一種電力電纜過電流傳送系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電纜領(lǐng)域，特別涉及一種電力電纜過電流傳送系統(tǒng)及其控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾十年，隨著科技快速進(jìn)步、社會(huì)生產(chǎn)力大力發(fā)展以及物質(zhì)文明持續(xù)發(fā)達(dá)，人類 面臨著越來越嚴(yán)峻的能源危機(jī)。有效利用大自然賦予人類的豐富的風(fēng)能、太陽能和潮汐能 等清潔、綠色、可再生新能源成為人們解決該危機(jī)的一種基本且有效的途徑之一。然而，由 于這些可再生新能源的產(chǎn)生具有非常強(qiáng)的季節(jié)性，且在具體的時(shí)間點(diǎn)上又具有很強(qiáng)的隨機(jī) 性，即其產(chǎn)生是一陣一陣，而非持續(xù)性的，因此，利用它們產(chǎn)生的電能也具有很強(qiáng)的隨機(jī)性、 時(shí)發(fā)性和陣發(fā)性。電力電纜目前均采用靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)傳送電流，即為有效確保電力的安全傳送， 電纜持續(xù)不斷地一直傳送的電力其電流有效值1_不得超過該電纜最大安全電流有效值 I smax。在可再生新能源特別豐富的時(shí)節(jié)，電纜系統(tǒng)盡管有時(shí)以Ismax大小的電流傳送電力，但 這些可再生新能源產(chǎn)生的電能也會(huì)時(shí)常面臨著不能及時(shí)傳送出去的問題，這就意味著失去 對(duì)相當(dāng)一部分可再生新能源的利用。
[0003] 為解決電能不能及時(shí)傳送出去的問題，目前有多種解決方案，其中，最直接有效的 解決辦法是按照當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)力、最強(qiáng)太陽能等可再生新能源的情況升級(jí)電纜系統(tǒng)，但是，這 意味著大量人力、物力、財(cái)力以及時(shí)間的投入，盡管如此，有時(shí)這種解決辦法甚至不可能實(shí) 施，宄其原因是人們有時(shí)根本無法精確、可靠地預(yù)知未來的最大風(fēng)力、最強(qiáng)太陽能等。這些 可再生新能源的季節(jié)性、陣發(fā)性決定了升級(jí)后的電纜系統(tǒng)的強(qiáng)大的電力傳送能力在絕大多 數(shù)時(shí)間內(nèi)由于處于閑置狀態(tài)而都得不到充分利用。即使在風(fēng)能、太陽能等可再生新能源豐 富的時(shí)節(jié)，這些電纜在大多數(shù)時(shí)間可能都處于低效利用的狀態(tài)，因而造成大量社會(huì)資源的 浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明利用可再生新能源產(chǎn)生電能的時(shí)陣性特點(diǎn)，在充分挖 掘電力電纜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上提出一種電力電纜系統(tǒng)過電流傳送系統(tǒng)及其控制方 法，從根本上提高分布式、智能電網(wǎng)中電纜的電力傳送能力，以經(jīng)濟(jì)、高效地利用電纜系統(tǒng)。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種電力電纜過電流傳送系 統(tǒng)，其包括一電纜，其特征在于：從所述電纜的表層引出三個(gè)支路并分別與一電纜系統(tǒng)熱模 型模塊I、一電纜系統(tǒng)熱模型模塊II和一電纜系統(tǒng)熱模型模塊III連接；其中，所述電纜系 統(tǒng)熱模型模塊I的輸出端分為兩支路，其中一支路與一電纜電阻分析模塊的輸入端連接， 另一支路與一電纜芯核溫度判斷模塊的輸入端連接；所述電纜電阻分析模塊的輸出端分為 兩路，其中一支路與一電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊的輸入端連接，另一支路與所述電纜系統(tǒng) 熱模型模塊II的輸入端連接；所述電纜芯核溫度判斷模塊判斷電纜芯核溫度Θ。是否不低 于該電纜芯核的溫度安全閾值Θ。_，如果是，則將判斷結(jié)果輸送至所述電纜系統(tǒng)模塊II， 否則，所述電纜芯核溫度判斷模塊3無輸出；從所述電纜上引出第四支路且分別與所述電 纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊以及所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊III連接，用于將所述電纜中的電力 電流有效值傳送至所述電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊以及所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊III ;所述 電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊的輸出端連接所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊I的輸入端，用于將所述 電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊實(shí)時(shí)分析出來的電纜熱功率傳輸至所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊I， 以精確估計(jì)電纜的芯核溫度；所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊III的輸出端分別連接所述電纜系 統(tǒng)熱模型模塊I、電纜系統(tǒng)熱模型模塊II的輸入端，用于將其分析出來的電纜熱特征參數(shù) 傳輸給所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊I和電纜系統(tǒng)熱模型模塊II，以反應(yīng)電纜的實(shí)際熱狀況； 所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊II的輸出為所述電纜中電力電流的控制值。
