实时损耗分析

实时损耗分析（共5篇）

实时损耗分析 篇1

1 烯烃电网基本情况

目前烯烃公司的供电电源有二组, 一是自宁东电网变电站不同母线段各引一回110kV供电电源, 属于外部电源;二是引自新建的动力站, 装机容量2台60MW发电机组和2台30MW发电机组, 属于内部电源。

110kV进线经四台降压变接至35kV母线, 每台降压变的低压侧接一段35kV母线。其中降压变容量分别为75MVA和40MVA。

四台发电机出口电压为6.3kV, 经由四台6/35kV升压变压器将电压升至35kV并入35kV系统, 其主变压器容量分别为75MVA、40MVA。正常情况下, 锅炉蒸发量约2000吨/小时, 动力站发电量为120~150MW, 动力站自用电64MW, 外供工艺装置56~86MW。我厂初步计算总用电负荷为240MW左右, 所以需要外电源供给电为90-120MW。

2 理论计算的主要依据和方法

按照DL/T686-1999《电力电网电能损耗计算导则》的规定, 线路损耗电量的计算方法以日均方根电流法为基本计算方法, 本文即采用此方法。

当电流通过三相供电线路时, 在线路导线电阻上的功率损耗为

式中:△P-线路电阻功率损耗, KW;I-线路相电流, A;R-线路每相导线的电阻, Ω。

若通过线路的电流是恒定不变的, 则式 (1) 的功率损耗乘上通过电流的时间就是电能损耗 (损耗电量) 。由于通过线路的电流是变化的, 要计算某一时间段 (一个代表日) 内线路电阻的损耗电量, 必须掌握电流随时间变化的规律。通常近似认为每小时内电流不变, 则一个代表日内24h代表电流为I1、I2、…、I24, 全日线路损耗电量为

上两式中:△W-全天线路损耗电量, kWh;Ieff-线路代表日均方根电流, A。

3 代表日电网运行情况

2012年5月23日烯烃公司最大负荷126.7MW, 最小负荷119.4MW, 负荷率37.79%, 全日无装置停车, 生产平稳。电网运行方式正常, 35/6KV变压器设备无检修, 发电设备停运的有:动力站2#、3#、4#发电机运行, 1#发电机停运, 1#、2#、3#、4#降压变运行、电网其它方式正常。

4 网损构成情况分析

烯烃电网110KV总变全日供电量299.48万kWh, 网损电量5.60万kWh, 其中36k V变压器损耗占83.45%, 6k V变压器损耗占11.75%。线路损耗占4.8%, 变压器损耗占95.2%, 主变损耗中铜损占47%, 铁损占53%。全天网损率最高为2.23%, 最低为1.31%。变压器损耗在1%以上的有20台, 其中损耗超过2%的有3台, 达到了2.30%和2.06%, 损耗在0.5%以上的有1台。

5 理论网损与实际网损比较分析

2012年4月烯烃电网网损率为2.49%, 代表日网损率为1.87%, 实际值比理论计算值高0.56%。主要原因有:a.代表日当天主网设备无检修, 发电机平衡较好, 而各装置区均在20%负荷以下运行, 所以网损实际值要比理论值高。b.代表日当天, 各分变电站变压器均在运行, 负荷较低几乎为空载运行状态, 增加变压器损耗的重要原因。c.在网损理论计算中, 无功补偿设备、主变损耗、电晕损耗以及其它辅助损耗等均未考虑。

6 存在的问题

网损理论计算发现的技术上和管理上的主要问题有:a.电网结构运行方式还不能很好地满足经济运行的要求。各变为分段运行, 变压器负荷很小, 大大增加变压器损耗。b.发电机停运对电网损耗影响较大, 在主网网损理论计算中, 根据代表日负荷分别校核了动力站3#、4#发电机停运对主网网损的影响, 发现动力站3#、4#发电机分别停运, 将引起主网网损分别升高0.71%、0.45%和0.29%。c.在理论计算中对全天24点潮流进行了分析。

7 降低电网损耗的技术措施

电网的损耗分为管理降损和技术降损。管理降损是基础, 技术降损是关键。

7.1 管理降损措施

7.1.1 强化计量管理

电能是一种商品, 电能计量装置则是一把秤, 它的准确与否, 直接关系到企业的经济利益。

7.1.2 健全线损管理制度

建立健全线损管理工作目标与管理制度, 将线损指标分解到线路、配电变压器台区和管理人员, 严格考核, 奖惩兑现, 用经济手段保证降损工作的落实。

7.2 技术降损措施

7.2.1 合理使用变压器

配电变压器运行时的实际铜损等于铁损时便可获得最高工作效率, 此时的负载率为最佳负载率, 所以配变负载率过高过低均不经济, 在调整配变容量、提高配变负载率过程中, 应合理使用变压器。

