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大型光伏电站中四种中压交流电缆连接方式的比较2

2023-05-10 14:56:27

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(上半部分“大型光伏电站中四种中压交流电缆连接方式的比较”见本平台8.6发布的消息)

3.3 LOLE计算

发电单元所能供应的电力功率有5个等级:8MVA,6MVA,4MVA,2MVA,0MVA。相对应的,负载的电力供应缺口也有5个等级:0MVA,2MVA,4MVA,6MVA,8MVA。每当有一条,或多条中压交流电缆故障时,就可能会有中压变压器与变电站断开连接,根据每种中压电缆连接结构的不同,负载的电力供应缺口等级出现的概率也会不同。

首先根据不同中压电缆连接结构的特点,以及每条电缆损坏的概率,计算出在此种连接结构下,每种负载电力供应缺口的概率。然后根据本文2.1节中的公式1计算每种中压电缆连接结构的LOLE。计算结果如下所示:

1. 星形结构

P generate

P loss

Prob

8MVA

0MVA

0.88908

6MVA

2MVA

0.10609

4MVA

4MVA

0.00473

2MVA

6MVA

0.00009

0MVA

8MVA

0.00000


 Sum

1.00000

LOLE=0.2317MVA

2. 单出线环形结构

P generate

P loss

Prob

8MVA

0MVA

0.97284

6MVA

2MVA

0.00004

4MVA

4MVA

0.00003

2MVA

6MVA

0.00001

0MVA

8MVA

0.02708


 Sum

1.00000

LOLE=0.2169MVA

3. 双出线环形结构

P generate

P loss

Prob

8MVA

0MVA

0.99852

6MVA

2MVA

0.00021

4MVA

4MVA

0.00024

2MVA

6MVA

0.000191

0MVA

8MVA

0.00085




Sum

1.00000

LOLE=0.0092MVA

4. 桥形结构

P generate

P loss

Prob

8MVA

0MVA

0.99792

6MVA

2MVA

0.00046

4MVA

4MVA

0.00162

2MVA

6MVA

0.00000

0MVA

8MVA

0.00000


Sum

1.00000

LOLE=0.0074MVA

3.4 投资分析

在选择线缆的时候,根据不同的中压交流连接结构的极端情况,需要选择符合该情况的电缆规格,以保证在极端情况下,电缆可以安全使用。所以不同的连接结构使用的是不同的电缆,由此产生了不同的电缆成本。在设计时,除了要保持系统较高的可靠性,也要降低成本,提高收益比率。

每台变压器的输出功率为2MVA,中压电压等级为33kV,变压器的高压端为三角形结构,因此每台变压器输出线电流为35A。为了安全起见,在进行电缆选型时,将计算出的线电流扩大1.2倍,所以每台变压器的线电流我们考虑为42A。

不同中压交流连接结构电缆的选择情况如下所释:

1. 星形结构

每台变压器都有一条出线连接至变电站,所以每根电缆都只用承受一台变压器的输出电流。所以电缆选用3芯10mm的YJV 22中压电缆即可。从本文中3.2节可以看出,实验中的发电单元需要总共5.792km此类电缆。大概成本为人民币26.92万元。

2. 单出线环形结构

每个环只有一条出线连接至变电站,在极端条件下,环内的中压交流电缆要承受3台变压器输出电流,出线中压交流电缆要承受4台变压器输出的电流。所以环内中压交流电缆选用3芯35mm的YJV22中压电缆,从本文3.2节可以看出,实验中的发电单元需要0.734km此类电缆;出线中压交流电缆选用3芯70mm中压电缆,从本文3.2节可以看出,实验中的发电单元需要1.354km此类电缆。大概成本为人民币48.66万元。

3. 双出线环形结构

每个环有两条出线连接至变电站,在极端条件下,环内的中压交流电缆要承受3台变压器输出电流,出线中压交流电缆要承受4台变压器输出的电流。所以环内中压交流电缆选用3芯35mm的YJV22中压电缆,从本文3.2节可以看出,实验中的发电单元需要0.535km此类电缆;出线中压交流电缆选用3芯70mm中压电缆,从本文3.2节可以看出,实验中的发电单元需要2.914km此类电缆。大概成本为人民币87.73万元。

4. 桥形结构

每两个变压器有两条出线连接至变电站,在极端条件下,环内的中压交流电缆要承受1台变压器输出电流,出线中压交流电缆要承受2台变压器输出的电流。所以环内中压交流电缆选用3芯10mm的YJV22中压电缆,从本文3.2节可以看出,实验中的发电单元需要0.408km此类电缆;出线中压交流电缆选用3芯25mm中压电缆,从本文3.2节可以看出,实验中的发电单元需要5.792km此类电缆。大概成本为人民币69.22万元。

以巴基斯坦TheQuaid-e-Azam Solar Park 100MW项目为例,假设在日照时数内,变压器均满负荷输出,即输出为2MVA。

星形结构中,每台变压器需要一个42A以上的中压断路器,总共4个;单出线环形结构需要4套由3个中压开关柜组成的环网柜组,其中,与变压器连接的断路器可以使用42A以上的中压断路器,环路中的开关由于系统极限情况,至少需要承受三到四台台变压器的电流;双出线环形结构跟单出线环形结构类似;桥型结构的环路开关至少要承受两台变压器的电流。除了额定电流的区别以外,环路承受的故障电流也会比非环形结构的高,所以环形结构所使用的断路器数量比非环形结构多,规格也比非环形结构大,整体价格较高。

在不同地点的日照条件下,不同的中压交流连接结构的投资回报率如下表所示:

中压交流连接结构

日照时数

ROI

星形

3000

99.942244%

3468

99.950038%

2072

99.916376%

单出线环形

3000

99.895800%

3468

99.909861%

2072

99.849131%

双出线环形

3000

99.817019%

3468

99.841712%

2072

99.735066%

桥型

3000

99.855658%

3468

99.875137%

2072

99.791011%

从上表可以看到,虽然星形结构的可靠性最低,但是由于电缆成本很低,导致投资回报率为四种结构中最高的,单出线环形其次,双出线环形的投资回报最差。

第4章 结论

根据本文3.3节中计算出来的结果可以看出,桥形结构的LOLE是四种中压交流连接结构方式中最低的,所以可以保证较少的电量损失;而星形结的LOLE最高,所以电量损失较高。然而将投资成本和由电量损失所带来的收入损失结合起来看,3.4节中得出了星型结构为最佳的结论。

以上结论只是从光伏电站的角度来看,如果从电网的角度来看则并不相同。电网公司最关心的事情之一就是如何保证电网的安全性和稳定性,而光伏电站本身就是一个不稳定的电源,受环境和时间影响较大,如果再由于线路故障造成了大量功率损失,对电网会有较大的冲击。这也是南非以及巴基斯坦等国家在国家级的大型光伏电站投标中要求投标人使用环形中压电缆连接结构的原因。所以从电网的角度来看,他们更可能推荐桥型结构而非星形结构。

另外在不同大小的地面光伏电站中,以上结论也不尽相同。在10MW的电站中,国内有些设计会在环形结构的环路中使用高压负荷开关和高压熔断器的组合来代替断路器。由于环路中的开关并不是经常断合的,所以对于较小功率的环使用负荷开关可以有效的降低环形结构的成本。

因此,对于不同大小的光伏电站,在不同客户的要求下,索要具体做出的分析也不同。在选择中压交流连接方式的时候,要针对硬性要求,成本和收益等方面做出综合考虑,从而得出对自己最有利的方案和决定。

(来源:《光能》杂志, 作者:吴曦)


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