CN110661286A

CN110661286A - 输电系统的频率确定方法、装置、存储介质及输电设备

Info

Publication number: CN110661286A
Application number: CN201910823859.5A
Authority: CN
Inventors: 葛菁; 于弘洋; 赵国亮; 邓占锋; 徐云飞; 乔光尧
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd; Global Energy Interconnection Research Institute
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd; Global Energy Interconnection Research Institute
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2020-01-07

Abstract

本发明公开一种输电系统的频率确定方法、装置、存储介质及输电设备，其中方法包括如下步骤：获取输电系统的输电参数和输电线缆的结构参数；根据输电参数和结构参数，计算输电系统的第一频率；获取输电系统包含的各输电设备的制造体积和制造成本；根据制造体积和制造成本，确定输电系统的第二频率，第二频率小于或等于第一频率。本发明结合输电系统的输电参数以及输电线缆的结构参数得到第一频率，以及考虑输电系统的制造体积和制造成本，确定出合适的第二频率，且使得该第二频率小于或等于第一频率，利用第一频率或第二频率或第一频率与第二频率之间的任一频率进行输电，可以增强输电系统的输电距离以及输电能力，进而确保输电系统持续稳定工作。

Description

输电系统的频率确定方法、装置、存储介质及输电设备

技术领域

本发明涉及电力系统输电领域，具体涉及一种输电系统的频率确定方法、装置、存储介质及输电设备。

背景技术

随着新能源输电越来越受欢迎，利用海上风电是新能源发电技术中最成熟、最具规模化开发条件的发电方式之一。有些地区风电资源分布和负荷中心呈逆向分布，需要通过大容量远距离输电来实现资源的优化配置。

目前，为实现大容量、远距离及特殊环境下的电力输送，低频输电(Low FrequencyAC Transmission System，简称LFAC)作为一种新型的输电方式，通过采用低于工频(如50/3Hz)的输电频率成倍提升线路的输送容量，减小交流线路的电气距离。特别是在海上风电的应用场景下，相比于柔性直流输电，采用低频输电可以省掉海上换流站，大大降低投资成本。

然而，低频输电应用于大容量长距离输电时，输电系统的输电频率容易受到多种不同因素的影响，例如：输电线路的结构、输电距离及电压等级、线路参数等。因此，对于不同的输电系统，输电线路的结构、输电距离及电压等级、线路参数均不完全相同，所以，利用50/3Hz的输电频率进行低频输电显然无法是得到输电系统的输电能力和输电距离最大化的提升。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的利用50/3Hz的输电频率进行低频输电显然无法是得到输电系统的输电能力和输电距离最大化的提升。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例提供一种输电系统的频率确定方法，包括如下步骤：

