CN104656460B - 一种电力电缆过电流传送系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种电力电缆过电流传送系统及其控制方法

技术领域

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

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I_rms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I_smax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。

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，究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

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。

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_c(t)是否不低于该电缆芯核的温度安全阈值θ_cmax，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，以反映电缆的实际热状况；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。

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n阶热模型而建立，且具有相同的热特征参数；所述n阶热模型包括n阶串联的RC网络，n阶串联的所述RC网络涉及流入所述电缆的热功率p(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(t)、第i阶RC网络的热阻R_i、第i阶RC网络的热容C_i、流入第i阶RC网络热容中的热功率p_i,1、流经第i阶RC网络热阻并流入下一个RC网络中的热阻p_i,2，其中1≤i≤n；所述热特征参数为各阶所述RC网络中的热阻R_i和热容C_i。

流入所述电缆的热功率p(t)的计算公式为:

p(t)＝W_d+nI_rms ²(t)R₀(1+α₂₀(θ_c(t)-20))(1+y_s+y_p)(1+γ_s+γ_a)

式中，W_d为电缆的介电损耗；n为电缆的芯核数；I_rms(t)为电缆传输的电流有效值；θ_c(t)为电缆芯核温度；R₀为20摄氏度时电缆芯核的直流电阻；α₂₀为电缆芯核温度系数；y_s为电缆的集肤效应系数；y_p电缆的邻近效应系数；γ_s为电缆的护套损耗因子；γ_a为电缆的铠装损耗因子。

θ_i(t)、R_i、C_i、p_i,1、p_i,2遵循的热传递规律为：

式中，θ_i(t)为电缆第i阶网络的温度；θ_i+1(t)为电缆第i+1阶网络的温度。

所述电缆电阻分析模块内的数学模型为：

R_T(t)＝R₀(1+α₂₀(θ_c(t)-20))(1+y_s+y_p)

式中，R_T(t)为电缆芯核温度等于θ_c(t)时的电阻值；θ_c(t)为电缆的芯核温度；R₀为20摄氏度时电缆芯核的直流电阻；α₂₀为电缆芯核温度系数；y_s为电缆的集肤效应系数；y_p为电缆的邻近效应系数。

所述电缆热功率实时分析模块内的数学模型为：

p(t)＝W_d+nI_rms ²(t)R_T(t)(1+γ_s+γ_a)

式中，p(t)电缆的热功率；W_d为电缆的介电损耗；I_rms(t)为电缆传输的电流有效值；R_T(t)电缆电阻；γ_s为电缆的护套损耗因子；γ_a为电缆的铠装损耗因子。

一种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_c(t)，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_c(t)；

2)计算电缆电阻R_T(t)，电缆系统热模型模块I将估算出的电缆芯核温度θ_c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R_T(t)；

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R_T(t)传输至电缆热功率实时分析模块，该电缆热功率实时分析模块利用R_T(t)和测量出的电缆传输的电流有效值I_rms(t)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_c(t)是否不低于θ_cmax，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θ_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II的电缆电阻R_T(t)预测用于降低电缆芯核温度θ_c(t)的功率P_s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利用测试出的电缆传输的电流有效值I_rms(t)和电缆表层温度θ_s(t)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。

本发明由于采用以上技术方案，其达到的技术效果为：1、本发明充分考虑了可再生新能源产生电能的时阵性特点，并充分挖掘电力电缆系统的动态特性，以有效地发挥电缆良好的时阵电力动态传送能力，在不改变现有电缆系统任何硬件条件的基础上让电缆尽可能多地将这些电能安全、可靠地传送出去，从而满足了人们创造日益丰富社会财富所需的电力。因此，本发明具有很高的社会效益和经济效益。2、本发明通过电缆系统热模型模块Ⅰ获取电缆的表层温度，利用电缆的表层温度分析电缆的芯核温度，同时利用芯核温度与电缆系统热特征参数的关系，精确计算出热特征参数，由于电缆系统热模型模块Ⅰ与电缆的表层接触，而不是将温度感知部件直接安放在电缆的芯核内，因此能够有效避免温度感知部件对电缆的机械损伤，降低对电缆使用寿命的影响，除此之外，还降低了测试成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明电力电缆系统n阶热模型的示意图；

