot up sharply. In this context, the results obtained from such computational studies with a feasible variation of various combinations of parameters may act as a set of guidelines to freeze the adequate combination of various parameters to conduct one or two costly experiments for confidence building.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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