获取输电系统的输电参数和输电线缆的结构参数；

根据所述输电参数和所述结构参数，计算所述输电系统的第一频率；

获取所述输电系统包含的各输电设备的制造体积和制造成本；

根据所述制造体积和所述制造成本，确定输电系统的第二频率，所述第二频率小于或等于所述第一频率；

利用所述第一频率或第二频率或所述第一频率与所述第二频率之间的任一频率进行输电。

可选地，所述第一频率小于50Hz。

可选地，所述获取输电系统的输电参数和输电线缆的结构参数的步骤还包括：

获取所述输电系统的输电距离阈值；

根据所述输电距离阈值，确定输电类型；

根据所述输电类型，确定所述输电参数和所述结构参数。

可选地，所述获取所述输电系统包含的各输电设备的制造体积和制造成本的步骤还包括：

确定输电系统包含的各输电设备；

通过网络查询所述各输电设备的所述制造体积和所述制造成本。

可选地，所述输电参数包括输电容量和/或电压等级和/或功率因数。

本发明实施例提供一种输电系统的频率确定装置，包括：

第一获取模块，用于获取输电系统的输电参数和输电线缆的结构参数；

计算模块，用于根据所述输电参数和所述结构参数，计算所述输电系统的第一频率；

第二获取模块，用于获取所述输电系统包含的各输电设备的制造体积和制造成本；

确定模块，用于根据所述制造体积和所述制造成本，确定输电系统的第二频率，所述第二频率小于或等于所述第一频率；

输电模块，用于利用所述第一频率或第二频率或所述第一频率与所述第二频率之间的任一频率进行输电。

可选地，所述确定模块还包括：

确定子模块，用于确定输电系统包含的各输电设备；

查询子模块，用于通过网络查询所述各输电设备的所述制造体积和所述制造成本。

本发明实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现所述的输电系统的频率确定方法的步骤。

本发明实施例提供一种输电设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的输电系统的频率确定方法的步骤。

本发明实施例技术方案，具有如下优点：

本发明提供一种输电系统的频率确定方法、装置、存储介质及输电设备，其中方法包括如下步骤：获取输电系统的输电参数和输电线缆的结构参数；根据输电参数和结构参数，计算输电系统的第一频率；获取输电系统包含的各输电设备的制造体积和制造成本；根据制造体积和制造成本，确定输电系统的第二频率，第二频率小于或等于第一频率。本发明结合输电系统的输电参数以及输电线缆的结构参数得到第一频率，以及考虑输电系统的制造体积和制造成本，确定出合适的第二频率，且使得该第二频率小于或等于第一频率，可以增强输电系统的输电距离以及输电能力，进而确保输电系统持续稳定工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中输电系统的频率确定方法的第一流程图；

图2为本发明实施例中输电系统的频率确定方法的第二流程图；

图3为本发明实施例中输电系统的频率确定方法的第三流程图；

图4为本发明实施例中输电系统的频率确定装置的第一结构框图；

图5为本发明实施例中输电系统的频率确定装置的第二结构框图；

图6为本发明实施例中输电设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种输电系统的频率确定方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1：获取输电系统的输电参数和输电线缆的结构参数。此处的输电参数包括输电容量(S)和/或电压等级(U)和/或功率因数(cosα)，此处的输电线缆的结构参数为输电系统在工频传输时的输电线缆的所需载流量以及与输电线缆的其它相关结构参数，例如：输电线缆的结构参数为传输时的所需载流量为Ia(单位为A)，线电压有效值Ua(单位为V)，单位长度输电线缆电容c(单位为F/m)，对地电压U₀(单位为V)，绝缘材料的介电常数ε，输电线缆的绝缘直径D_i(单位为mm)，输电线缆的导体直径d_i，(单位为mm),输电线缆长度l(单位为km),单位长度电容c(F/km)等。例如：输电参数中的输电容量为100MVA，电压等级为25kv，功率因数为0.75等。

在一具体实施例中，本发明实施例中的输电系统的频率确定方法，上述步骤S1在执行的过程中，如图2所示，可具体包括如下步骤：

步骤S11：获取输电系统的输电距离阈值。输电系统的输电距离的长短范围通常不同，为了经济输电，通常首先需要获取输电系统的输电距离，可确定出合适的输电类型进行经济输电。例如：当海上风电场与海岸之间的距离大于250km，建议使用直流输电类型；当海上风电场与海岸之间的距离小于30km，建议使用高压交流输电类型，当海上风电场与海岸之间的距离在30km-250km之间，建议使用分频输电类型。因此，本实施例需要事先获取输电系统的输电距离阈值。

步骤S12：根据输电距离阈值，确定输电类型。在上述步骤S11中，由于不同的输电距离阈值，其对应的输电类型不同，所以，在步骤S12中获取了输电距离阈值，就可以确定出输电类型属于直流输电类型或高压交流输电类型或分频输电类型。

步骤S13：根据输电类型，确定输电参数和结构参数。

例如：当输电类型属于分频输电类型，所以其对应的输电距离阈值为30km-250km，在30km-250km的输电距离之间，可以根据查看分频输电数据表，获知该输电范围对应的各输电参数以及输电线缆的结构参数。

