CN106447081A - 一种风电场集电线路方案优选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电场集电线路方案优选方法，包括步骤1，分别计算电缆集电线路和架空集电线路的总造价成本；步骤2，将电缆集电线路总造价成本加上架空集电线路总造价成本，得到集电线路总造价成本；步骤3，对电缆集电线路和架空集电线路的长度进行修改组合，获得多个集电线路总造价成本，选择集电线路总造价成本最小的为最优方案。本发明综合分析目前主要的两种集电线路形式(电缆、架空线)优缺点、经济性能、损耗等因素，从而得出初期投资最为经济的一种集电线路形式，从而降低工程造价。

Description

一种风电场集电线路方案优选方法

技术领域

本发明涉及一种风电场集电线路方案优选方法，属于电网技术领域。

背景技术

我国政府对可再生能源的开发利用高度重视，2006年1月1日正式生效的《中华人民共和国可再生能源法》中明确指出，国家将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域。风能作为可再生能源中最具有经济开发价值的清洁能源，具有蕴量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染等优点。根据最新风能资源评价，全国陆地可利用风能资源3亿千瓦，加上近岸海域可利用风能资源，共计约10亿千瓦。风电场工程除关键的风资源分析、风机布置外，较为重要的设计内容就是场内的输变电工程设计。不同于一般的电网送电线路工程，风电场集电线路工程(等同于送电线路)是将各台分散的风电机组所发的电量由联络线路组接后分送至场内升压变电所，经汇流后直接或再经过二次升压接入系统线路与电网并网。

目前风电场内集电线路主要有两种形式：电缆集电线路和架空集电线路。电缆集电线路的安全性及可靠性较高，受恶劣气候影响小，采用直埋敷设方式较容易实施，敷设路径灵活。但由于整个线路中电缆接头较多，长期运行后存在绝缘老化、击穿等隐患，为后期的维护造成较大困难。架空集电线路走向灵活，在部分不适宜直接开挖的区域可架设穿越，导线架设在空气中，故障点容易发现，同时架空集电线路仅需树立杆塔的地方进行征地，征地面积小。但也正是由于导线架设在空中，受恶劣天气影响相对较大，日常的巡线维护工作量相对较大。

由于风电场为分散式新能源工程，风机设备投资远比一般的发电项目昂贵。为节约工程的造价，有必要对风电场内采用的集电线路形式进行经济分析，以一种最优的集电线路组合形式提高风电场工程建设的合理性。目前，对于风电场集电线路方案优化分析的思路主要集中在特定的一种线路形式下(如架空集电线路)线路材料截面等的优选方法以及本身的单位造价、线路损耗，不能综合不同的线路形式进行优选，同时，也未将每年的线路损耗情况进行折现计算，从而方便在同一价值尺度下对线路的经济性进行分析。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种风电场集电线路方案优选方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种风电场集电线路方案优选方法，包括以下步骤，

步骤1，分别计算电缆集电线路和架空集电线路的总造价成本；

电缆集电线路总造价成本＝电缆集电线路材料费用+电缆集电线路敷设费用+电缆集电线路耗损年金现值；

架空集电线路总造价成本＝架空集电线路材料费用+架空集电线路敷设费用+架空集电线路耗损年金现值；

步骤2，将电缆集电线路总造价成本加上架空集电线路总造价成本，得到集电线路总造价成本；

步骤3，对电缆集电线路和架空集电线路的长度进行修改组合，获得多个集电线路总造价成本，选择集电线路总造价成本最小的为最优方案。

电缆集电线路材料费用的计算公式为，

其中，E_电缆材料为电缆集电线路材料费用，L₁、L₂、…、L_n为电缆集电线路中各规格电缆的长度，M₁、M₂、…、M_n为各规格电缆的单位长度价格，j∈[1,n]，j为整数。

电缆集电线路敷设费用的计算公式为，

E_电缆敷设＝F₁·S₁+F₁·Z₁

其中，E_电缆敷设为电缆集电线路敷设费用，F₁为电缆直埋敷设临时占地面积长度，S₁为电缆单位长度直埋敷设施工费用，Z₁为单位面积临时征地费用。

电缆集电线路耗损年金现值的计算公式为，

P_j＝Q_j·D·[1-1/(1+i)^m]/i

其中，P_电缆耗损为电缆集电线路耗损年金现值，P_j为第j种规格电缆的耗损年金现值，Q_j为第j种规格电缆每年电能损耗，D为风电场上网电价，i为折现率，m为折年限；

