CN106548014A - 一种光伏电站交直流电缆长度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏电站交直流电缆长度控制方法，包括：获取直流或交流线路的电压、电流和电压损耗率；获取所需电缆的横截面积和电阻率；根据直流或交流线路的电压、电流、电压损耗率以及电缆的横截面积和电阻率之间的关系，计算在电压损耗率一定的情况下所述直流或交流线路所需的电缆长度。该方法可精确计算出线路部署时所需的电缆长度，在满足应用需要的情况下，避免电缆线预留过多时所造成的资源浪费。

Description

一种光伏电站交直流电缆长度控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏电站交直流电缆长度控制方法，属于太阳能技术领域。

背景技术

随着能源危机的日益凸显，人类对新能源的研究越来越受到重视。其中，光伏发电作为技术比较成熟的新能源，因其具有取之不尽、用之不竭以及区域范围限制小的特点，已成为最具前途的新能源之一，得到了各国的普遍关注，并且已获得了快速发展和广泛应用。在光伏电站装机容量固定的情况下，如何选择既经济又满足线损损耗率的电缆横截面积成为光伏电站的首要问题。

其中，在公开号为CN 105117578 A的中国发明专利公开了一种直流线损损耗率计算方法和装置，在该发明中，即使不知道具体的线损计算方法，也可以根据映射关系确定出单位压降线缆的最大线长度，快速准确地确定直流线缆损耗率。但该发明没有计算线路交流线损，也不能根据光伏电站的线路电压损耗情况选择合适的电缆长度。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏电站交直流电缆长度控制方法，用于解决光伏电站布线时所需电缆长度的精确控制问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏电站交直流电缆长度控制方法，方案一：

步骤1，获取直流或交流线路的电压、电流和电压损耗率；

步骤2，获取所需电缆的横截面积和电阻率；

步骤3，根据直流或交流线路的电压、电流、电压损耗率以及电缆的横截面积和电阻率之间的关系，计算在电压损耗率一定的情况下所述直流或交流线路所需的电缆长度。

方案二：在方案一的基础上，所述直流线路包括光伏组串至汇流箱的线路以及汇流箱至直流逆变一体机的线路；所述交流线路包括直流逆变一体机至箱变的线路以及箱变至开关柜的线路。

方案三：在方案二的基础上，每个光伏组串至汇流箱的所需电缆长度的计算公式为：

其中，L_I为每个光伏组串至汇流箱的所需电缆长度，U为每个光伏组串中每个光伏组件的工作电压，m为每个光伏组串中光伏组件的个数，η_I为每个光伏组串至汇流箱的直流电压损耗率，S_I为每个光伏组串至汇流箱的所需电缆的横截面积，ρ_I为每个光伏组串至汇流箱的所需电缆的电阻率，I_I为每个光伏组串的工作电流。

方案四：在方案二的基础上，汇流箱至直流逆变一体机的所需电缆长度的计算公式为：

其中，L_II为汇流箱至直流逆变一体机的所需电缆长度，U为每个光伏组串中每个光伏组件的工作电压，m为每个光伏组串中光伏组件的个数，η_II为汇流箱至直流逆变一体机的直流电压损耗率，S_II为汇流箱至直流逆变一体机的所需电缆的横截面积，ρ_II为汇流箱至直流逆变一体机的所需电缆的电阻率，I_I为每个光伏组串的工作电流，n为光伏组串的个数。

方案五：在方案二的基础上，直流逆变一体机至箱变的所需电缆长度的计算公式为：

其中，L_III为直流逆变一体机至箱变的所需电缆长度，η_III为直流逆变一体机至箱变的交流电压损耗率，U_III为直流逆变一体机输出交流线电压，S_III为直流逆变一体机至箱变的所需电缆的横截面积，I_III为直流逆变一体机输出交流线电流，ρ_III为直流逆变一体机至箱变所需电缆的电阻率。

方案六：在方案二的基础上，箱变至开关柜的所需电缆长度的计算公式为：

其中，L_IV为箱变至开关柜的所需电缆长度，η_IV为箱变至开关柜的交流电压损耗率，U_IV为箱变输出交流线电压，S_IV为箱变至开关柜的所需电缆的横截面积，I_IV为箱变输出交流线电流，ρ_IV为箱变至开关柜所需电缆的电阻率。

方案七：在方案三或方案四的基础上，m＝20。

本发明的有益效果是：根据直流或交流线路的电压、电流、电压损耗率以及所需电缆的横截面积和电阻率之间的关系，计算在线路电压损耗率一定的情况下直流或交流线路所需的电缆长度，可精确计算出线路部署时所需的电缆长度，在满足应用需要的情况下，避免电缆线预留过多时所造成的资源浪费。