图2是本发明的电力电缆过电流传送系统的整体结构示意图；

图3是实施例中电缆中流过的电力电流的示意图；

图4是实施例中电缆温度响应曲线示意图；

图5是实施例中电缆传送的受控电力电流的曲线示意图；

图6是实施例中电缆的温度相应曲线示意图；

图7是实施例中电缆传送脉动电力的受控电流的曲线示意图；

图8是电缆芯核温度响应曲线示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，首先详细介绍建立本发明的原理：风能、太阳能等可再生新能源产生的电能具有很强的时阵性，即这些电能为一阵一阵的而非一直持续在某一大小。当这些一阵一阵的电能来临时，电缆若能以高于I_smax的电流传送它们，则可显著提高电缆的电力传送能力。由于这些电能并不是一直很多，而是一会儿多，一会儿少(很多时候甚至没有)，电缆可能能够以高于I_smax的电流安全可靠地传送它们。

事实上，电缆能否安全传送电力的根本判断准则并不是电缆传送的实际电流是否大于I_smax，而是电缆传输电力时，电缆芯核温度θ_c(t)是否超过电缆芯核允许的最高温度θ_max。只要能保证θ_c(t)不超过θ_max，电缆系统一样可以安全地传送高于I_smax的大电力电流，但其传送时间因此会受限制。在一阵阵大风、强阳光来临前，电缆传送的电力很少，θ_c(t)远低于θ_max。当这些可再生新能源来临时，电缆系统可以高于I_smax的大电流方式传送逐渐增多的新产生的电能。当θ_c(t)升至或者超过θ_max时，降低电力的电流以降低芯核温度让其不高于θ_max，从而更快、及时地传送更多的电能。如果对每阵大风、强光等再生新能源都这样工作，则可在不添加或升级现有电缆传送系统、电能存储系统硬件的条件下较好地缓解上述问题，甚至在一些场合可能获得较好的解决。

基于上述原因，建立电力电缆系统的n阶热模型(如图1所示)，其包括n阶串联的RC网络，其中，p(t)为流入电缆系统的热功率；θ_a为电缆系统外周围空气的温度；θ_i(t)为第i阶网络的温度；R_i为第i阶网络的热阻；C_i为第i阶网络的热容；p_i,1为流入第i阶网络热容中的热功率；p_i,2为流经第i阶网络热阻并流入下一个网络中的热阻。其中，p(t)的计算公式如下：

p(t)＝W_d+nI_rms ²(t)R₀(1+α₂₀(θ_c(t)-20))(1+y_s+y_p)(1+γ_s+γ_a) (1)

式中，W_d为电缆的介电损耗；n为电缆的芯核数；I_rms为电缆传输的电流有效值；θ_c(t)为电缆芯核温度；R₀为20摄氏度时电缆芯核的直流电阻；α₂₀为电缆芯核温度系数；y_s为电缆的集肤效应系数；y_p电缆的邻近效应系数；γ_s为电缆的护套损耗因子；γ_a为电缆的铠装损耗因子。

由公式(1)可知，p(t)由电缆传输的电流有效值I_rms(t)、电缆芯核温度θ_c(t)和电缆材料本身的特性确定。

另外，θ_i(t)、R_i、C_i、p_i,1、p_i,2遵循如式(2)所示的热传递规律。

式中，θ_i(t)为电缆第i阶网络的温度；θ_i+1(t)为电缆第i+1阶网络的温度。

由图1可知，电缆的热模型由各网络热容C_i、热阻R_i来表征，因此，各网络中的热容C_i、热阻R_i为电缆系统的热模型特征参数。从图1及式(1)、(2)可以看出，电力电流越大，电缆温度升得越快，电缆温度随时间的推移而变得越来越越高。电缆系统的温度曲线可表示为这些特征参数的函数，电缆温度曲线之间以这些特征参数为纽带，存在着固定的关系。

电缆传送大于其I_smax的电力意味着其芯核温度θ_c(t)可能要超过其θ_max。为了这些电力的安全传送，须要一直监控θ_c(t)，确保θ_c(t)始终低于θ_max。直接测试θ_c(t)会面临一些棘手的实际问题，直接安放温度感知部件则会机械损伤电缆，而生产电缆时预先安放温度感知部件则需要付出很高的成本。事实上，电缆的表面温度θ_s(t)获取方便，不会给电缆带来机械损伤，可用来分析电缆芯核温度θ_c(t)。同时，利用它与电缆系统热特征参数的关系，则可通过θ_s(t)精确计算出这些热特征参数。

