电源送出工程的导线截面选择方法

摘要

本发明公开了一种电源送出工程的导线截面选择方法，包括获取了类似电源送出工程的多年运行数据；计算电源年平均累计实时损耗功率；计算电源的年运行损耗等效平均电流和年运行损耗等效平均电流百分比；计算电源送出工程年运行损耗费用；计算全寿命周期范围内电源送出工程折现总费用；选择全寿命周期范围内电源送出工程折现总费用最小的导线型号，完成电源送出工程的导线截面选择。本发明针对指定电源的导线截面选择，提出了年运行损耗等效平均电流概念，解决了电源出力特性差异的问题，体现了不同类型电源在规模、出力特性和资源方面的经济差异，为电源导线截面提供了便捷、可靠、经济的选择方法，提高了电网线路设计和规划精益化水平。

说明书

技术领域

本发明属于电力工程领域，具体涉及一种电源送出工程的导线截面选择方法。

背景技术

随着国家的发展和国民生活水平的提高，电力建设也在逐步加快。导线截面的选择是输 电线路工程设计中的一项重要工作。如何选择导线经济截面，直接关系线路全寿命周期内的 运行效率。

目前，实际输电线路工程设计一般采用按经济电流密度选择导线截面。该方法虽然操作 简单，然而未考虑电源实际出力特性，且经济电流密度需要实时修正。因此，该计算方法很 难精准得到电源导线经济截面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够反映电源实际出力特性、受外界影响小、经济可行的电 源送出工程的导线截面选择方法。

本发明提供的这种电源送出工程的导线截面选择方法，包括如下步骤：

S1.获取已有类似的电源送出工程的多年运行数据，包括导线电阻、线路实时采集功率、 导线额定电压和全年采集点数；

S2.根据步骤S1获取的数据，计算电源的年平均累计实时损耗功率；

S3.根据步骤S2得到的年平均累计实时损耗功率，计算电源的年运行损耗等效平均电流：

$I_{loss}^a={\left(\frac{P_{loss}^a}{3\times R_l\times 8760}\right)}^{1/2}={\left(\frac{\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(P_t/\sqrt{3}{U}_e)}^2}{n}\right)}^{1/2}$

其中为年运行损耗等效平均电流；为年平均累计实时损耗功率；R_l为导线电阻； P_t为线路实时采集功率；U_e为导线额定电压；n为全年采集点数；

S4.利用步骤S3得到的年运行损耗等效平均电流，计算电源的年运行损耗等效平均电流 百分比：

$I_{loss}^a\%=\frac{I_{loss}^a}{I_e}\times 100\%=\frac{{(\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_t^2/n)}^{1/2}}{P_e}\times 100\%$

其中P_e为电源满出力功率，且存在

S5.利用步骤S4得到的年运行损耗等效平均电流百分比，计算电源送出导线工程年运行 损耗费用；

S6.选取所有可能符合电源送出工程的导线类型，并根据导线的单位造价，计算在全寿 命周期范围内电源送出工程导线的折现总费用；

S7.根据所有备选导线的折现总费用，选择经济性最优的导线型号，完成电源送出工程 的导线截面选择。

步骤S2所述的计算电源的年平均累计实时损耗功率，为采用如下算式进行计算：

$P_{loss}^a=3\times \underset{t=1}{\overset{n}{\int }}{I}_t^2{R}_{l}dt\approx 3\times \underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(P_t/\sqrt{3}{U}_e)}^2\times R_l\times \frac{8760}{n}$

其中为电源的年平均累计实时损耗功率；I_t为导线实时电流；R_l为导线电阻；P_t为 线路实时采集功率；U_e为导线额定电压；n为全年采集点数。

步骤S5所述计算电源送出导线工程年运行损耗费用，为采用如下算式进行计算：

$C_{loss}^a=3\times {I_{loss}^a}^2\times R_l\times \lambda \approx 3\times {(I_{loss}^a\%\times I_e)}^2\times R_l\times \lambda$

其中为电源送出导线工程年运行损耗费用；为电源送出导线年运行损耗等效平均 电流；R_l为导线电阻；λ为电源的上网电价。

步骤S6所述的计算在全寿命周期范围内电源送出导线的折现总费用，为采用如下算式进 行计算：

$C_t=C_i+m\times C_{loss}^a=C_i+m\times 3\times {I_{loss}^a}^2\times R_l\times \lambda$

其中C_t为全寿命周期范围内电源送出工程导线的折现总费用；C_i为电源送出工程的投资 单位成本；m为年金现值系数；为电源送出工程年运行损耗费用；为电源送出工程年 运行损耗等效平均电流；R_l为导线电阻；λ为电源的上网电价。