步骤S2：根据输电参数和结构参数，计算输电系统的第一频率。此处的第一频率小于50Hz。

具体地，首先，例如：已知输电参数中的输电容量S，以及输电线缆的线电压有效值Ua，根据如下公式可以计算出输电线缆的所需载流量Ia，

然后，例如：已知输电线缆的线电压有效值为Ua，单位长度电容c，输电线缆长度l，输电线缆的所需载流量Ia，根据如下公式可以计算出输电系统的第一频率，

其中，Ia为输电线缆的所需载流量(单位为A)；θc为导体允许的最高温度(单位为℃)；θa为输电线缆环境温度(单位为℃)；Wd为导体绝缘单位长度的介电损耗(单位为W.m-1)；T₁为导体与护套间的热阻(单位为K.m.W-1)；T₂为护套和铠装间的热阻(单位为K.m.W-1)；T₃为输电线缆外护层的热阻(单位为K.m.W-1)；T₄为输电线缆表面与周围介质间的热阻(单位为K.m.W-1)；R为运行温度下导体交流电阻(单位为Ω.m-1)；n为输电线缆芯数(单位为个数)；λ₁为金属套的损耗与导体损耗之比；λ₂为铠装层损耗与导体损耗之比。

其中，上述公式(2)中的

c为单位长度输电线缆电容(单位为F/m)，U₀为对地电压(单位为V)，U₀为对地电压(单位为V)U₀＝26000V。

tanδ为在电源系统和工作温度下绝缘损耗因数(厂家提供)。

其中，上述公式(3)中的ω＝2πf……………………(4)；

其中，上述公式(3)中的c＝0.278*10^-9F/m…………(5)；

其中，上述公式(3)中

其中，ε为绝缘材料的介电常数，取2.3；

其中，D_i为绝缘直径(屏蔽层除外)(单位为mm)，取56.2mm；

其中，d_i为导体直径(如有屏蔽层则包括屏蔽层)(单位为mm)，35.2mm；则介质损耗与第二频率的关系为：W_d＝6*10^-4f……………(7)；此处的f为第二频率，是未知数；

上述公式(2)中的R＝R'(1+y_s+y_p)……………………(8)；

其中，R'为最高工作温度下导体的直流电阻(单位为Ω/m)；

其中，y_s为集肤效应系数；

其中，y_p为邻近效应系数；

上述公式(8)中的R'＝R₀[1+α₂₀(θ-20)]……………………(9)；

其中，R₀为20度时导体直流电阻(单位为Ω/m)，根据GB/T3956，由于截面为800mm²，则取0.0221*10^-3Ω/m。

α₂₀为电阻温度系数(20℃)，不同材料有不同的温度系数，20度铜导体的温度系数为0.00393。

θ为最高运行温度，为90度，代入上述公式(9)，得到R'＝2.8180*10^-5Ω/m。

对于三芯输电线缆，集肤效应系数和邻近效应系数计算公式为：

其中，k_s，k_p取值为1，d_c为导体直径(单位为mm)，取33.6mm，s为各导体轴心之间距离(单位为mm)，取70mm，f为第二频率。将以上数据代入可求得交流电阻与第二频率之间的关系。

上述公式(2)中，金属套或屏蔽中的功率损耗λ₁包括环流损耗(λ₁')和涡流损耗(λ₁”)，因此总损耗为：

λ₁＝λ₁'+λ₁”……………………… (12)；

对每个线芯有单独铅套的三芯输电线缆λ₁”＝0，金属套损耗因数由下式给出：

其中，R_s为在最高工作温度下输电线缆单位长度金属套或屏蔽的电阻Ω/m；

X为输电线缆单位长度金属套或屏蔽电抗(单位为Ω/m)；

上述公式(13)中的

s为导体轴心之间距离(单位为mm)，取70mm，d为金属套的平均直径(mm)取64.7mm；

上述公式(14)中的

其中，ρ_s为金属套所用材质的导电率(单位为Ω·m)，例如：取合金铅的导电率为21.4*10^-8Ω·m，A_s为金属套计算截面(mm²)π*金属套标称外径*金属套厚度＝π·64.7·2.5·10^-6m²，α_s为电阻温度系数(1/K)合金铅的温度系数为4*10^-3(1/K)，θ为导体工作温度(℃)25℃，η为金属套的温度相对于导体温度的比率(一般与绝缘热阻有关，一般取0.7～0.8)取0.7，将上述数据代入上述公式(12)-(15)可得金属套损耗和第二频率之间的关系。