如图2所示，本发明涉及的电力电缆过电流传送系统包括电缆1，从电缆1表面引出三个支路并分别与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连接，电缆1表层的温度经过这三个支路分别传送至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。其中，电缆系统热模型模块I的输出端分为两支路，其中一支路与电缆电阻分析模块2的输入端连接，另一支路与电缆芯核温度判断模块3的输入端连接。电缆电阻分析模块2的输出端分为两路，其中一支路与电缆热功率实时分析模块4的输入端连接，另一支路与电缆系统热模型模块II的输入端连接。电缆芯核温度判断模块3判断电缆芯核温度θ_c(t)是否不低于θ_cmax，如果是，则将判断结果输送至电缆系统模块II，否则，电缆芯核温度判断模块不输出，需要解释的是：当θ_c(t)大于电缆芯核允许的最高温度θ_max时，电缆的绝缘层等因温度过高而被逐渐损坏，从而发生事故。只要θ_c(t)始终不超过θ_max，电缆就不会受到损坏而能安全地传送电力。为留有安全裕度，θ_cmax小于θ_max，其差值视具体情况而定。从电缆1上引出第四支路且分别与电缆热功率实时分析模块4以及电缆系统热模型模块III连接，用于将电缆1中的电力电流有效值传送至电缆热功率实时分析模块4以及电缆系统热模型模块III。电缆热功率实时分析模块4的输出端连接电缆系统热模型模块I的输入端，用于将电缆热功率实时分析模块4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。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。电缆系统热模型模块II的输出为电缆1中电力电流的控制值。

在上述实施例中，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具有相同的热特征参数，但它们的作用不同，具体为：电缆系统热模型模块I用于估计出电缆芯核的温度；电缆系统热模型模块II用于分析电缆1能安全传送的电力电流I_S；电缆系统热模型模块III用于在线精确分析、计算出电缆系统的热特征参数，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、II中的特征参数，让电缆系统热模型模块I、II精确地反应受控电缆系统的实际情况，从而确保它们有效、可靠地工作。

在上述实施例中，电缆电阻分析模块2内的数学模型为：

R_T(t)＝R₀(1+α₂₀(θ_c(t)-20))(1+y_s+y_p)

式中，R_T(t)为电缆芯核温度等于θ_c(t)时的电阻值。

在上述实施例中，电缆热功率实时分析模块4内的数学模型为：

p(t)＝W_d+nI_rms ²(t)R_T(t)(1+γ_s+γ_a)

本发明涉及的电力电缆过电流传送系统的控制方法为：

1)估算电缆芯核温度θ_c(t)，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_c(t)；

2)计算电缆电阻R_T(t)，电缆系统热模型模块I将估算出的电缆芯核温度θ_c传输至电缆电阻分析模块2，电缆电阻分析模块2计算出电缆电阻R_T(t)；

3)实时分析流入电缆的热功率p(t)，电缆电阻分析模块2将计算出的电阻R_T(t)传输至电缆热功率实时分析模块4，该电缆热功率实时分析模块利用R_T(t)和测量出的电缆传输的电流有效值I_rms(t)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_c(t)是否不低于θ_cmax，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θ_s(t)以及由电缆电阻分析模块2计算得到并输送至电缆系统热模型II的电缆电阻R_T(t)预测用于降低电缆芯核温度θ_c(t)的功率P_s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。电力控制系统据此对传送的过电流电力进行控制，实现电力的安全、高效传送。为确保电力传送中电缆的θ_c(t)始终不会超过θ_max以实现电力的安全传送，一般θ_cmax应比θ_max小，其差值根据实际情况而定。显然，电缆的这种过电流电力传送，其安全性、可靠性主要取决于电缆系统热特征参数的精度。热特征参数越精确，这种过电流电力传送就越高效、安全、可靠。

5)更新热特征参数，电缆系统热模型模块III利用测试出的电缆传输的电流有效值I_rms(t)和电缆表层温度θ_s(t)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。

