[发明专利]一种风电场送出线优化选型方法

摘要

本发明公开了一种风电场送出线优化选型方法，包括以下步骤：S1：分别构建电力电缆热路模型和风力发电环境因素随机模型；S2：构建电力电缆线芯温度线性化模型，计算每个随机变量的各阶半不变量；S3：根据半不变量的性质和定义，求得电缆线芯温度的各阶半不变量；S4：运用Gram‑Charlier级数展开结合电缆线芯温度各阶半不变量获得状态变量线芯温度的概率密度函数和越限概率，从而进行优化选型。本发明方法考虑实际环境因素实时变化情况，将概率统计半不变量法引入到电力电缆选型中，获得能满足风电场可靠性的最优电缆选型，摈弃之前实际工程中安全裕度过高的电缆，显著减小风电场建设和后期运营管理费用。

主权项

1.一种风电场送出线优化选型方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：分别构建电力电缆热路模型和风力发电环境因素随机模型；所述步骤S1包括以下步骤：S1.1：构建电力电缆热路模型；风电场电缆长度远大于其埋设深度，将其温度场分布简化成二维场问题求解，运用电缆载流量热‑电类比法，将电缆细分到每层；各层热源比作电流源；各层热阻比作电阻；各层热容比作电容；电缆内的热量经过绝缘和外层金属铠装的热阻，散发至周围土壤；S1.2：建立风速随机模型；运用Weibull分布函数描述风速，风速的概率密度数学模型如式(1)所示：式(1)中，c为标度参数，k为形状参数，v_w为风速m/s；通过风电机的输出功率与风速间的近似一次线性关系得到风电机出力的随机分布，其概率密度数学模型如式(2)所示：式(2)中，P_w为风电机输出功率，A＝P_r/(v_r‑v_ci)，B＝P_rv_ci/(v_r‑v_ci)，P_r为风电机额定功率，v_r为风电机额定风速，v_ci为风电机切入风速；由Weibull分布的定理推得电缆电流概率密度函数为：式(3)中，U为电缆电压等级，cosθ为额定功率因数，n为风机个数，I为电缆电流；S1.3：建立环境温度随机模型；环境温度采样数据运用正态分布，其概率密度函数为：式(4)中，θ_a为环境温度采样数据，μ为均值，σ²为方差；S1.4：输入原始参数数据，选取组合最差工况进行研究；S2：构建电力电缆线芯温度线性化模型，计算每个随机变量的各阶半不变量；所述步骤S2包括以下步骤：S2.1：建立电力电缆线芯温度线性化模型；电缆电流数学模型为：I²{R[T₁+(1+λ₁)T₂+(1+λ₁+λ₂)(T₃+T₄)]}＝θ_c‑θ_a‑W_d[0.5T₁+T₂+T₃+T₄]  (5)式(5)中，I为电缆电流，R为电缆交流电阻，T₁为绝缘层热阻，T₂为金属屏蔽层热阻，T₃为铠装层外部护套热阻，T₄为电缆敷设环境土壤的热阻，λ₁为电缆金属层损耗系数，λ₂为铠装损耗系数，θ_c为线芯工作温度，θ_a为环境温度，W_d为单位长度绝缘介质的损耗，U₀为电缆导体对地电压，w＝2πf，其中f为电源频率，C为单位长度电缆的电容，tanδ为绝缘介质的损耗角正切；并且式(5)满足：Δθ_c＝2AI₀ΔI+Δθ_a  (6)式(6)中，Δθ_c为电缆线芯工作温度与其期望值的差值，I₀为电缆电流期望值，ΔI为电缆电流与其期望值的差值，Δθ_a为环境温度与其期望值的差值；S2.2：根据式(3)和式(4)将电缆电流和环境温度离散化，然后由随机变量分布函数求得各离散值的概率，并根据式(7)计算电流和环境温度随机变量的各阶矩，再根据式(8)计算各阶半不变量；式(7)中，M_r为电流及环境温度的各阶矩，1≤r≤8，p_i为电流及环境温度的概率值，x_i为电流及环境温度的离散值，μ为电流及环境温度的期望值，1≤i≤电流及环境温度离散值的个数；式(8)中，N_r为电流及环境温度的各阶半不变量；S3：根据半不变量的性质和定义，求得电缆线芯温度的各阶半不变量；S4：运用Gram‑Charlier级数展开结合电缆线芯温度各阶半不变量获得状态变量线芯温度的概率密度函数和越限概率，从而进行优化选型；所述步骤S4中的状态变量线芯温度的概率密度函数f(x)为：式(9)中，为状态变量线芯温度的标准正态密度函数；为规格化后的状态变量线芯温度，即μ为状态变量线芯温度的期望，σ²为状态变量线芯温度的方差，g_r为规格化后的电缆线芯温度各阶半不变量，即σ为状态变量线芯温度的标准差，N₂为电缆线芯温度的2阶半不变量，N_r为电缆线芯温度的r阶半不变量，1≤r≤8，为Hermite多项式。