一种光伏系统直埋电缆载流选型方法与流程

1.本发明属于光伏系统设计领域，具体涉及光伏系统直埋电缆载流量选型方法及应用。


背景技术：

2.随着我国光伏发电产业的规模化发展，如何有效降低光伏电站的建设总成本已成为新能源业界的一大焦点。作为光伏发电系统的重要组成部分，电缆造价占光伏项目的整体造价比重较大，因此在设计时对电缆型号进行优化选择能在满足安全规范的同时大幅度降低项目的建造成本。
3.在电力设计中，电缆型号的选择通常需基于电缆载流量的解析计算。作为光伏发电系统中常用的电缆选型，交联聚乙烯电力电缆的长期允许最高工作温度为90℃。若电缆导体温度超过90℃，则电缆的绝缘加速老化，电缆的使用寿命缩短；若电缆导体温度低于90℃过多，则电缆的输送能力没有得到充分发挥。
4.国际电工委员会(iec)制定的iec 60287(对应国标jb 10181)标准给出了负荷因数为1.0的恒定负荷电缆的额定载流量计算方法。考虑到光伏系统的周期性负荷特性，即仅在白天运行，夜晚不运行，且运行阶段周期性相对比较固定，基于负荷因数为1.0的长期载流量计算结果无法充分利用电缆本身的传输能力，降低了经济型。iec 60853标准给出了考虑电缆机器外部热容时周期性负荷载流量系数(m)的计算方法。在周期性负荷电力系统中，所选择电缆的载流能力应能满足日周期内的最大负荷电流，即电缆的额定载流量与周期性负荷载流量系数(m)相乘应大于日(24h)周期内允许电流峰值。
5.光伏发电系统作为典型的周期性负荷，虽然相关规范明确了周期曲线下电缆负荷因数的计算，但是规范中计算公式抽象复杂，实际工程中无法广泛应用。对于光伏系统直埋电缆，其周期性负荷载流量系数与土壤热阻系数、环境温度、回路数、回路间距以及敷设深度等有关，影响因数多，计算困难。
6.因此，亟需研究和发明一种便于工程应用的方法，优化光伏系统电缆截面，提高工程经济性。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提出一种光伏系统直埋电缆载流选型方法。本发明为了简化及推广周期负荷曲线的电缆周期负荷因数m值，提出了仿真的计算方法，并基于仿真结果，提出了35kv直埋电缆周期负荷因数m的查表法，便于实际工程的应用。
8.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种光伏系统直埋电缆载流选型方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
10.(1)根据pvsyst每小时数据，拟合出光伏系统中流经电缆的日负荷周期曲线；
11.(2)基于确认的日负荷周期曲线以及直埋电缆的实际敷设环境和配置，通过软件(cymcap或类似)计算电缆稳态载流量ir以及电缆周期负荷因数m，确认周期负荷下的电缆
电流峰值i
p
＝ir×
m；
12.当不具备仿真条件时，35kv直埋电缆根据查表法确认电缆周期负荷因数的最小值，确认周期负荷下的电缆电流峰值；
13.根据电缆电流峰值进行光伏系统直埋电缆载流选型。
14.所述的日负荷周期曲线，根据pvsyst每小时数据，拟合曲线接近于正弦波。考虑大部分光伏项目发电时间小于12小时，计算时可按t＝12小时考虑。
15.所述的直埋电缆的实际敷设环境参数包含：土壤电阻率，环境温度，回路数，回路间距，敷设深度，电缆规格及导体材料等；对电缆周期负荷因数的敏感度排序如下：土壤温度或者导体材料(基本无影响)＜电缆截面＜回路间距或敷设深度＜土壤热阻系数。
16.所述的查表法，是基于光伏系统日负荷周期曲线的不同满发时间，上述负荷因数m对各个环境及敷设因数的敏感性分析，考虑主要影响因数，即土壤热阻系数，回路数量，其余影响因数按m值最小考虑，列出负荷因数m查询表。所述的最小m值，基于上述敏感性分析，对于非敏感因数，即电缆敷设深度，电缆截面，回路间距因数，在特定敷设情况下，负荷因数m与各参数的关系曲线如图2所示。根据图2的曲线趋势，可以得到如下结论：