附图说明

图1是光伏电站输电线路结构框图；

图2是n个光伏组串、n进1出汇流箱和直流逆变一体机的连接示意图；

图3是光伏电站交直流电缆长度控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步详细的说明。

图1给出了光伏电站输电线路的结构框图，即各光伏组串输送的直流电经智能汇流箱进行汇流，然后输送到直流逆变一体机进行逆变，由直流逆变一体机输出的交流电输送到箱变，最后经过交流开关柜进行远距离输电。其中，n(6≤n≤16)个光伏组串、n进1出汇流箱以及直流逆变一体机之间的连线如图2所示。设光伏组串到汇流箱的线路为直流I段，汇流箱到直流逆变一体机的线路为直流II段。

光伏电站交直流电缆长度控制方法的流程图如图3所示，具体包括：

步骤1，获取直流或交流线路的电压、电流和电压损耗率；

步骤2，获取所需电缆的横截面积和电阻率；

步骤3，根据直流或交流线路的电压、电流、电压损耗率以及电缆的横截面积和电阻率之间的关系，计算在电压损耗率一定的情况下所述直流或交流线路所需的电缆长度。

其中，直流线路包括光伏组串至汇流箱的线路以及汇流箱至直流逆变一体机的线路，即直流I段和直流II段；交流线路包括直流逆变一体机至箱变的线路以及箱变至开关柜的线路。

设每个光伏组串的工作电流为I_I，光伏组串的工作电压为U_I。其中每个组串由m个组件构成，设每个组件的工作电压为U，取m＝20，则有U_I＝m×U＝20×U。当然，m的取值可以根据实际情况进行调整。铜电缆的电阻率和横截面积分别为ρ_I(Ω/m)和S_I，平均每个组串正(负)极至汇流箱的线路长度为L_I，则光伏组串至汇流箱的直流功率损耗率η_I的计算公式为：

由(1)式可知，汇流前电缆的功率损耗率即为电压损耗率，当光伏组串至汇流箱的直流电压损耗率η_I一定时，以光伏组串至汇流箱的线路长度L_I为控制目标，则有：

由(2)式可知，如果给定组串规格，即U_I和I_I一定，由于S_I和ρ_I取值不变，那么线缆长度L_I为关于电压损耗率η_I的正比函数。表1给出了在组串参数和电缆参数取特定值的情况下，当光伏组串至汇流箱的直流电压损耗率η_I＝0.4％时，控制目标L_I的大小。

表1

汇流后的线路即汇流箱接入直流逆变一体机的二级汇流电缆，包括沿屋面敷设部分和下楼位置到直流柜部分。对于一个n进1出的汇流箱来说，直流输出有正负极两路电缆，两者长度一致。设汇流箱至直流逆变一体机的直流电压损耗率为η_II，汇流箱至直流逆变一体机的所需电缆的横截面积为S_II，取为1*25mm²、1*35mm²、1*50mm²、1*70mm²或1*95mm²，汇流箱至直流逆变一体机的所需电缆的电阻率为ρ_II，汇流箱至直流逆变一体机的电缆长度为L_II，取每个组串中组件的数目m＝20，此时汇流箱至直流逆变一体机的直流电压损耗率η_II的计算公式为：

其中，U为光伏组串中每个组件的工作电压，I_I为每个光伏组串的工作电流。

由(3)式可知，当汇流箱至直流逆变一体机的直流电压损耗率η_II一定时，以汇流箱至直流逆变一体机的电缆长度L_II为控制目标，则有：

由(4)式可知，U、I_I和ρ_II取值不变，当设定电压损耗率η_II后，电缆长度L_II即为关于电缆横截面积S_II和汇流箱输入路数n的函数，每一个S_II和n的值对应唯一的电缆长度控制目标L_II。表2给出了在汇流箱至直流逆变一体机的直流电压损耗率η_II＝1.5％，最大功率的光伏组串工作电压U_I＝606V，组串工作电流I_I＝8.27A的情况下，随着输入路数n和电缆横截面积S_II的变化，电缆长度L_II的控制过程。

表2

由直流逆变一体机输出的交流电输送到箱变，设直流逆变一体机输出交流线电压为U_III，直流逆变一体机输出交流线电流为I_III，直流逆变一体机至箱变所需电缆的电阻率为ρ_III，电抗率为X_III，电缆横截面积为S_III，功率角为α，直流逆变一体机至箱变的电缆长度为L_III，则直流逆变一体机至箱变的交流电压损耗率η_III的计算公式为：

只考虑电缆上电阻产生的损耗，取功率因数为1，当直流逆变一体机至箱变的交流电压损耗率η_III一定时，以直流逆变一体机至箱变的所需电缆长度L_III为控制控制目标，则有：

表3给出了当直流逆变一体机输出交流线电压U_III和输出交流线电流I_III、直流逆变一体机至箱变的电缆电阻率ρ_III、电缆横截面积S_III以及直流逆变一体机至箱变的交流电压损耗率η_III取特定值时，直流逆变一体机至箱变的电缆长度L_III的大小。