[0006] 所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊I、電纜系統(tǒng)熱模型模塊II和電纜系統(tǒng)熱模型模塊III 均基于所述電纜的η階熱模型而建立，且具有相同的熱特征參數(shù)；所述η階熱模型包括η階 串聯(lián)的RC網(wǎng)絡(luò)，η階串聯(lián)的所述RC網(wǎng)絡(luò)涉及流入所述電纜的熱功率ρ (t)、所述電纜外周圍 空氣的溫度Θ a、第i階RC網(wǎng)絡(luò)的溫度Θ i、第i階RC網(wǎng)絡(luò)的熱阻氏、第i階RC網(wǎng)絡(luò)的熱容 Q、流入第i階RC網(wǎng)絡(luò)熱容中的熱功率ρΜ、流經(jīng)第i階RC網(wǎng)絡(luò)熱阻并流入下一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò) 中的熱阻Pu，其中K i < η ;所述熱特征參數(shù)為各階所述RC網(wǎng)絡(luò)中的熱阻Ri和熱容C ρ
[0007] 流入所述電纜的熱功率P (t)的計(jì)算公式為：
[0008] p (t) = wd+nlrms2 (t) R0 (1+ α 20 ( Θ c (t) -20)) (l+ys+yp) (1+ J + J a)
[0009] 式中，Wd為電纜的介電損耗；n為電纜的芯核數(shù)；I 為電纜傳輸?shù)碾娏饔行е担?Θ。(0為電纜的芯核溫度；Rtl為20攝氏度時(shí)電纜芯核的直流電阻；α 2(1為電纜芯核溫度系 數(shù)；ys為電纜的集膚效應(yīng)系數(shù)；y ρ電纜的鄰近效應(yīng)系數(shù)；γ s為電纜的護(hù)套損耗因子；γ 3為 電纜的甲損耗因子。
[0010] 01、氏、(^4，14,2遵循的熱傳遞規(guī)律為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電力電纜過電流傳送系統(tǒng)，其包括一電纜，其特征在于：從所述電纜的表層引 出三個(gè)支路并分別與一電纜系統(tǒng)熱模型模塊I、一電纜系統(tǒng)熱模型模塊II和一電纜系統(tǒng)熱 模型模塊III連接；其中，所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊I的輸出端分為兩支路，其中一支路與 一電纜電阻分析模塊的輸入端連接，另一支路與一電纜芯核溫度判斷模塊的輸入端連接； 所述電纜電阻分析模塊的輸出端分為兩路，其中一支路與一電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊的輸 入端連接，另一支路與所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊II的輸入端連接；所述電纜芯核溫度判斷 模塊判斷電纜芯核溫度Θ。是否不低于該電纜芯核的溫度安全閾值Θ。_，如果是，則將判 斷結(jié)果輸送至所述電纜系統(tǒng)模塊II，否則，所述電纜芯核溫度判斷模塊3無輸出；從所述電 纜上引出第四支路且分別與所述電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊以及所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊 III連接，用于將所述電纜中的電力電流有效值傳送至所述電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊以及 所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊III;所述電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊的輸出端連接所述電纜系統(tǒng) 熱模型模塊I的輸入端，用于將所述電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊實(shí)時(shí)分析出來的電纜熱功率 傳輸至所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊I，以精確估計(jì)電纜的芯核溫度；所述電纜系統(tǒng)熱模型模 塊III的輸出端分別連接所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊I、電纜系統(tǒng)熱模型模塊II的輸入端，用 于將其分析出來的電纜熱特征參數(shù)傳輸給所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊I和電纜系統(tǒng)熱模型 模塊II，以反應(yīng)電纜的實(shí)際熱狀況；所述電纜系統(tǒng)熱模型模塊II的輸出為所述電纜中電力 電流的控制值。
