一种电力电缆过电流传送系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电缆领域，特别涉及一种电力电缆过电流传送系统及其控制方 法。
【背景技术】
[0002] 近几十年，随着科技快速进步、社会生产力大力发展以及物质文明持续发达，人类 面临着越来越严峻的能源危机。有效利用大自然赋予人类的丰富的风能、太阳能和潮汐能 等清洁、绿色、可再生新能源成为人们解决该危机的一种基本且有效的途径之一。然而，由 于这些可再生新能源的产生具有非常强的季节性，且在具体的时间点上又具有很强的随机 性，即其产生是一阵一阵，而非持续性的，因此，利用它们产生的电能也具有很强的随机性、 时发性和阵发性。电力电缆目前均采用静态标准传送电流，即为有效确保电力的安全传送， 电缆持续不断地一直传送的电力其电流有效值1_不得超过该电缆最大安全电流有效值 I smax。在可再生新能源特别丰富的时节，电缆系统尽管有时以Ismax大小的电流传送电力，但 这些可再生新能源产生的电能也会时常面临着不能及时传送出去的问题，这就意味着失去 对相当一部分可再生新能源的利用。
[0003] 为解决电能不能及时传送出去的问题，目前有多种解决方案，其中，最直接有效的 解决办法是按照当地最大风力、最强太阳能等可再生新能源的情况升级电缆系统，但是，这 意味着大量人力、物力、财力以及时间的投入，尽管如此，有时这种解决办法甚至不可能实 施，宄其原因是人们有时根本无法精确、可靠地预知未来的最大风力、最强太阳能等。这些 可再生新能源的季节性、阵发性决定了升级后的电缆系统的强大的电力传送能力在绝大多 数时间内由于处于闲置状态而都得不到充分利用。即使在风能、太阳能等可再生新能源丰 富的时节，这些电缆在大多数时间可能都处于低效利用的状态，因而造成大量社会资源的 浪费。
【发明内容】
[0004] 针对上述技术问题，本发明利用可再生新能源产生电能的时阵性特点，在充分挖 掘电力电缆系统的动态特性的基础上提出一种电力电缆系统过电流传送系统及其控制方 法，从根本上提高分布式、智能电网中电缆的电力传送能力，以经济、高效地利用电缆系统。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种电力电缆过电流传送系 统，其包括一电缆，其特征在于：从所述电缆的表层引出三个支路并分别与一电缆系统热模 型模块I、一电缆系统热模型模块II和一电缆系统热模型模块III连接；其中，所述电缆系 统热模型模块I的输出端分为两支路，其中一支路与一电缆电阻分析模块的输入端连接， 另一支路与一电缆芯核温度判断模块的输入端连接；所述电缆电阻分析模块的输出端分为 两路，其中一支路与一电缆热功率实时分析模块的输入端连接，另一支路与所述电缆系统 热模型模块II的输入端连接；所述电缆芯核温度判断模块判断电缆芯核温度Θ。是否不低 于该电缆芯核的温度安全阈值Θ。_，如果是，则将判断结果输送至所述电缆系统模块II， 否则，所述电缆芯核温度判断模块3无输出；从所述电缆上引出第四支路且分别与所述电 缆热功率实时分析模块以及所述电缆系统热模型模块III连接，用于将所述电缆中的电力 电流有效值传送至所述电缆热功率实时分析模块以及所述电缆系统热模型模块III ;所述 电缆热功率实时分析模块的输出端连接所述电缆系统热模型模块I的输入端，用于将所述 电缆热功率实时分析模块实时分析出来的电缆热功率传输至所述电缆系统热模型模块I， 以精确估计电缆的芯核温度；所述电缆系统热模型模块III的输出端分别连接所述电缆系 统热模型模块I、电缆系统热模型模块II的输入端，用于将其分析出来的电缆热特征参数 传输给所述电缆系统热模型模块I和电缆系统热模型模块II，以反应电缆的实际热状况； 所述电缆系统热模型模块II的输出为所述电缆中电力电流的控制值。