上述公式(12)中的

其中，ρ_T为绝缘材料热阻系数(K·m/W)XLPE材料的热阻系数为3.5；d_c为导体直径(mm)，取33.6mm；t₁为导体和金属套之间绝缘厚度(mm)0.5+0.8+10.5+0.8＝12.6mm，代入可得T₁＝0.3119

上述公式(2)中的

其中，ρ_T为内衬层热阻系数，沥青热阻系数6.0，t₂为内衬层厚度，取1.5mm。D_s为金属套外径；64.7mm，T₂＝0.0433。

上述公式(2)中的

其中ρ_T为外护层热阻系数(K·m/W)，沥青热阻系数6.0；

t₃为外护层厚度(mm)4.0mm，D_a'为铠装外径(mm)159.2mm。

上述公式(2)中的

其中，ρ_T为土壤热阻系数(K·m/W)0.7，L为输电线缆轴线至地表的距离(mm)2000+171.8/2＝2085.9mm，D_e为输电线缆外径(mm)171.8mm；由于u＝24.28，代入公式(17)，大于10最佳近似值为

得到T₄＝0.4328将以上数据代入上述公式(2)，则可得到输电线缆的所需载

流量Ia与第二频率f的关系。

步骤S3：获取输电系统包含的各输电设备的制造体积和制造成本。此处的各输电设备通常为输电系统的重要输电设备，例如：变频设备和/或隔离变压器。此处的制造成本为各输电设备的造价，即其市场价值，此处的制造体积为各输电设备的占用空间。通常各输电设备的绝缘性能越好，或其它电气特性越好，该各输电设备的制造成本就越高，同时制造体积越大。

步骤S4：根据制造体积和制造成本，确定输电系统的第二频率，第二频率小于或等于第一频率。由于制造体积和制造成本跟第二频率具有一定关联性，所以，在确定第二频率的时候需要综合考虑各输电设备的制造体积和制造成本，才能够经济输电。在综合考虑各输电设备的制造体积和制造成本后，设计出一个合适的频率作为第二频率，该第二频率小于或等于第一频率，即第二频率小于或等于50Hz，且大于0Hz。考虑各输电设备的制造体积和制造成本，合理设计第二频率，可以避免由于将第二频率直接设置的过低，会发生容升效应，即空载线路末端电压升高，不满足输电线路的电压波动需求，导致输电系统不够稳定。

具体地，上述步骤S4在执行的过程中，可包括如下步骤：

首先，确定输电系统包含的各输电设备。明确构成输电系统的各输电设备具体重要设备包括哪些，例如：升压变压器、输电线缆、变频设备、接地装置等。

然后，通过网络查询各输电设备的制造体积和制造成本。例如：通过网络查询各输电设备的厂家网站，获取各输电设备的制造成本和制造体积。或者，在存储器中查询已存储各输电设备的制造体积和制造成本，已存储的制造成本和制造体积可以在咨询过厂家负责人后，将其存储在存储器中，便于及时查看获知各输电设备的制造成本和制造体积。

在一具体实施例中，本发明实施例中的输电系统的频率确定方法，如图3所示，在步骤S4执行过程之后还包括：

S5：利用第一频率或第二频率或第一频率与第二频率之间的任一频率进行输电。本实施例中的第一频率为小于50Hz的频率，第二频率又是小于或等于50Hz，因此，本实施例采用低频输电，该第二频率由于综合考虑了输电设备的制造成本以及制造体积，所以，利用第一频率或第二频率或第一频率与第二频率之间的任一频率进行低频输电可以使得输电能力进一步增强。不至于因为频率过低发生容升效应。

