大型光伏电站中 四种中压交流电缆连接方式的比较

图3：单出线环形中压电缆连接结构

3.双出线环形结构

双出线环形结构相比单出线环形结构，环会多出一条线路与变电站连接，在一条出线故障时，另一条线路可以保持环中的逆变器继续输出电力到电网。同单出线环形结构相同，考虑到故障时的潮流走向，所有电缆必须选用能够承受所有变压器功率的大小规格，因此成本会相对高一些。此结构的连线在本文分析中的形式如下图所示：

图4：双出线环形中压电缆连接结构

4.桥式结构

环形结构提出之前，桥式结构经常被应用，即在星形结构的基础上，每两台相邻的变压器使用中压电缆连接，使得每台变压器都有两条线路连接到变电站，大大提高了系统可靠性，但是由于每两台变压器间增加了电缆，使得成本偏高。

图5：桥型中压电缆连接结构

3.2前提条件

在假设的发电单元模型中，有光伏组件（图中未画出），汇流箱（图中未画出），逆变器，变压器，以及连接个设备之间相对应的电缆所组成。由于光伏组件到逆变器直流进线端口的系统结构，走线方式，线缆规格等都相同，所以不影响不同中压电缆连接结构之间的比较结果，在分析时不当做变量加入。由于逆变器到变压器的距离很近，所以设其损坏的概率为0。综上所述，在分析中，变量只用考虑每条中压电缆的损坏概率即可。

所以在本文的分析中，假设所有类型的电缆的损坏概率为2%/km，即FORl=0.02/km。每条电缆的实际长度以及其损坏概率和正常概率如下表所示：

1.星形结构

2.单出线环形结构

3.双出线环形结构

4.桥形结构

如本文中2.2节所介绍的，为了将负载损失期望理论应用到光伏电站发电中，我们设假设的发电单元模型所接负载为8MVA。由于每一台变压器的输出功率为2MVA，所以每当有一台变压器由于交流线路原因不能输出电力时，负载损失2MVA电力供应，即产生2MVA电力供应缺口，这些将会计算到LOLE中。

该系统中，中压等级为33kV，每台变压器的输出功率为8MVA。

3.3LOLE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

LOLE=0.2317MVA

2.单出线环形结构

LOLE=0.2169MVA

3.双出线环形结构

LOLE=0.0092MVA

4.桥形结构

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YJV22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-AzamSolarPark100MW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，则不同的中压交流连接结构的投资回报率使用以下公式进行计算：

ROI=

公式2:不同中压交流连接结构的投资回报率计算公式

其中：

ROI：投资回报率

Clk：不同中压交流连接结构所需电缆成本

LOLElk：不同中压交流连接结构的负载损失期望

hs/y:每年日照时数

PE/kWh：每度电的上网电价

需要注意的是，以上公式只计算了中压交流电缆的成本投资，其他的并未加入其中，但是可以做一个理论分析。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。

根据公式2，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：

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。

第四章结论