17.对于电缆敷设深度，负荷因数随着电缆深度的增加而增大，根据《电力工程电缆设计规范》gb 50217-2018要求，电缆外皮至地面深度，不得小于0.7m，考虑电缆本身外径以及实际工程应用，电缆中心点离地面最小距离按0.8m考虑，因此m值在0.8m的敷设深度下是最小的。
18.对于电缆截面，负荷因数随着电缆截面的增大而增大，考虑实际工程项目中电缆热稳定要求，电缆选型最小截面通常为70mm2，因此m值在截面70mm2下是最小的。
19.对于回路间距，负荷因数随着电缆间距的增加而减少，根据《电力工程电缆设计规范》gb 50217-2018，附录4，校正系数主要针对电缆净距为100～300mm，以及实际工程节约用地原则，通常电缆的最大中心距控制在400mm以内(电缆外径按100mm考虑)，因此m值在敷设中心距为400mm下是最小的。
20.所述查表法的表格为：
21.表1日负荷曲线为弦波，且无限发情况
[0022][0023]
表2日负荷曲线为弦波，限发2小时
[0024][0025]
表3日负荷曲线为弦波，限发4小时
[0026][0027]
表4日负荷曲线为弦波，限发6小时
[0028][0029]
表5日负荷曲线方波，12小时满发
[0030][0031]
根据上述最小m值的说明，规定上述表格的适用范围如下：
[0032]
a.计算的日周期负荷曲线为正弦波以及方波，周期为12小时；
[0033]
b.表格中的数值是基于3
×
70mm2的仿真结果，表格适用于电缆截面不小于70mm2三芯及单芯电缆，三角形敷设；
[0034]
c.表格中的数值基于电缆敷设中心距为400mm的仿真结果，表格适用于电缆间距不大于400mm的敷设情况；
[0035]
d.表格中的数值基于电缆敷设深度为0.8m，表格适用于埋深不小于0.8m的情况；
[0036]
e.敷设回路数多于4回路时，按4回路考虑；
[0037]
f.表格适用于35kv直埋电缆系统；
[0038]
g.对于热阻系数介于表格给予数据的情况，可用插值法得到m值。
附图说明
[0039]
图1为典型日周期负荷曲线。其中，(a)为方波，即m＝12小时且满发；(b)为正弦波，其中限发时间为0小时；(c)为正弦波，其中限发时间为2小时；(d)为正弦波，其中限发时间为4小时；(e)为正弦波，其中限发时间为6小时；
[0040]
图2为周期负荷因数m与敷设参数的关系曲线，环境参数包含热阻系数(0.8～2.0k.m/w),同沟并联敷设回路数(1～4回)，电缆敷设深度(0.2～2m)，电缆规格(75～400mm2)，并联回路间距(中心距，200～500mm)。
具体实施方式
[0041]
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例子，而不是全部的实施案例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
实施例1，仿真法
[0043]
本实施例中，本发明通过仿真法确认典型日负荷曲线下的最小负荷因数，最终求取载流量，对电缆进行相应的选型。
[0044]
所述基于周期负荷曲线的光伏系统直埋电缆载流量选型方法包括以下步骤：
[0045]
(1)根据pvsyst每小时数据，拟合出光伏系统中流经电缆的日负荷周期曲线。
[0046]
一种典型的负荷周期曲线为正弦波，可根据pvsyst仿真数据，确认限发小时数，根据式(1)～(3)近似确认日周期负荷曲线函数。
[0047]
(2)基于确认的日负荷周期曲线以及直埋电缆的实际敷设环境和配置，通过软件(cymcap或类似)计算电缆稳态载流量ir(iec 60287方法)以及电缆周期负荷因数m，确认周期负荷下的电缆电流峰值i