表3

由箱变输出的交流电输送到开关柜，设箱变输出交流线电压为U_IV，箱变输出交流线电流为I_IV，箱变至开关柜所需电缆的电阻率为ρ_IV，箱变至开关柜的电缆长度为L_IV，电缆横截面积为S_IV。只考虑电缆上电阻产生的损耗，取功率因数为1，则箱变至开关柜的交流电压损耗率η_IV的计算公式为：

当箱变至开关柜的交流电压损耗率η_IV一定时，以箱变至开关柜的所需电缆长度L_IV为控制目标，则有：

表4给出了当箱变输出交流线电压U_IV和交流线电流I_IV、箱变至开关柜电缆的电阻率ρ_IV、电缆横截面积S_IV以及箱变至开关柜的交流电压损耗率η_IV取特定值的情况下，箱变至开关柜的电缆长度L_IV的大小。

表4

Claims (7)

1.一种光伏电站交直流电缆长度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取直流或交流线路的电压、电流和电压损耗率；

步骤2，获取所需电缆的横截面积和电阻率；

步骤3，根据直流或交流线路的电压、电流、电压损耗率以及电缆的横截面积和电阻率之间的关系，计算在电压损耗率一定的情况下所述直流或交流线路所需的电缆长度。

2.根据权利要求1所述的光伏电站交直流电缆长度控制方法，其特征在于，所述直流线路包括光伏组串至汇流箱的线路以及汇流箱至直流逆变一体机的线路；所述交流线路包括直流逆变一体机至箱变的线路以及箱变至开关柜的线路。

3.根据权利要求2所述的光伏电站交直流电缆长度控制方法，其特征在于，每个光伏组串至汇流箱的所需电缆长度的计算公式为：

$L_I=\frac{U\×m\×{\mathrm{\η}}_I\×S_I}{{\mathrm{\ρ}}_I\×2\×I_I}$

其中，L_I为每个光伏组串至汇流箱的所需电缆长度，U为每个光伏组串中每个光伏组件的工作电压，m为每个光伏组串中光伏组件的个数，η_I为每个光伏组串至汇流箱的直流电压损耗率，S_I为每个光伏组串至汇流箱的所需电缆的横截面积，ρ_I为每个光伏组串至汇流箱的所需电缆的电阻率，I_I为每个光伏组串的工作电流。

4.根据权利要求2所述的光伏电站交直流电缆长度控制方法，其特征在于，汇流箱至直流逆变一体机的所需电缆长度的计算公式为：

$L_{II}=\frac{U\×m\×{\mathrm{\η}}_{II}\×S_{II}}{{\mathrm{\ρ}}_{II}\×2\×(I_I\×n)}$

其中，L_II为汇流箱至直流逆变一体机的所需电缆长度，U为每个光伏组串中每个光伏组件的工作电压，m为每个光伏组串中光伏组件的个数，η_II为汇流箱至直流逆变一体机的直流电压损耗率，S_II为汇流箱至直流逆变一体机的所需电缆的横截面积，ρ_II为汇流箱至直流逆变一体机的所需电缆的电阻率，I_I为每个光伏组串的工作电流，n为光伏组串的个数。

5.根据权利要求2所述的光伏电站交直流电缆长度控制方法，其特征在于，直流逆变一体机至箱变的所需电缆长度的计算公式为：

$L_{III}=\frac{{\mathrm{\η}}_{III}\×U_{III}\×S_{III}}{\sqrt{3}\×I_{III}\×{\mathrm{\ρ}}_{III}}$

其中，L_III为直流逆变一体机至箱变的所需电缆长度，η_III为直流逆变一体机至箱变的交流电压损耗率，U_III为直流逆变一体机输出交流线电压，S_III为直流逆变一体机至箱变的所需电缆的横截面积，I_III为直流逆变一体机输出交流线电流，ρ_III为直流逆变一体机至箱变所需电缆的电阻率。

6.根据权利要求2所述的光伏电站交直流电缆长度控制方法，其特征在于，箱变至开关柜的所需电缆长度的计算公式为：

$L_{IV}=\frac{{\mathrm{\η}}_{IV}\×U_{IV}\×S_{IV}}{\sqrt{3}\×I_{IV}\×{\mathrm{\ρ}}_{IV}}$

其中，L_IV为箱变至开关柜的所需电缆长度，η_IV为箱变至开关柜的交流电压损耗率，U_IV为箱变输出交流线电压，S_IV为箱变至开关柜的所需电缆的横截面积，I_IV为箱变输出交流线电流，ρ_IV为箱变至开关柜所需电缆的电阻率。

7.根据权利要求3或4所述的光伏电站交直流电缆长度控制方法，其特征在于，m＝20。