[0006] 所述电缆系统热模型模块I、电缆系统热模型模块II和电缆系统热模型模块III 均基于所述电缆的η阶热模型而建立，且具有相同的热特征参数；所述η阶热模型包括η阶 串联的RC网络，η阶串联的所述RC网络涉及流入所述电缆的热功率ρ (t)、所述电缆外周围 空气的温度Θ a、第i阶RC网络的温度Θ i、第i阶RC网络的热阻氏、第i阶RC网络的热容 Q、流入第i阶RC网络热容中的热功率ρΜ、流经第i阶RC网络热阻并流入下一个RC网络 中的热阻Pu，其中K i < η ;所述热特征参数为各阶所述RC网络中的热阻Ri和热容C ρ
[0007] 流入所述电缆的热功率P (t)的计算公式为：
[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为电缆的介电损耗；n为电缆的芯核数；I 为电缆传输的电流有效值； Θ。(0为电缆的芯核温度；Rtl为20摄氏度时电缆芯核的直流电阻；α 2(1为电缆芯核温度系 数；ys为电缆的集肤效应系数；y ρ电缆的邻近效应系数；γ s为电缆的护套损耗因子；γ 3为 电缆的甲损耗因子。
[0010] 01、氏、(^4，14,2遵循的热传递规律为：
【主权项】
1. 一种电力电缆过电流传送系统，其包括一电缆，其特征在于：从所述电缆的表层引 出三个支路并分别与一电缆系统热模型模块I、一电缆系统热模型模块II和一电缆系统热 模型模块III连接；其中，所述电缆系统热模型模块I的输出端分为两支路，其中一支路与 一电缆电阻分析模块的输入端连接，另一支路与一电缆芯核温度判断模块的输入端连接； 所述电缆电阻分析模块的输出端分为两路，其中一支路与一电缆热功率实时分析模块的输 入端连接，另一支路与所述电缆系统热模型模块II的输入端连接；所述电缆芯核温度判断 模块判断电缆芯核温度Θ。是否不低于该电缆芯核的温度安全阈值Θ。_，如果是，则将判 断结果输送至所述电缆系统模块II，否则，所述电缆芯核温度判断模块3无输出；从所述电 缆上引出第四支路且分别与所述电缆热功率实时分析模块以及所述电缆系统热模型模块 III连接，用于将所述电缆中的电力电流有效值传送至所述电缆热功率实时分析模块以及 所述电缆系统热模型模块III;所述电缆热功率实时分析模块的输出端连接所述电缆系统 热模型模块I的输入端，用于将所述电缆热功率实时分析模块实时分析出来的电缆热功率 传输至所述电缆系统热模型模块I，以精确估计电缆的芯核温度；所述电缆系统热模型模 块III的输出端分别连接所述电缆系统热模型模块I、电缆系统热模型模块II的输入端，用 于将其分析出来的电缆热特征参数传输给所述电缆系统热模型模块I和电缆系统热模型 模块II，以反应电缆的实际热状况；所述电缆系统热模型模块II的输出为所述电缆中电力 电流的控制值。
2. 如权利要求1所述的电力电缆过电流传送系统，其特征在于：所述电缆系统热模型 模块I、电缆系统热模型模块II和电缆系统热模型模块III均基于所述电缆的η阶热模型 而建立，且具有相同的热特征参数；所述η阶热模型包括η阶串联的RC网络，η阶串联的所 述RC网络涉及流入所述电缆的热功率ρ (t)、所述电缆外周围空气的温度Θ a、第i阶RC网 络的温度Θ i、第i阶RC网络的热阻氏、第i阶RC网络的热容Q、流入第i阶RC网络热容中 的热功率Pi l、流经第i阶RC网络热阻并流入下一个RC网络中的热阻Pi，2，其中1彡i彡η ; 所述热特征参数为各阶所述RC网络中的热阻Ri和热容C i。
