计及海底电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法

王孟夏; 周生远; 杨明; 董晓明; 黄金焱; 孙扬

doi:10.7500/AEPS20200429013

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

计及海底电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 计及海底电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法
- Assessment Method for Acceptable Installed Capacity of Offshore Wind Farms Considering Thermal Characteristics of Submarine Cables
- 电力系统自动化-方正平台 2021年45卷第6期页码：195-202
- 作者机构：
  
  1.电网智能化调度与控制教育部重点实验室（山东大学），山东省济南市 250061
  2.国网山东省电力公司济南供电公司，山东省济南市 250001
  3.国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东省枣庄市 277000
  4.淄博职业学院，山东省淄博市 255314
- 作者简介：
  
  王孟夏(1983—)，男，通信作者，博士，讲师，硕士生导师，主要研究方向：电力系统分析与控制。E-mail：wangmx@sdu.edu.cn
  周生远(1996—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统分析、优化与控制。E-mail：syzhou@mail.sdu.edu.cn
  杨明(1980—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统分析与控制。E-mail：myang@sdu.edu.cn
- 基金信息：
  
  山东省重点研发计划资助项目(2019GGX103044);国家自然科学基金资助项目(51407111)
- DOI：10.7500/AEPS20200429013
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-04-29，
  
  修回日期：2020-11-17，
  
  网络出版日期：2020-12-25，
  
  纸质出版日期：2021-03-25
- 稿件说明：
移动端阅览
王孟夏,周生远,杨明等.计及海底电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法[J].电力系统自动化,2021,45(6):195-202.

WANG Mengxia,ZHOU Shengyuan,YANG Ming,et al.Assessment Method for Acceptable Installed Capacity of Offshore Wind Farms Considering Thermal Characteristics of Submarine Cables[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(6):195-202.
王孟夏,周生远,杨明等.计及海底电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法[J].电力系统自动化,2021,45(6):195-202. DOI： 10.7500/AEPS20200429013.

WANG Mengxia,ZHOU Shengyuan,YANG Ming,et al.Assessment Method for Acceptable Installed Capacity of Offshore Wind Farms Considering Thermal Characteristics of Submarine Cables[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(6):195-202. DOI： 10.7500/AEPS20200429013.

摘要

海上风电功率波动性较强，其外送海底电缆载流与温度变化的不同步性（热惯性）显著，短时载流潜力有待挖掘。对此，提出了计及电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法，在充分考虑电缆短时载流能力的情况下评估其可接纳的风电装机容量。基于海上风电功率及其变化速度的概率分布规律，提出风电功率时间序列模拟方法，而后结合交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆热平衡模型及寿命损失模型，以最大化海上风电装机容量为目标，以电缆设计使用期限内允许寿命损失为约束，建立海上风电装机容量决策模型，并提出启发式求解方法。仿真结果表明，该方法可显著提高海底电缆可接纳的风电装机容量，有助于提高海底电缆利用率以及海上风电外送工程的投资收益。

Abstract

The offshore wind power fluctuates greatly

which causes that the current-carrying and temperature variation of submarine cables are asynchronous significantly (the thermal inertia)

and the short-term current-carrying potential remains to be explored. In this regard

an assessment method is proposed for the acceptable installed capacity of offshore wind farms considering the thermal characteristics of cables. The method assesses the acceptable installed capacity in the case of fully considering the short-term current-carrying capacity of the cable. Firstly

a simulation method of wind power time series is proposed based on the probability distribution of offshore wind power and its rate of change. Then

combined with the heat balance model and the life loss model of cross linked polyethylene (XLPE) insulated cables

the decision model for the installed capacity of offshore wind farms is established and solved by the heuristic method to maximize the installed capacity of offshore wind farms

which takes the allowable life loss of cables within its design life as the constraint. The simulation results show that the method can effectively increase the acceptable installed capacity of offshore wind farms

and improve the utilization rate of submarine cables and the investment income of offshore wind power transmission projects.

关键词

Keywords

references

陈皓勇，谭科，席松涛，等 . 海上风电的经营期成本计算模型［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 13 ）： 135 - 139 .

CHEN Haoyong ， TAN Ke ， XI Songtao ， et al . A model for calculating operation period cost of offshore wind power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 13 ）： 135 - 139 .

