一種風(fēng)電場(chǎng)送出線截面削減設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種針對(duì)陸上和海上風(fēng)電場(chǎng)送出線截面削減設(shè)計(jì)方法，屬于送出線工 程設(shè)計(jì)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電場(chǎng)投資費(fèi)用高，其送出線作為其主要元件，有必要提出一種滿足可靠性要求 的同時(shí)節(jié)約成本的切實(shí)可行的送出線設(shè)計(jì)方法。送出線載流量是由導(dǎo)線溫度確定的，與此 同時(shí)，送出線所處工況的風(fēng)速和環(huán)境溫度影響其散熱情況，間接影響其載流量，準(zhǔn)確計(jì)算Ξ 者的禪合關(guān)系具有重要的工程實(shí)際運(yùn)用意義。
[0003] 實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)送出線設(shè)計(jì)往往依據(jù)100%恒定負(fù)載率和標(biāo)準(zhǔn)中特定環(huán)境條件下計(jì)算 出的載流量。運(yùn)些方法設(shè)計(jì)出來的導(dǎo)線欠妥，特別是針對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)樣的變負(fù)荷送出線設(shè) 計(jì)而言，上述設(shè)計(jì)方法安全裕度過高，浪費(fèi)電纜線路載流能力，增加風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)費(fèi)用W及后 期運(yùn)營管理時(shí)間和費(fèi)用，不利于風(fēng)電場(chǎng)長遠(yuǎn)發(fā)展和資源的合理有效利用。
[0004] 據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員均是依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)選擇送出線 型號(hào)，通常會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)出的導(dǎo)線安全裕度過高。況且風(fēng)電場(chǎng)出力有間歇性的特點(diǎn)，并不是一 直處于滿發(fā)狀態(tài)，一年中滿發(fā)時(shí)間僅占0. 342%，送出線低負(fù)荷運(yùn)行率更高。但令人遺憾的 是，目前我國對(duì)風(fēng)電場(chǎng)送出線有效設(shè)計(jì)選型研究卻很比較少，相關(guān)專利也不多，設(shè)計(jì)人員往 往是依據(jù)風(fēng)電場(chǎng)滿發(fā)工況設(shè)計(jì)W滿足極端工況條件。
[0005] 而本專利是分析風(fēng)電場(chǎng)出力和環(huán)境之間的禪合關(guān)系，從而達(dá)到送出線截面削減的 目的，該方法經(jīng)濟(jì)性較好，便于工程實(shí)際中借鑒和運(yùn)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種風(fēng)電場(chǎng)送出線截面 削減設(shè)計(jì)方法，該方法對(duì)陸上和海上風(fēng)電場(chǎng)的環(huán)境影響因素進(jìn)行了考慮，在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 的送出線截面基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行有效削減。
[0007] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0008] 一種風(fēng)電場(chǎng)送出線截面削減設(shè)計(jì)方法：首先按經(jīng)濟(jì)電流密度初選導(dǎo)線截面；其次 從輸電線路導(dǎo)線的熱性設(shè)計(jì)入手，研究影響輸電線路載流量的各種因素，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)，運(yùn)用 風(fēng)速和環(huán)境溫度因素與導(dǎo)線載流量的數(shù)學(xué)關(guān)系；再次結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力和環(huán)境特性，計(jì) 算初選型號(hào)導(dǎo)線在特定工況下的允許載流量，并計(jì)算相同工況下是實(shí)際載流量；依據(jù)貝葉 斯定理，計(jì)算載流量裕度；由導(dǎo)線截面與載流量的關(guān)系，計(jì)算初選導(dǎo)線型號(hào)截面的有效削減 系數(shù)，確定送出線導(dǎo)線截面；最后按容許發(fā)熱條件的持續(xù)極限輸送容量和壓降校核。具體來 說，該方法包括如下步驟：
[0009] (1)首先按經(jīng)濟(jì)電流密度法初選送出導(dǎo)線的型號(hào)；
[0010] (2)然后結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)出力和環(huán)境因素確定截面削減系數(shù)，結(jié)合截面削減系數(shù)對(duì)步 驟（1)初選的送出導(dǎo)線的截面進(jìn)行有效削減，具體為：
[0011]
陽〇1引其中公為削減后的送出導(dǎo)線的截面，單位為削減系數(shù)；P為送電容量，單 位：kW化為送出線路額定電壓，單位：kV;j。為經(jīng)濟(jì)電流密度，單位:A/mm2;CPS療為功率因 數(shù)；