所述年金现值系数为采用如下算式进行计算：

$m=\frac{({(1+r)}^y-1)}{r{(1+r)}^y}$

其中m为年金现值系数；r为折现率；y为工程使用全寿命周期。

步骤S6所述的选择经济性最优的导线型号，为选择全寿命周期范围内电源送出工程导线 折现总费用最小的导线型号。

本发明提供的这种电源送出工程的导线截面选择方法，针对指定电源的导线截面选择， 提出了年运行损耗等效平均电流百分比的概念，体现了电源的实际出力特性；设计单位可利 用电源年运行损耗等效平均电流百分比推荐值进行倒推得到单位线路长度的累积损耗，然后 结合不同型号线路的单位投资成本，在全寿命周期范围内进行经济比较，得到最优导线截面 选择结果。本发明通过提出的电源的年运行损耗等效平均电流百分比指标，不仅解决了电源 出力特性差异的问题，而且为电网设计、规划单位经济选择电源导线截面提供了便捷、可靠 的途径，有利于整体提高电网线路设计、规划精益化水平；特别在可再生能源发电(如：风 电、光伏、水电等)送出导线经济截面的选择方面，本方法体现了不同类型电源在规模、出 力特性和资源方面的经济差异。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的电源送出工程的导线截面选择方法的方法流程图，具体包括如 下步骤：

S1.获取已有类似的电源送出工程的多年运行数据，包括导线电阻、线路实时采集功率、 导线额定电压和全年采集点数；

S2.根据步骤S1获取的数据，计算电源的年平均累计实时损耗功率：

采用如下算式进行计算：

$P_{loss}^a=3\times \underset{t=1}{\overset{n}{\int }}{I}_t^2{R}_{l}dt\approx 3\times \underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(P_t/\sqrt{3}{U}_e)}^2\times R_l\times \frac{8760}{n}$

其中为电源的年平均累计实时损耗功率；I_t为导线实时电流；R_l为导线电阻；P_t为 线路实时采集功率；U_e为导线额定电压；n为全年采集点数。

S3.根据步骤S2得到的年平均累计实时损耗功率，计算电源的年运行损耗等效平均电流：

$I_{loss}^a={\left(\frac{P_{loss}^a}{3\times R_l\times 8760}\right)}^{1/2}={\left(\frac{\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(P_t/\sqrt{3}{U}_e)}^2}{n}\right)}^{1/2}$

其中为年运行损耗等效平均电流；为年平均累计实时损耗功率；R_l为导线电阻； P_t为线路实时采集功率；U_e为导线额定电压；n为全年采集点数；

S4.利用步骤S3得到的年运行损耗等效平均电流，计算电源的年运行损耗等效平均电流 百分比：

$I_{loss}^a\%=\frac{I_{loss}^a}{I_e}\times 100\%=\frac{{(\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_t^2/n)}^{1/2}}{P_e}\times 100\%$

其中P_e为电源满出力功率，且存在

S5.利用步骤S4得到的年运行损耗等效平均电流百分比，计算电源送出工程年运行损耗 费用：

采用如下算式进行计算：

$C_{loss}^a=3\times {I_{loss}^a}^2\times R_l\times \lambda \approx 3\times {(I_{loss}^a\%\times I_e)}^2\times R_l\times \lambda$

其中为电源送出工程年运行损耗费用；为电源送出工程年运行损耗等效平均电 流；R_l为导线电阻；λ为电源的上网电价。

S6.选取所有可能符合电源送出工程的导线类型，并根据导线的单位造价，计算在全寿 命周期范围内电源送出工程导线的折现总费用：

采用如下算式进行计算：

$C_t=C_i+m\times C_{loss}^a=C_i+m\times 3\times {I_{loss}^a}^2\times R_l\times \lambda$

其中C_t为全寿命周期范围内电源送出工程导线的折现总费用；C_i为电源送出线路的投资 单位成本；m为年金现值系数；为电源送出工程年运行损耗费用；为电源送出工程年 运行损耗等效平均电流；R_l为导线电阻；λ为电源的上网电价。

S7.根据所有备选导线的折现总费用，选择经济性最优的导线型号，完成电源送出工程 的导线截面选择：选择方法为选取全寿命周期范围内电源送出工程导线折现总费用最小的导 线型号。

以下结合一个算例，对本发明提供的电源送出工程的导线截面选择方法进行进一步说明：

对某一容量为150兆瓦风电场送出工程线路截面的选择。

已知条件：在设计风速23.5米/秒、覆冰15毫米、风电场并网电压等级110千伏、电价 0.5元/千瓦时、工程寿命25年、折现率0.08的条件下，备选的五种导线型号为2×LGJ-240/40、 LGJ-400/40、LGJ-300/40、LGJ-240/40和LGJ-185/40，其电阻参数分别为0.06045Ω/km、0.07389 Ω/km、0.09614Ω/km、0.1209Ω/km和0.1564Ω/km，典型单位造价分别为105万元/km、110 万元/km、80万元/km、78万元/km和76万元/km。

根据步骤S1～S4，由风电场实时出力大数据，计算得到150兆瓦风电场年运行损耗等效 平均电流百分比约为33.3％；

根据步骤S5，计算得到2×LGJ-240/40、LGJ-400/40、LGJ-300/40、LGJ-240/40和 LGJ-185/40五种典型线路的年损耗费用分别为63.7万元、77.2万元、103.2万元、127.3万元 和164.0万元；

根据步骤S6，计算得到2×LGJ-240/40、LGJ-400/40、LGJ-300/40、LGJ-240/40和 LGJ-185/40五种典型导线，在25年全寿命周期内的综合折现总费用为168.7万元、187.2万 元、183.2万元、205.3万元、240.0万元，其中折现率为10.675；

根据步骤S7，比较得到综合折现总费用最小的导线型号为2×LGJ-240/40，即为该工程的经 济最优选择导线截面。