综上所述，本发明实施例中的输电系统的频率确定方法，结合输电系统的输电参数以及输电线缆的结构参数得到第一频率，以及考虑输电系统的制造体积和制造成本，确定出合适的第二频率，且使得该第二频率小于或等于第一频率，以利用第一频率或第二频率或第一频率与第二频率之间的任一频率可以增强输电系统的输电距离以及输电能力，进而确保输电系统持续稳定工作。

实施例2

本发明实施例提供一种输电系统的频率确定装置，如图4所示，包括：

第一获取模块41，用于获取输电系统的输电参数和输电线缆的结构参数。

计算模块42，用于根据输电参数和结构参数，计算输电系统的第一频率。

第二获取模块43，用于获取输电系统包含的各输电设备的制造体积和制造成本。

确定模块44，用于根据制造体积和制造成本，确定输电系统的第二频率，第二频率小于或等于第一频率；

输电模块45，用于利用第一频率或第二频率或第一频率与第二频率之间的任一频率进行输电。

本发明实施例中的输电系统的频率确定装置，第一频率小于50Hz。

本发明实施例中的输电系统的频率确定装置，如图5所示，第一获取模块41还包括：

获取子模块411，用于获取输电系统的输电距离阈值。

第一确定子模块412，用于根据输电距离阈值，确定输电类型。

第二确定子模块413，用于根据输电类型，确定输电参数和结构参数。

本发明实施例中的输电系统的频率确定装置，第二获取模块43还包括：

第三确定子模块，用于确定输电系统包含的各输电设备。

查询子模块，用于通过网络查询各输电设备的制造体积和制造成本。

本发明实施例中的输电系统的频率确定装置，输电参数包括输电容量和/或电压等级和/或功率因数。

综上所述，本发明实施例中的输电系统的频率确定装置，结合输电系统的输电参数以及输电线缆的结构参数得到第一频率，以及考虑输电系统的制造体积和制造成本，确定出合适的第二频率，且使得该第二频率小于或等于第一频率，可以增强输电系统的输电距离以及输电能力，进而确保输电系统持续稳定工作。

实施例3

本发明实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现实施例1方法的步骤。该存储介质上还存储有输电系统的输电参数、输电线缆的结构参数以及第一频率、制造成本以及制造体积第二频率等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。

实施例4

本发明实施例提供一种输电设备，如图6所示，包括存储器620、处理器610及存储在存储器620上并可在处理器610上运行的计算机程序，处理器610执行程序时实现实施例1中方法的步骤。

图6是本发明实施例提供的执行列表项操作的处理方法的一种服务器的硬件结构示意图，如图6所示，该输电设备包括一个或多个处理器610以及存储器620，图6中以一个处理器610为例。

执行列表项操作的处理方法的输电设备还可以包括：输入装置630和输出装置640。

处理器610、存储器620、输入装置630和输出装置640可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

处理器610可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器610还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种输电系统的频率确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取输电系统的输电参数和输电线缆的结构参数；

2.根据权利要求1所述的输电系统的频率确定方法，其特征在于，所述第一频率小于50Hz。

3.根据权利要求1所述的输电系统的频率确定方法，其特征在于，所述获取输电系统的输电参数和输电线缆的结构参数的步骤还包括：

获取所述输电系统的输电距离阈值；

根据所述输电距离阈值，确定输电类型；

根据所述输电类型，确定所述输电参数和所述结构参数。

4.根据权利要求1所述的输电系统的频率确定方法，其特征在于，所述获取所述输电系统包含的各输电设备的制造体积和制造成本的步骤还包括：

确定输电系统包含的各输电设备；

5.根据权利要求1-4任一项所述的输电系统的频率确定方法，其特征在于，所述输电参数包括输电容量和/或电压等级和/或功率因数。

6.一种输电系统的频率确定装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的输电系统的频率确定装置，其特征在于，所述确定模块还包括：

确定子模块，用于确定输电系统包含的各输电设备；

8.一种存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述的输电系统的频率确定方法的步骤。

9.一种输电设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-5任一项所述的输电系统的频率确定方法的步骤。