实施例：以3米长的木质箱体内装有建筑住房墙用的混凝土，混凝土的中央放置一个直径为35mm的PVC管，PVC管的中央安置了3米长的6942XL型的0.6/1.0kV家用型铜芯电缆为例。室温为30℃时该电缆铜芯允许的最高温度为90℃。本实施例中采用的PC系统为：操作系统为2002版的Microsoftwindows xp professional，CPU为3.00Ghz的Intel(R)Pentium(R)，1.00GB的内存，160GB的硬盘，电阻性负载以及Pico温度采集系统，采样周期为1秒。电缆系统为4阶系统，依次为绝缘层、捆扎-内包裹层、铠装-外包裹层和空气-PVC管-混泥土层。

下面详细说明应用电力电缆过电流传送系统的控制方法：

如图2所示，利用电缆系统热模型模块III分析出的该电缆系统每一阶的热特征参数，第一阶(绝缘层)为：R₁＝0.195，C₁＝21.852；第二阶(捆扎-内包裹层)为R₂＝0.601，C₂＝153.276；第三阶(铠装-外包裹层)为R₃＝0.787，C₃＝179.723；第四阶(空气-PVC管-混泥土层)为R₄＝1.392，C₄＝1030.193，热阻、热容的单位分别为℃.m/W、J/℃.m。在该电缆系统中通入230V、50Hz的脉动单相电力电流(如图3所示)，电缆芯核测试温度如图4中的实线1所示、电缆表层测试温度如图4中的虚线2所示。利用上述热特征参数在Matlab的PLECS环境(该环境主要用于热仿真实验)中创建出该电缆系统的热模型，施予如图2所示的控制，在图3所示电流电力的作用下，利用如图4所示测试电缆表层温度在该热模型上仿真出电缆芯核温度的估计曲线，如图4中的虚线3所示。由图4可知，代表电缆芯核测试温度的实线1与代表基于本发明技术方案的估计曲线的虚线3在0.42℃的误差范围内吻合得很好。表明图2所示电缆系统热模型模块III分析出的这些热特征参数及由此构建的电缆系统热模型模块很精确，另一方面也说明本发明技术方案能够精确估计电缆芯核温度。

本实施例中电缆系统的I_smax为51.4A，而实验室仅能提供不超过30A的电力，故图2所示技术方案中电缆系统热模型模块I、电缆系统热模型模块II部分的验证工作在Matlab的PLECS环境中通过仿真实现。采用如上所述实验中的电缆系统，显然θ_max为90℃。设电缆系统周围的环境温度为30℃，θ_cmax为88℃。

在PLECS环境中创建图2中关于电缆系统热模型模块I、电缆系统热模型模块II部分的仿真平台。实验一开始就给初始温度为30℃的电缆系统通入1.4105I_smax即72.5A的230V、50Hz的单相过电流电力。接着电缆系统热模型模块I、电缆系统热模型模块II开始工作，电缆系统热模型模块I根据电缆表层温度及电缆内的热功率估计出电缆芯核温度，当电缆芯核温度等于或高于88℃时电缆系统热模型模块II根据电缆表层温度和此时的电缆电阻预测出能让电缆安全的允许流入热功率或电力电流。控制模块根据该预测控制流入电缆的电力电流。

如图5、图6所示，72.5A的电力传送了约700秒即10多分钟将电缆芯核温度从30℃升至88℃。然后控制模块根据电缆系统热模型模块II的预测控制电力电流逐渐下降，直至电力电流降至I_smax。电缆传送了5000多秒即80多分钟的过电流电力，在此期间，电缆芯核温度一直维持在88℃左右而从未超过θ_max即90℃，即电缆能够安全地传送这些过电流电力。

在上述仿真平台上，利用风力等绿色能源产生的时阵性电能对本发明的电力传送方法进行了仿真验证工作。将绿色能源产生的电能简化为周期为32400秒即9小时的脉动电能：占空比为50％，幅值为1.8I_smax。采用目前的电力传送方法，即在任何情况下电缆传送的电力其有效值不超过I_smax以确保电力的安全传送，电力就只能将5/9的电能送出去，4/9的电能因不能及时送出而白白地流失。在该仿真平台上模拟了采用本发明的上述方法传送该电能的情况，系统稳定后的仿真结果如图6所示。系统稳定后在每个脉动周期，电缆可持续传送1.8I_smax的过电流电力约30分钟，当电缆芯核温度超过θ_cmax即88℃后，电力电流根据电缆系统热模型模块II的预测而不断降低，直至I_smax(如图7所示)。在此期间，电缆芯核温度未超过θ_max即90℃，电缆在安全地传送过电流电力。在另外的半个脉动周期内，由于电力电流为0，即未产生电能，流入电缆的热功率为零，电缆系统自然就会按照式(2)所示的热传递规律将储存在电缆系统中的热能向其周围发散，电缆芯核温度于是急剧下降，直至新的脉动电能的来临。这些散发出去的热能及电缆芯核温度的降低为电缆系统在新脉动电能周期内的过电流电力传送创造了条件。又一个脉动周期电能来临时，电缆系统又即刻以脉动电能电流的最大幅值即1.8I_smax传送电力。当θ_c(t)超过θ_cmax后，电力电流如上述受控地不断降低，直至I_smax(如图8所示)。

