一种海底电缆输电系统分析模型与无功配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海底电缆输电系统分析模型与无功配置方法，通过交联聚乙烯(XLPE)海底电缆、海上升压站，以及无功补偿设备3部分组成典型高压交流(HVAC)输电系统；根据海上风电输电系统特点，提出该系统的电压等级、回路数选择策略，并搭建经济性分析模型；结合海上风电场实际接入情况和电网公司相关技术管理要求，提出海上风电输电系统的配置无功补偿容量方法。本发明专利技术提出的海上风电输电系统对目前海上风电建设具有借鉴意义，同时提出的无功控制方法能够让该系统更为有效、合理地开展无功补偿工作，提高了工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种海底电缆输电系统分析模型与无功配置方法
本专利技术涉及基于海上风电的海底电缆输电领域，尤其涉及一种海底电缆输电系统分析模型与无功配置方法。
技术介绍
近年来，随着风电场规模的迅速扩大，大规模风电并网给系统带来的影响日益凸显，这直接关系到电网能否安全、稳定的运行。由于风力资源集中的地区往往距离主系统和负荷中心较远，区域的网架结构较为薄弱，加之风电的有功出力具有随风波动的特点，因此风电外送通道上的潮流变化频繁，这对当地电网的电压水平、线路传输功率、短路电流水平和暂态稳定性等多方面造成影响，并且风电渗透比例的增大会使其影响程度进一步增加。因此，为确保电力系统安全、稳定运行，深入研究风电接入带来的影响十分必要。与此同时海上风电的海底电缆输电是近年来迅速发展起来的输电技术，根据其运行工作特点在交流输电系统中会产生很大的电容电流，从而明显降低电缆输送有功功率的能力，因此适用于交流系统小容量、短距离的电力传输。在目前电网建设与发展中，海底电缆输电系统研究得到了国内外专家学者广泛关注。海上风电的海底电缆输电技术一般应用于小容量、短距离的电能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底电缆输电系统分析模型与无功配置方法，其特征在于，它包括如下步骤：/nS1，根据海上风电输电系统对电能传输的实际需求，搭建海底电缆输电系统基本模型并设计海上风电接入方案；/nS2，根据海底电缆和海上风电系统建设现场实际因素，确定海底电缆输电系统电压等级与回路数的选择策略模型；/nS3，根据S2中确定的海底电缆输电系统电压等级与回路数选择策略，建立海底电缆输电系统电缆选型和经济性分析模型；/nS4，针对S1和S2建立的基于海上风电的海底电缆输电系统进行无功平衡分析，确立适用于该系统的无功配置方法。/n

【技术特征摘要】
1.一种海底电缆输电系统分析模型与无功配置方法，其特征在于，它包括如下步骤：
S1，根据海上风电输电系统对电能传输的实际需求，搭建海底电缆输电系统基本模型并设计海上风电接入方案；
S2，根据海底电缆和海上风电系统建设现场实际因素，确定海底电缆输电系统电压等级与回路数的选择策略模型；
S3，根据S2中确定的海底电缆输电系统电压等级与回路数选择策略，建立海底电缆输电系统电缆选型和经济性分析模型；
S4，针对S1和S2建立的基于海上风电的海底电缆输电系统进行无功平衡分析，确立适用于该系统的无功配置方法。


2.根据权利要求1所述的海底电缆输电系统分析模型与无功配置方法，其特征在于：所述海底电缆输电系统包括交联聚乙烯海底电缆(1)、海上升压站(2)、无功补偿设备(3)；所述海上风电接入方案为由海上集电系统(4)到海上升压站(2)的接入方式。


3.根据权利要求1所述的海底电缆输电系统分析模型与无功配置方法，其特征在于：
所述S2最终形成了考虑多种因素影响的选择策略模型，所述多种因素包括接入电网对风电出力的承受能力、海上风电出力的随机性、海上风电出力的波动性和高压交流输电系统的损耗与传输距离。


4.根据权利要求1所述的海底电缆输电系统分析模型与无功配置方法，其特征在于：所述步骤S3的具体实现方式为：
所述海底电缆输电系统投资费用包括海底电缆成本、海上升压站价格、无功补偿设备价格，具体计算模型如下：
CAC＝CCAB+CSUB+CCOM
式中：CAC为海底电缆输电系统投资费用，CCAB为海底电缆成本，CSUB为海上升压站价格，CCOM为无功补偿设备价格，其中，海底电缆成本具体计算方法为：
CCAB＝Cmat+Cins
式中：Cmat为海底电缆购买费用，Cins为海底电缆安装费用，
所述海底电缆购买费用由海底电缆的型号决定；海上升压站价格包括了海上升压站安装、设计和土建费用；输电系统中电缆的型号将根据计算结果进行选择。


5.根据权利要求1所述的海底电缆输电系统分析模型与无功配置方法，其特征在于：所述步骤S4中无功平衡分析时考虑到的风电场无功损耗包括风电场风力发电机升压变压器消耗的无功功率、风电场升压站主变压器消耗的无功功率、风电场集电线路消耗的无功功率和高压并网线路50％的无功损耗，其计算方法如下：
所述风电场风力发电机升压变压器消耗的无功功率计算公式为：



式中，Qb为风电场风力发电机升压变压器消耗的无功功率，Ud为风电场风力发电机升压变压器的阻抗电压百分值；Im为风电场风力发电机升压变压器需要补偿一侧的工作电流值；Ie为风电场风力发电机升压变压器需要补偿一侧的额定电流值；I0为风电场风力发电机升压变压器空载电流百分比；Se为风电场风力发电机升压变压器的额定容量；
所述风电场升压站主变压器消耗的无功功率计算公式为：



式中，QB为风电场升压站主变压器消耗的无功功率，Ud1为风电场升压站主变压器的阻抗电压百分值；Im1为风电场升压站主变压器需要补偿一侧的工作电流值；Ie1为风电场升压站主变压器需要补偿一侧的额定电流值；I01为风电场升压站主变压器空载电流百分比；Se1为风电场升压站主变压器的额定容量；
所述风电场集电线路消耗的无功功率包括风电场集电线路消耗的容性无功功率和风电场集电线路消耗的感性无功功率，所述风电场集电线路消耗的容性无功功率计算公式为：
QC＝U2ωCl
所述风电场集电线路消耗的感性无功功率计算公式为：
QL＝3I2ω...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤亮亮，邓鹤鸣，张广洲，刘飞，蔡炜，朱弘钊，任华，王力农，宋斌，李小春，陈辉荣，谢迎谱，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42