p
＝ir×
m。以此电缆电流峰值进行光伏系统直埋电缆载流量选型。
[0048]
本发明的负荷曲线，可以正弦波作为典型的日周期负荷曲线，对于不同限发时间，日负荷曲线可表示为：
[0049][0050]
其中m为限发小时数，t＝12小时，k为限发下的修正系数，表示如下：
[0051][0052]
当日负荷曲线无法确定时，一种极端的日负荷曲线可采用方波型式，可表示为：
[0053][0054]
不同限发小时及方波的日负荷曲线如图1所示。
[0055]
所述的直埋电缆的实际敷设环境参数包含：土壤电阻率，环境温度，回路数，回路间距，敷设深度，电缆规格及导体材料等。对电缆周期负荷因数的敏感度仿真分析基于如下环境条件：
[0056]
土壤环境温度：30℃；
[0057]
土壤热阻系数：1.2k.m/w；
[0058]
并联回路数：4回路；
[0059]
回路间距：400mm(中心距)；
[0060]
敷设深度：0.8m；
[0061]
电缆型号：yjlv22-3x70 26/35kv；
[0062]
采用控制变量法，针对上述情况分别分析周期负荷因数m与各个参数的影响，具体如图2曲线所示。周期负荷因数与各个环境条件关系如下：
[0063]
(a)周期负荷因数m随热阻系数的增加而增加，当热阻在0.8～2k.m/w之间变化时，m值的差值约为0.16。
[0064]
(b)周期负荷因数m随回路数的增加而增加，当回路数在1～4回路之间时，m值的差值约为0.16。
[0065]
(c)周期负荷因数m随敷设深度的增加而增加，当敷设深度在0.8～2m之间变化时，m值的差值约为0.09。
[0066]
(d)周期负荷因数m随电缆规格的增加而增加，当电缆从三芯70mm2～400mm2变化时，m值的差值约为0.05。
[0067]
(e)周期负荷因数m随回路间距的增加而减小，当电缆间距在200～500之间变化时，m值的差值约为0.1。
[0068]
(f)单芯电缆的周期负荷因数m较三芯同规格电缆的略高。
[0069]
(g)环境温度及导体类型对周期负荷因数m值基本无影响，可忽略。
[0070]
针对上述分析，各个因子的敏感度排序如下：土壤温度或者导体材料(基本无影响)＜电缆截面＜回路间距或敷设深度＜回路数量＜土壤热阻系数。
[0071]
实施例2，查表法，
[0072]
本发明的查表法，基于上述仿真法的成果，当热阻在0.8～2k.m/w之间变化、回路数在1～4回路之间、敷设深度在0.8～2m之间变化、电缆从三芯70mm2～400mm2变化、电缆间距在200～500之间变化时，仅考虑回路数、热阻系数对m值的影响，操作步骤更为简化，方便
实际工程应用，有效减小电缆截面从而降低电缆成本。
[0073]
以35kv光伏系统为例，基于周期负荷曲线的光伏系统35kv直埋电缆载流量选型方法包括以下步骤：
[0074]
(1)与仿真方法类似，先确认日周期负荷限发小时数。
[0075]
(2)根据限发的小时数，直埋电缆的热阻系数，回路数，对应查找表格1～5中的最小周期负荷因数m。在无法确认日周期负荷满发小时数时，可采用表5，查询方波下的最小周期负荷因数m。
[0076]
(3)根据iec 60287计算电缆长期稳态载流量ir。
[0077]
(4)计算对应日负荷周期曲线下的电缆电流峰值，即i
p
＝ir×
m。
[0078]
以此电缆电流峰值进行光伏系统直埋电缆载流量选型。
[0079]
表1日负荷曲线为弦波，且无限发情况
[0080][0081]
表2日负荷曲线为弦波，限发2小时
[0082][0083]
表3日负荷曲线为弦波，限发4小时
[0084][0085]
表4日负荷曲线为弦波，限发6小时
[0086][0087]
表5日负荷曲线方波，12小时满发
[0088][0089]