Q_j＝ΔQ_j+Q_j′

ΔQ_j＝3·I²·R_j·T·10^-3

Q_j′＝U²·ω·c₀·L_j·tanδ·24·10^-3

其中，ΔQ_j为第j种规格电缆电阻电能损耗，Q_j′为第j种规格电缆介质电能损耗，I为电缆满负荷下的电流值，R_j为第j种规格电缆的电阻值，L_j为第j种规格电缆的长度，T为风电场等效发电小时数；U为电缆的工作电压，ω为角频率，c₀为电缆每相的工作电容，tanδ为电缆绝缘介质损失角δ的正切值；

R_j＝R₂₀·(1+β₁+β₂)·L_j

β₁＝0.2·(I/I_xy)²

β₂＝α·(T_av-20)

其中，R₂₀为电缆在20摄氏度时的电阻，β₁为电缆温升对电缆电阻的修正系数，β₂为周围空气温度对电缆电阻的修正系数，α为电缆电阻的温度系数，T_av为代表日或计算周期的平均气温，I_xy为周围空气温度为20℃时，电缆达到容许温度时的容许持续电流。

架空集电线路材料费用的计算公式为，

其中，E_{架空线材料}为架空集电线路材料费用，J₁、J₂、…、J_K为架空集电线路中各种架空线的长度，C₁、C₂、…、C_K为各种架空线单位长度价格概算值，

k∈[1,K]，k为整数。

架空集电线路敷设费用的计算公式为，

E_{架空线敷设}＝F₂·Z₂+JS₂

其中，F₂为杆塔占地面积，Z₂为单位面积永久征地费用，S₂为单位长度架空架空线的费用，J为架空集电线长度。

架空集电线路耗损年金现值的计算公式为，

P_k＝Q_k·D·[1-1/(1+i)^m]/i

其中，P_{架空线耗损}为架空集电线路耗损年金现值，P_k为第k种架空线的耗损年金现值，Q_k为第k种架空线每年电阻电能损耗；

Q_k＝3·I′²·R_k·T·10^-3

其中，I′为架空线满负荷下的电流值，R_k为第k种架空线的电阻值；

R_k＝R₂′₀·(1+β₁′+β₂′)·J_k

β₁′＝0.2·(I′/I_x′_y)²

β₂′＝α′·(T_av-20)

其中，R₂′₀为架空线在20摄氏度时的电阻，β₁′为架空线温升对架空线电阻的修正系数，β₂′为周围空气温度对架空线电阻的修正系数，α′为架空线电阻的温度系数，I_x′_y为周围空气温度为20℃时，架空线达到容许温度时的容许持续电流。

本发明所达到的有益效果：本发明综合分析目前主要的两种集电线路形式(电缆、架空线)优缺点、经济性能、损耗等因素，从而得出初期投资最为经济的一种集电线路形式，从而降低工程造价。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种风电场集电线路方案优选方法，包括以下步骤：

步骤1，分别计算电缆集电线路和架空集电线路的总造价成本。

电缆集电线路总造价成本＝电缆集电线路材料费用+电缆集电线路敷设费用+电缆集电线路耗损年金现值，即：

E_电缆＝E_电缆材料+E_电缆敷设+P_电缆耗损

电缆集电线路材料费用的计算公式为：

其中，E_电缆材料为电缆集电线路材料费用，L₁、L₂、…、L_n为电缆集电线路中各规格电缆的长度，M₁、M₂、…、M_n为各规格电缆的单位长度价格，j∈[1,n]，j为整数。

电缆集电线路敷设费用的计算公式为：

E_电缆敷设＝F₁·S₁+F₁·Z₁

其中，E_电缆敷设为电缆集电线路敷设费用，F₁为电缆直埋敷设临时占地面积长度，S₁为电缆单位长度直埋敷设施工费用，Z₁为单位面积临时征地费用。

电缆集电线路耗损年金现值的计算公式为：

P_j＝Q_j·D·[1-1/(1+i)^m]/i

其中，P_电缆耗损为电缆集电线路耗损年金现值，P_j为第j种规格电缆的耗损年金现值，Q_j为第j种规格电缆每年电能损耗，D为风电场上网电价，i为折现率，m为折年限；