仿真结果表明，相对于目前电缆的电力传送方法，本发明专利所述方法可多送出27.5％左右的电能。进一步的仿真实验表明，随着脉动周期的缩短，相对于前者，后者还可送出更多的电能，体现出后者更大的优势。而绿色能源的周期一般都很短，如风力，其周期一般为10秒至3分钟。故本专利的电力传送方法对风力等绿色能源产生的电能行之有效，可实现这些电能的高效、安全、可靠传送。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

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_c(t)是否不低于该电缆芯核的温度安全阈值θ_cmax，如果是，则将判断结果输送至所述电缆系统热模型模块II，否则，所述电缆芯核温度判断模块无输出；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，以反映电缆的实际热状况；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n阶热模型而建立，且具有相同的热特征参数；所述n阶热模型包括n阶串联的RC网络，n阶串联的所述RC网络涉及流入所述电缆的热功率p(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(t)、第i阶RC网络的热阻R_i、第i阶RC网络的热容C_i、流入第i阶RC网络热容中的热功率p_i,1、流经第i阶RC网络热阻并流入下一个RC网络中的热阻p_i,₂，其中1≤i≤n；所述热特征参数为各阶所述RC网络中的热阻R_i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)＝W_d+nI_rms ²(t)R₀(1+α₂₀(θ_c(t)-20))(1+y_s+y_p)(1+γ_s+γ_a)

式中，W_d为电缆的介电损耗；n为电缆的芯核数；I_rms(t)为电缆传输的电流有效值；θ_c(t)为电缆芯核温度；R₀为20摄氏度时电缆芯核的直流电阻；α₂₀为电缆芯核温度系数；y_s为电缆的集肤效应系数；y_p电缆的邻近效应系数；γ_s为电缆的护套损耗因子；γ_a为电缆的铠装损耗因子。

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_i(t)、R_i、C_i、p_i,1、p_i,2遵循的热传递规律为：

式中，θ_i(t)为电缆第i阶网络的温度；θ_i+1(t)为电缆第i+1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：

R_T(t)＝R₀(1+α₂₀(θ_c(t)-20))(1+y_s+y_p)

式中，R_T(t)为电缆芯核温度等于θ_c(t)时的电阻值；θ_c(t)为电缆芯核温度；R₀为20摄氏度时电缆芯核的直流电阻；α₂₀为电缆芯核温度系数；y_s为电缆的集肤效应系数；y_p为电缆的邻近效应系数。

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)＝W_d+nI_rms ²(t)R_T(t)(1+γ_s+γ_a)

式中，p(t)电缆的热功率；W_d为电缆的介电损耗；I_rms(t)为电缆传输的电流有效值；R_T(t)电缆电阻；γ_s为电缆的护套损耗因子；γ_a为电缆的铠装损耗因子；n为电缆的芯核数。

7.一种如权利要求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_c(t)，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_c(t)；

2)计算电缆电阻R_T(t)，电缆系统热模型模块I将估算出的电缆芯核温度θ_c(t)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R_T(t)；

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R_T(t)传输至电缆热功率实时分析模块，该电缆热功率实时分析模块利用R_T(t)和测量出的电缆传输的电流有效值I_rms(t)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_c(t)是否不低于θ_cmax，如果是，将判断结果输出至电缆系统热模型模块II，电缆系统热模型模块II结合其采集到的电缆表层温度θ_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模块II的电缆电阻R_T预测用于降低电缆芯核温度θ_c(t)的功率P_s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利用测试出的电缆传输的电流有效值I_rms(t)和电缆表层温度θ_s(t)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。