[0013] (3)最后對(duì)削減截面后的導(dǎo)線進(jìn)行短路熱穩(wěn)定和壓降校核，具體按容許發(fā)熱條件 的持續(xù)極限輸送容量、短路熱穩(wěn)定和壓降條件進(jìn)行校核。
[0014] 所述步驟（2)中，若風(fēng)電場(chǎng)為陸上風(fēng)電場(chǎng)，則送出線采用架空輸電線路；按照如下 方式考慮環(huán)境因素：
[0015] (al)從環(huán)境溫度、風(fēng)速和日照強(qiáng)度Ξ方面篩選最不利的幾種工況條件，對(duì)步驟 (1)初選的送出導(dǎo)線，用公式（1)和公式（2)分別計(jì)算每種最不利工況條件下的允許載流量 和實(shí)際載流量1?；^:
[0016]
[001引其中：T。為送出導(dǎo)線的自身溫度，單位：°C;Τ。為環(huán)境溫度，單位：°C;v歷風(fēng)速， 單位：m/s;D為送出線的截面直徑，單位：m;s和k。為常數(shù)；丫為送出導(dǎo)線的吸收系數(shù)；Si為 日照強(qiáng)度，單位：W/m2;P1為導(dǎo)體電阻率，單位：Ω/m;β為交直流電阻比；α為導(dǎo)體溫度系 數(shù)；Ρ2為空氣密度，單位：kg/m3,R為風(fēng)電機(jī)風(fēng)輪半徑，單位：m;Cp(λ，β)為貝茲系數(shù)；S為 初選的送出導(dǎo)線橫截面積，單位:m2;
[0019] (a2)基于環(huán)境條件計(jì)算每種最不利工況條件下的載流量裕度系數(shù)η=^·，選出 j安際 最小值記為rimi。；
[0020] (a3)運(yùn)用馬爾科夫鏈蒙特卡洛法分別建立一年8760h的環(huán)境溫度、風(fēng)速和日照強(qiáng) 度模型，同時(shí)繪制一年8760h的環(huán)境溫度、風(fēng)速和日照強(qiáng)度頻率圖；確定邊界條件的環(huán)境溫 度為35°C、風(fēng)速為0. 5m/s、日照強(qiáng)度為lOOOW/m2;
[0021] (a4)記環(huán)境溫度、風(fēng)速和日照強(qiáng)度頻率圖的總區(qū)間分別為Kt、Ky和K
[0022] 對(duì)于環(huán)境溫度頻率圖的第i區(qū)間，環(huán)境溫度T。取該區(qū)間的右端值，風(fēng)速V"取值為 0. 5m/s，日照強(qiáng)度Si取值為1000W/m2,用公式（1)和公式似分別計(jì)算允許載流量和 實(shí)際載流量I實(shí)際tl;
[0023] 對(duì)于風(fēng)速頻率圖的第i區(qū)間，風(fēng)速V。取該區(qū)間的中間值，環(huán)境溫度T。取值為35°C， 日照強(qiáng)度Si取值為1000W/m2,用公式（1)和公式（2)分別計(jì)算允許載流量和實(shí)際載 AtiS·I實(shí)際vi;
[0024]對(duì)于日照強(qiáng)度頻率圖的第i區(qū)間，日照強(qiáng)度Si取該區(qū)間的右端值，環(huán)境溫度T。取 值為35°C，風(fēng)速V店I值為0. 5m/s，用公式（1)和公式似分別計(jì)算允許載流量I ?和實(shí) 際載流重1$際ivi;
[00巧](a5)分別計(jì)算環(huán)境溫度、風(fēng)速和日照強(qiáng)度載流量裕度系數(shù)：
[0026]
[0027] 其中：P。為環(huán)境溫度頻率圖中各區(qū)間段出現(xiàn)的頻率；p"為風(fēng)速頻率圖中各區(qū)間段 出現(xiàn)的頻率；9"為日照強(qiáng)度頻率圖中各區(qū)間段出現(xiàn)的頻率；
[0028] 計(jì)算馬爾科夫鏈蒙特卡洛法的載流量裕度系數(shù)為n*= 0. 7化V+0. 15nt+0. 08n";
[0029](曰6)確定截面削減系數(shù)m=minQimin，。。
[0030] 所述步驟（2)中，若風(fēng)電場(chǎng)為海上風(fēng)電場(chǎng)，則送出線采用海底電纜線路；按照如下 方式考慮環(huán)境因素：
[0031] 化1)統(tǒng)計(jì)海上風(fēng)電場(chǎng)一年內(nèi)的實(shí)時(shí)日負(fù)載系數(shù)和海水溫度信息，按月從中統(tǒng)計(jì)資 料中篩選出日負(fù)載系數(shù)最大和海水溫度最高的工況條件；
[0032] 化2)W每月中日負(fù)載系數(shù)最大的24h確定為該月的24h周期負(fù)載曲線，W每月中 海水溫度最高的24h確定為該月的最大24h海水溫度曲線；對(duì)每月的24h周期負(fù)載曲線和 最大24h海水溫度曲線進(jìn)行最差工況組合，形成該月的環(huán)境參數(shù)；
[0033] 化3)結(jié)合有限元分析方法建立海底電纜線路的實(shí)物模型，對(duì)步驟（1)初選的送出 導(dǎo)線進(jìn)行暫態(tài)仿真分析，具體為：對(duì)實(shí)物模型設(shè)置第i個(gè)月的環(huán)境參數(shù)，在保持24h周期負(fù) 載曲線形狀的基礎(chǔ)上，利用對(duì)分法不斷調(diào)施加的電流峰值，直至海底電纜線忍溫度穩(wěn)態(tài)值 達(dá)到88~92°C，將此時(shí)施加的電流峰值記為，定義載流量裕度系數(shù)為：
[0034]
[0035]其中：1施加峰值1為海底電纜線忍溫度穩(wěn)態(tài)值達(dá)到88~92°C時(shí)人為施加的電流峰 值，單位:A 為24h周期負(fù)載曲線上實(shí)際的電流峰值，單位:A;
[0036] 化4)運(yùn)用馬爾科夫鏈蒙特卡洛法建立一年8760h的海水溫度模型，繪制一年 876化的海水溫度頻率圖；
[0037] 化5)記海水溫度頻率圖的總區(qū)間為K:
[0038] 對(duì)于海水溫度頻率圖的第i區(qū)間，海水溫度取該區(qū)間的右端值，將該海水溫度帶 入化3)的實(shí)物模型中，海底電纜的電流值（負(fù)載）取海上風(fēng)電場(chǎng)滿發(fā)狀態(tài)的電流值liss，