徐龙博，李煜东，汪少勇，等 . 海上风电场数字化发展设想［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 3 ）： 189 - 193 .

XU Longbo ， LI Yudong ， WANG Shaoyong ， et al . Digital development assumptions of offshore wind farms ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 3 ）： 189 - 193 .

刘刚，曹京荥，陆莹，等 . 以全寿命周期成本为判据的近海风电场高压海底电缆选型标准［J］. 高电压技术， 2015 ， 41 （ 8 ）： 2674 - 2680 .

LIU Gang ， CAO Jingying ， LU Ying ， et al . Selection criteria of high-voltage submarine cables for offshore wind farms by life cycle cost ［J］. High Voltage Engineering ， 2015 ， 41 （ 8 ）： 2674 - 2680 .

张磊，俞恩科，陈国志，等 . 提升海底电缆载流量的2种方法及其试验研究［J］. 高电压技术， 2015 ， 41 （ 8 ）： 2716 - 2722 .

ZHANG Lei ， YU Enke ， CHEN Guozhi ， et al . Two methods for upgrading ampacity of submarine cables and their experimental study ［J］. High Voltage Engineering ， 2015 ， 41 （ 8 ）： 2716 - 2722 .

梁正波，徐明忠，陈锋，等 . 典型敷设环境下超高压海底电缆的热特性［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 11 ）： 3452 - 3458 .

LIANG Zhengbo ， XU Mingzhong ， CHEN Feng ， et al . Thermal characteristics of EHV submarine cable in typical layout environments ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 11 ）： 3452 - 3458 .

李萌，牛胜锁，刘玉芹，等 . 基于多场耦合模型的海底电缆载流量和温度场计算研究［J］. 电测与仪表， 2018 ， 55 （ 8 ）： 12 - 16 .

LI Meng ， NIU Shengsuo ， LIU Yuqin ， et al . Calculation of temperature distribution and ampacity for submarine cables based on multi-physics field coupling model ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2018 ， 55 （ 8 ）： 12 - 16 .

水电水利规划设计总院 . 海上风电场交流海底电缆选型敷设技术导则：NB/T-31117—2017 ［S］. 2017 .

China Renewable Energy Engineering Institute . Guide for selection and laying of AC submarine cables for offshore wind power projects： NB/T-31117—2017 ［S］. 2017 .

邓银秋，汪震，韩俊飞，等 . 适用于海上风电接入的多端柔直网内不平衡功率优化分配控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 8 ）： 2406 - 2416 .

DENG Yinqiu ， WANG Zhen ， HAN Junfei ， et al . Control strategy on optimal redistribution of unbalanced power for offshore wind farms integrated VSC-MTDC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 8 ）： 2406 - 2416 .

王孟夏，韩学山，黄金鑫，等 . 计及电缆热特性的电热耦合潮流计算［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 11 ）： 73 - 79 .

WANG Mengxia ， HAN Xueshan ， HUANG Jinxin ， et al . Electro-thermal power flow calculation considering thermal properties of cable ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 11 ）： 73 - 79 .

石泽轩，张旭东，应展烽，等 . 计及电缆温度约束的配电网重构研究［J］. 南京理工大学学报， 2019 ， 43 （ 5 ）： 563 - 570 .

SHI Zexuan ， ZHANG Xudong ， YING Zhanfeng ， et al . Research on distribution network reconfiguration based on cable temperature constraint ［J］. Journal of Nanjing University of Science and Technology ， 2019 ， 43 （ 5 ）： 563 - 570 .

张磊，俞恩科，张占奎，等 . 海底电力电缆过载能力分析及其试验验证［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 1 ）： 220 - 224 .

ZHANG Lei ， YU Enke ， ZHANG Zhankui ， et al . Overload capacity analysis of submarine cable and its experimental verification ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 1 ）： 220 - 224 .

程晓晓，马建伟，尹轶珂，等 . 高压XLPE绝缘电力电缆短时过载电流极限研究［J］. 高压电器， 2017 ， 53 （ 4 ）： 157 - 162 .

CHENG Xiaoxiao ， MA Jianwei ， YIN Yike ， et al . Research on short-time overload current limit for high voltage XLPE power cables ［J］. High Voltage Apparatus ， 2017 ， 53 （ 4 ）： 157 - 162 .

马国栋 . 电线电缆载流量［M］. 北京：中国电力出版社， 2013 .