Q_j＝ΔQ_j+Q_j′

ΔQ_j＝3·I²·R_j·T·10^-3

Q_j′＝U²·ω·c₀·L_j·tanδ·24·10^-3

其中，ΔQ_j为第j种规格电缆电阻电能损耗，Q_j′为第j种规格电缆介质电能损耗，I为电缆满负荷下的电流值，R_j为第j种规格电缆的电阻值，L_j为第j种规格电缆的长度，T为风电场等效发电小时数；U为电缆的工作电压，ω为角频率，c₀为电缆每相的工作电容，tanδ为电缆绝缘介质损失角δ的正切值；

R_j＝R₂₀·(1+β₁+β₂)·L_j

β₁＝0.2·(I/I_xy)²

β₂＝α·(T_av-20)

其中，R₂₀为电缆在20摄氏度时的电阻，β₁为电缆温升对电缆电阻的修正系数，β₂为周围空气温度对电缆电阻的修正系数，α为电缆电阻的温度系数，T_av为代表日或计算周期的平均气温，I_xy为周围空气温度为20℃时，电缆达到容许温度时的容许持续电流。

架空集电线路总造价成本＝架空集电线路材料费用+架空集电线路敷设费用+架空集电线路耗损年金现值，即：

E_架空线＝E_{架空线材料}+E_{架空线敷设}+P_{架空线耗损}

架空集电线路材料费用的计算公式为：

其中，E_{架空线材料}为架空集电线路材料费用，J₁、J₂、…、J_K为架空集电线路中各种架空线的长度，C₁、C₂、…、C_K为各种架空线单位长度价格概算值，

k∈[1,K]，k为整数；一般情况下架空线有两种，分别为单回架空线和双回架空线。

架空集电线路敷设费用的计算公式为：

E_{架空线敷设}＝F₂·Z₂+JS₂

其中，F₂为杆塔占地面积，Z₂为单位面积永久征地费用，S₂为单位长度架空架空线的费用，J为架空集电线长度。

架空集电线路耗损年金现值的计算公式为：

P_k＝Q_k·D·[1-1/(1+i)^m]/i

其中，P_{架空线耗损}为架空集电线路耗损年金现值，P_k为第k种架空线的耗损年金现值，Q_k为第k种架空线每年电阻电能损耗；

Q_k＝3·I′²·R_k·T·10^-3

其中，I′为架空线满负荷下的电流值，R_k为第k种架空线的电阻值；

R_k＝R₂′₀·(1+β₁′+β₂′)·J_k

β₁′＝0.2·(I′/I_x′_y)²

β₂′＝α′·(T_av-20)

其中，R₂′₀为架空线在20摄氏度时的电阻，β₁′为架空线温升对架空线电阻的修正系数，β₂′为周围空气温度对架空线电阻的修正系数，α′为架空线电阻的温度系数，I_x′_y为周围空气温度为20℃时，架空线达到容许温度时的容许持续电流。

步骤2，将电缆集电线路总造价成本加上架空集电线路总造价成本，得到集电线路总造价成本，即：E＝E_电缆+E_架空线。

步骤3，对电缆集电线路和架空集电线路的长度进行修改组合，获得多个集电线路总造价成本，选择集电线路总造价成本最小的为最优方案。

上述方法包括对不同集电线路形式下线缆本身工程量的统计；不同线路形式的组合，线路本身造价的计算；线路敷设施工费用的计算；线路损耗的计算；线路年损耗电量的计算；考虑折现值之后的线路损耗计算；各项成本费用的累计计算；不同集电线路形式组合下的总成本计算。

计算时，首先统计各集电线路形式下线缆本身的工程量；相关施工敷设、征地费用的信息采集；折现值的确定；其次，根据相关计算公式计算不同集电线路形式的总成本，据此分析寻找集电线路的最优形式。

上述方法综合分析目前主要的两种集电线路形式(电缆、架空线)优缺点、经济性能、损耗等因素，从而得出初期投资最为经济的一种集电线路形式，从而降低工程造价。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种风电场集电线路方案优选方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，分别计算电缆集电线路和架空集电线路的总造价成本；