2. 如權(quán)利要求1所述的電力電纜過電流傳送系統(tǒng)，其特征在于：所述電纜系統(tǒng)熱模型 模塊I、電纜系統(tǒng)熱模型模塊II和電纜系統(tǒng)熱模型模塊III均基于所述電纜的η階熱模型 而建立，且具有相同的熱特征參數(shù)；所述η階熱模型包括η階串聯(lián)的RC網(wǎng)絡(luò)，η階串聯(lián)的所 述RC網(wǎng)絡(luò)涉及流入所述電纜的熱功率ρ (t)、所述電纜外周圍空氣的溫度Θ a、第i階RC網(wǎng) 絡(luò)的溫度Θ i、第i階RC網(wǎng)絡(luò)的熱阻氏、第i階RC網(wǎng)絡(luò)的熱容Q、流入第i階RC網(wǎng)絡(luò)熱容中 的熱功率Pi l、流經(jīng)第i階RC網(wǎng)絡(luò)熱阻并流入下一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)中的熱阻Pi，2，其中1彡i彡η ; 所述熱特征參數(shù)為各階所述RC網(wǎng)絡(luò)中的熱阻Ri和熱容C i。
3. 如權(quán)利要求2所述的電力電纜過電流傳送系統(tǒng)，其特征在于：流入所述電纜的熱功 率P (t)的計(jì)算公式為： p (t) = wd+nlrms2 (t) R0 (1+ α 20 ( Θ c (t) -20)) (l+ys+yp) (1+ J + J a) 式中，Wd為電纜的介電損耗；n為電纜的芯核數(shù)；I "s為電纜傳輸?shù)碾娏饔行е?；Θ?〇 為電纜的芯核溫度；&為20攝氏度時(shí)電纜芯核的直流電阻；α 2(|為電纜芯核溫度系數(shù)；ysS 電纜的集膚效應(yīng)系數(shù)；yp電纜的鄰近效應(yīng)系數(shù)；γ s為電纜的護(hù)套損耗因子；γ a為電纜的甲 損耗因子。
4. 如權(quán)利要求2所述的電力電纜過電流傳送系統(tǒng)，其特征在于：Θ p RiJi、pi; p pi;2遵 循的熱傳遞規(guī)律為：
式中，Θ dt)為電纜第i階網(wǎng)絡(luò)的溫度；Θ i+1(t)為電纜第i+Ι階網(wǎng)絡(luò)的溫度。
5. 如權(quán)利要求1所述的電力電纜過電流傳送系統(tǒng)，其特征在于：所述電纜電阻分析模 塊內(nèi)的數(shù)學(xué)模型為： Rt (t) = R0 (1+ α 20 ( Θ c (t) -20)) (l+ys+yp) 式中，RT(t)為電纜芯核溫度等于0。(〇時(shí)的電阻值。
6. 如權(quán)利要求1所述的電力電纜過電流傳送系統(tǒng)，其特征在于：所述電纜熱功率實(shí)時(shí) 分析模塊內(nèi)的數(shù)學(xué)模型為： p (t) = Wd+nlrnis2 (t) Rt (1+γ s+γ a)。
7. -種如權(quán)利要求1到6任一項(xiàng)所述的電力電纜過電流傳送系統(tǒng)的控制方法，其包括 以下步驟： 1) 估算電纜芯核溫度Θ。，電纜系統(tǒng)熱模型模塊I利用測(cè)量的電纜表層溫度Θ s(t)和 電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊實(shí)時(shí)分析出的流入電纜的熱功率p (t)估算出電纜芯核溫度Θ。； 2) 計(jì)算電纜電阻Rt，電纜系統(tǒng)熱模型模塊I將估算出的電纜芯核溫度Θ。傳輸至電纜 電阻分析模塊，電纜電阻分析模塊計(jì)算出電纜電阻Rt; 3) 實(shí)時(shí)分析流入電纜的熱功率p (t)，電纜電阻分析模塊將計(jì)算出的電阻&傳輸至電 纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊，該模塊利用Rt和測(cè)量出的電力電流有效值I "s實(shí)時(shí)分析出流入電 纜的熱功率P (t); 4) 判斷電纜芯核溫度Θ。是否不低于Θ。_，如果是，將判斷結(jié)果輸出至電纜系統(tǒng)熱模 型II，電纜系統(tǒng)熱模型II結(jié)合其采集到的電纜表層溫度0 s(t)以及由電纜電阻分析模塊 計(jì)算得到并輸送至電纜系統(tǒng)熱模型Π 的電纜電阻Rt預(yù)測(cè)用于降低電纜芯核溫度Θ。的功 率匕和電纜能安全傳送的電力電流I s;否則，電纜芯核溫度判斷模塊3無輸出； 5) 更新熱特征參數(shù)，電纜系統(tǒng)熱模型模塊III利用測(cè)試出的電力電流有效值Ims和電 纜表層溫度Θ。在線分析計(jì)算電纜的熱特征參數(shù)，若分析出的熱特征參數(shù)相對(duì)之前已發(fā)生 變化，則用分析出的熱特征參數(shù)更新電纜系統(tǒng)熱模型模塊I和電纜系統(tǒng)熱模型模塊II中的 熱特征參數(shù)，否則，不更新。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電力電纜過電流傳送系統(tǒng)及其控制方法，其包括電纜，從電纜的表層引出三個(gè)支路并分別與電纜系統(tǒng)熱模型模塊I、II和III連接；其中，電纜系統(tǒng)熱模型模塊I分為兩支路，其中一支路與電纜電阻分析模塊連接，另一支路與電纜芯核溫度判斷模塊連接；電纜電阻分析模塊分為兩路，其中一支路與電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊連接，另一支路與電纜系統(tǒng)熱模型模塊II連接；從電纜上引出第四支路且分別與電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊以及電纜系統(tǒng)熱模型模塊III連接，電纜熱功率實(shí)時(shí)分析模塊連接電纜系統(tǒng)熱模型模塊I；電纜系統(tǒng)熱模型模塊III的輸出端分別連接電纜系統(tǒng)熱模型模塊I、電纜系統(tǒng)熱模型模塊II；電纜系統(tǒng)熱模型模塊II的輸出為電纜中電力電流的控制值。
【IPC分類】G05B17-02
【公開號(hào)】CN104656460
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510026789
【發(fā)明人】肖繼學(xué), 胥玉萍, 王澤 , 龔建全, 曾強(qiáng), 董圣友, 李海軍
【申請(qǐng)人】西華大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月19日