7.2.2 合理进行无功补偿

提高功率因数的办法是合理调整负荷和设备容量, 使用电设备在最佳负载率下运行, 以提高线路的自然功率因数。针对电网功率因数低的, 可采取分散补偿和集中补偿相结合的技术措施, 以求尽可能提高功率因数, 最大限度地降低电网线损, 并可以改善电压水平, 获得更好的经济效益。

8 结束语

电网经济运行是降低供电成本的有效途径。合理选择降低电网线损的措施, 是一项极为重要的工作。电网降损管理者除了采取各种技术措施和管理措施外, 还需根据电网的实际需要, 选择适合本地电网线的降损措施, 以取得更高的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]张明.如何加强电网线损管理[J].青海电力, 2005.

[2]吴安官.电力系统线损[M].北京:中国电力出版社, 1996 (9) .

油品损耗分析及控制措施 篇2

1 油品损耗的形式及影响油品损耗的主要因素

油品在储运与经营的过程中, 由于大呼吸损耗、小呼吸损耗、储存损耗和输转损耗造成的损失数量是惊人的, 这不仅直接影响到企业的经济效益, 造成一定的环境污染, 还会造成潜在的火灾危险。下面简要介绍油品“大、小呼吸”损耗的定义及影响“大、小呼吸”损耗的因素。

1.1“小呼吸”损耗影响因素分析

储罐内油品在没有收发作业静止储存的情况下, 油品会随着外界环境气温、压力等因素在一天内的升降周期变化, 致使储罐内油品的挥发速度, 气体空间的温度, 蒸汽压力和油气浓度等也随之产生变化, 这种吸入空气和排出油气的过程造成的油品损失称之为“小呼吸”损耗。而影响油品“小呼吸”损耗的主要因素有以下几种:

(1) 与昼夜温差变化大小有关。昼夜温差变化越大, “小呼吸”损耗越大。反之, 昼夜温差变化越小, “小呼吸”损耗越小。

(2) 与油品储罐所在地的日照时长有关。日照时间越短, “小呼吸”损耗越小;日照时间越长, “小呼吸”损耗越大。

(3) 与储罐容量大小有关。储罐越小, 蒸发面积就小, “小呼吸”损耗也小;储罐愈大, 横截面积越大, 蒸发面积也越大, 从而“小呼吸”损耗也越大。

(4) 与大气压力有关。大气压力越高, “小呼吸”损耗越小;大气压力越低, “小呼吸”损耗越大。

(5) 与油品储罐装满程度有关。储罐内油品量太少, 而气体空间容积大, “小呼吸”损耗就大。反之“小呼吸”损耗越小。

1.2“大呼吸”损耗影响因素分析

储罐在进行油品收发作业时, 由于油面的升降变化引起储罐内气体空间随之变化, 引起气体压力的升降变化, 从而使混合油气排出或外界空气吸入, 此过程引起的损耗称“大呼吸”损耗。而影响油品“大呼吸”损耗的主要因素有以下几点:

(1) 与油品性质有关, 油品密度小, 轻质馏分越多, 损耗越大;蒸汽压越高, 损耗越小;沸点越低, 损耗越大。

(2) 与收发油快慢有关。进油、出油速度越快, 损耗越大。反之, 损耗越小。

(3) 与罐内压力等级有关。常压敞口罐“大呼吸”损耗最大。

(4) 与油罐周转次数有关, 油罐收发越频繁, “大呼吸”损耗越大。

2 结合油品储存现状, 粗略计算“大、小呼吸”损耗及输转、储存损耗量

根据影响油品“大、小呼吸”输转、储存等损耗因素, 粗略计算油品在各个阶段的损耗量。某燃料型炼油厂原油综合加工能力12.0Mt/a, 经过学习研究, 下面以该炼油厂T231#罐简要计算轻石脑油单罐原料在1a内的小呼吸损耗量, 以T510#罐简要计算汽油单罐单次调和时的大呼吸损耗, 以T701#罐简要计算柴油在1a内的发油损耗量。以国家标准简要计算石油产品的储存损耗。

2.1“小呼吸”损耗量

式中:