电缆集电线路总造价成本＝电缆集电线路材料费用+电缆集电线路敷设费用+电缆集电线路耗损年金现值；

架空集电线路总造价成本＝架空集电线路材料费用+架空集电线路敷设费用+架空集电线路耗损年金现值；

步骤2，将电缆集电线路总造价成本加上架空集电线路总造价成本，得到集电线路总造价成本；

步骤3，对电缆集电线路和架空集电线路的长度进行修改组合，获得多个集电线路总造价成本，选择集电线路总造价成本最小的为最优方案。

2.根据权利要求1所述的一种风电场集电线路方案优选方法，其特征在于：电缆集电线路材料费用的计算公式为，

其中，E_电缆材料为电缆集电线路材料费用，L₁、L₂、…、L_n为电缆集电线路中各规格电缆的长度，M₁、M₂、…、M_n为各规格电缆的单位长度价格，j∈[1,n]，j为整数。

3.根据权利要求1所述的一种风电场集电线路方案优选方法，其特征在于：电缆集电线路敷设费用的计算公式为，

E_电缆敷设＝F₁·S₁+F₁·Z₁

其中，E_电缆敷设为电缆集电线路敷设费用，F₁为电缆直埋敷设临时占地面积长度，S₁为电缆单位长度直埋敷设施工费用，Z₁为单位面积临时征地费用。

4.根据权利要求1所述的一种风电场集电线路方案优选方法，其特征在于：电缆集电线路耗损年金现值的计算公式为，

P_j＝Q_j·D·[1-1/(1+i)^m]/i

其中，P_电缆耗损为电缆集电线路耗损年金现值，P_j为第j种规格电缆的耗损年金现值，Q_j为第j种规格电缆每年电能损耗，D为风电场上网电价，i为折现率，m为折年限；

Q_j＝ΔQ_j+Q_j′

ΔQ_j＝3·I²·R_j·T·10^-3

Q_j′＝U²·ω·c₀·L_j·tanδ·24·10^-3

其中，ΔQ_j为第j种规格电缆电阻电能损耗，Q_j′为第j种规格电缆介质电能损耗，I为电缆满负荷下的电流值，R_j为第j种规格电缆的电阻值，L_j为第j种规格电缆的长度，T为风电场等效发电小时数；U为电缆的工作电压，ω为角频率，c₀为电缆每相的工作电容，tanδ为电缆绝缘介质损失角δ的正切值；

R_j＝R₂₀·(1+β₁+β₂)·L_j

β₁＝0.2·(I/I_xy)²

β₂＝α·(T_av-20)

其中，R₂₀为电缆在20摄氏度时的电阻，β₁为电缆温升对电缆电阻的修正系数，β₂为周围空气温度对电缆电阻的修正系数，α为电缆电阻的温度系数，T_av为代表日或计算周期的平均气温，I_xy为周围空气温度为20℃时，电缆达到容许温度时的容许持续电流。

5.根据权利要求1所述的一种风电场集电线路方案优选方法，其特征在于：架空集电线路材料费用的计算公式为，

其中，E_{架空线材料}为架空集电线路材料费用，J₁、J₂、…、J_K为架空集电线路中各种架空线的长度，C₁、C₂、…、C_K为各种架空线单位长度价格概算值，k∈[1,K]，k为整数。

6.根据权利要求1所述的一种风电场集电线路方案优选方法，其特征在于：架空集电线路敷设费用的计算公式为，

E_{架空线敷设}＝F₂·Z₂+JS₂

其中，F₂为杆塔占地面积，Z₂为单位面积永久征地费用，S₂为单位长度架空架空线的费用，J为架空集电线长度。

7.根据权利要求1所述的一种风电场集电线路方案优选方法，其特征在于：架空集电线路耗损年金现值的计算公式为，

P_k＝Q_k·D·[1-1/(1+i)^m]/i

其中，P_{架空线耗损}为架空集电线路耗损年金现值，P_k为第k种架空线的耗损年金现值，Q_k为第k种架空线每年电阻电能损耗；

Q_k＝3·I′²·R_k·T·10^-3

其中，I′为架空线满负荷下的电流值，R_k为第k种架空线的电阻值；

R_k＝R′₂₀·(1+β′₁+β′₂)·J_k

β₁′＝0.2·(I′/I′_xy)²

β₂′＝α′·(T_av-20)

其中，R′₂₀为架空线在20摄氏度时的电阻，β′₁为架空线温升对架空线电阻的修正系数，β′₂为周围空气温度对架空线电阻的修正系数，α′为架空线电阻的温度系数，I′_xy为周围空气温度为20℃时，架空线达到容许温度时的容许持续电流。