MA Guodong . Electric wire and cable ampacity ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2013 .

吴长顺 . 电线电缆手册［M］. 北京：机械工业出版社， 2017 .

WU Changshun . Electric wire and cable manual ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2017 .

林君豪，张焰，祝锦舟，等 . 基于宏微观特征分层聚类的配电网拓扑相似性分析方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 13 ）： 80 - 88 .

LIN Junhao ， ZHANG Yan ， ZHU Jinzhou ， et al . Topology similarity analysis method for distribution network based on hierarchical clustering of macroscopic and microscopic features ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 13 ）： 80 - 88 .

郑伟民，叶承晋，张曼颖，等 . 基于Softmax概率分类器的数据驱动空间负荷预测［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 9 ）： 150 - 160 .

ZHENG Weimin ， YE Chengjin ， ZHANG Manying ， et al . Data-driven spatial load forecasting method based on Softmax probabilistic classifier ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 9 ）： 150 - 160 .

段偲默，苗世洪，李力行，等 . 计及预测误差动态相关性的多风电场联合出力不确定性模型［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 22 ）： 31 - 37 .

DUAN Simo ， MIAO Shihong ， LI Lixing ， et al . Uncertainty model of combined output for multiple wind farms considering dynamic correlation of prediction errors ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 22 ）： 31 - 37 .

高正平，赵宏大，王哲，等 . 基于机会约束规划的汇流风电场穿透功率极限计算［J］. 电网与清洁能源， 2016 ， 32 （ 5 ）： 128 - 133 .

GAO Zhengping ， ZHAO Hongda ， WANG Zhe ， et al . Power penetration limit calculation of converged wind farms based on chance-constrained programming ［J］. Power System and Clean Energy ， 2016 ， 32 （ 5 ）： 128 - 133 .

张建民，张洪亮，谢书鸿，等 . 交联聚乙烯绝缘海底电缆在中国海洋风电建设中的典型应用和发展前景［J］. 南方电网技术， 2017 ， 11 （ 8 ）： 25 - 33 .

ZHANG Jianmin ， ZHANG Hongliang ， XIE Shuhong ， et al . Typical application and development prospect of XLPE insulated submarine cable for offshore wind farm in China ［J］. Southern Power System Technology ， 2017 ， 11 （ 8 ）： 25 - 33 .

王文超，张建民，赵囿林，等 . 扁钢丝铠装光纤复合海缆拉伸试验与仿真分析［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 11 ）： 3467 - 3473 .

WANG Wenchao ， ZHANG Jianmin ， ZHAO Youlin ， et al . Tension test and simulation analysis on flat-steel-wire-armoured optical fiber composite submarine cable ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 11 ）： 3467 - 3473 .

任思佳，狄健，宋程成，等 . 大长度海底电缆铅套生产工艺控制要点［J］. 电线电缆， 2016 （ 3 ）： 21 - 23 .

REN Sijia ， DI Jian ， SONG Chengcheng ， et al . Process control during lead sheath production for long length submarine cable ［J］. Electric Wire & Cable ， 2016 （ 3 ）： 21 - 23 .

阳林，李昭红，郝艳捧，等 . 工作温度和绝缘温差约束下的高压直流电缆接头载流量计算［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 18 ）： 129 - 134 .

YANG Lin ， LI Zhaohong ， HAO Yanpeng ， et al . Calculation of current-carrying capacity of HVDC cable joint under constraints of operating temperature and temperature difference of insulating layer ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 18 ）： 129 - 134 .

梁永春，王翔宇，傅晨钊 . 地埋电缆群解析计算模型的优化及应用［J］. 高压电器， 2020 ， 56 （ 9 ）： 166 - 171 .

LIANG Yongchun ， WANG Xiangyu ， FU Chenzhao . Optimization and application of analytical calculation model of underground cable group ［J］. High Voltage Apparatus ， 2020 ， 56 （ 9 ）： 166 - 171 .

MAZZANTI G . Life estimation of HVDC cables under the time-varying electrothermal stress associated with load cycles ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 2 ）： 931 - 939 .

MAZZANTI G . Including the calculation of transient electric field in the life estimation of HVDC cables subjected to load cycles ［J］. IEEE Electrical Insulation Magazine ， 2018 ， 34 （ 3 ）： 27 - 37 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

海底电缆谐波频段电气参数计算