3. 如权利要求2所述的电力电缆过电流传送系统，其特征在于：流入所述电缆的热功 率P (t)的计算公式为： p (t) = wd+nlrms2 (t) R0 (1+ α 20 ( Θ c (t) -20)) (l+ys+yp) (1+ J + J a) 式中，Wd为电缆的介电损耗；n为电缆的芯核数；I "s为电缆传输的电流有效值；Θ。(〇 为电缆的芯核温度；&为20摄氏度时电缆芯核的直流电阻；α 2(|为电缆芯核温度系数；ysS 电缆的集肤效应系数；yp电缆的邻近效应系数；γ s为电缆的护套损耗因子；γ a为电缆的甲 损耗因子。
4. 如权利要求2所述的电力电缆过电流传送系统，其特征在于：Θ p RiJi、pi; p pi;2遵 循的热传递规律为：
式中，Θ dt)为电缆第i阶网络的温度；Θ i+1(t)为电缆第i+Ι阶网络的温度。
5. 如权利要求1所述的电力电缆过电流传送系统，其特征在于：所述电缆电阻分析模 块内的数学模型为： Rt (t) = R0 (1+ α 20 ( Θ c (t) -20)) (l+ys+yp) 式中，RT(t)为电缆芯核温度等于0。(〇时的电阻值。
6. 如权利要求1所述的电力电缆过电流传送系统，其特征在于：所述电缆热功率实时 分析模块内的数学模型为： p (t) = Wd+nlrnis2 (t) Rt (1+γ s+γ a)。
7. -种如权利要求1到6任一项所述的电力电缆过电流传送系统的控制方法，其包括 以下步骤： 1) 估算电缆芯核温度Θ。，电缆系统热模型模块I利用测量的电缆表层温度Θ s(t)和 电缆热功率实时分析模块实时分析出的流入电缆的热功率p (t)估算出电缆芯核温度Θ。； 2) 计算电缆电阻Rt，电缆系统热模型模块I将估算出的电缆芯核温度Θ。传输至电缆 电阻分析模块，电缆电阻分析模块计算出电缆电阻Rt; 3) 实时分析流入电缆的热功率p (t)，电缆电阻分析模块将计算出的电阻&传输至电 缆热功率实时分析模块，该模块利用Rt和测量出的电力电流有效值I "s实时分析出流入电 缆的热功率P (t); 4) 判断电缆芯核温度Θ。是否不低于Θ。_，如果是，将判断结果输出至电缆系统热模 型II，电缆系统热模型II结合其采集到的电缆表层温度0 s(t)以及由电缆电阻分析模块 计算得到并输送至电缆系统热模型Π 的电缆电阻Rt预测用于降低电缆芯核温度Θ。的功 率匕和电缆能安全传送的电力电流I s;否则，电缆芯核温度判断模块3无输出； 5) 更新热特征参数，电缆系统热模型模块III利用测试出的电力电流有效值Ims和电 缆表层温度Θ。在线分析计算电缆的热特征参数，若分析出的热特征参数相对之前已发生 变化，则用分析出的热特征参数更新电缆系统热模型模块I和电缆系统热模型模块II中的 热特征参数，否则，不更新。
【专利摘要】本发明涉及一种电力电缆过电流传送系统及其控制方法，其包括电缆，从电缆的表层引出三个支路并分别与电缆系统热模型模块I、II和III连接；其中，电缆系统热模型模块I分为两支路，其中一支路与电缆电阻分析模块连接，另一支路与电缆芯核温度判断模块连接；电缆电阻分析模块分为两路，其中一支路与电缆热功率实时分析模块连接，另一支路与电缆系统热模型模块II连接；从电缆上引出第四支路且分别与电缆热功率实时分析模块以及电缆系统热模型模块III连接，电缆热功率实时分析模块连接电缆系统热模型模块I；电缆系统热模型模块III的输出端分别连接电缆系统热模型模块I、电缆系统热模型模块II；电缆系统热模型模块II的输出为电缆中电力电流的控制值。
【IPC分类】G05B17-02
【公开号】CN104656460
【申请号】CN201510026789
【发明人】肖继学, 胥玉萍, 王泽 , 龚建全, 曾强, 董圣友, 李海军
【申请人】西华大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月19日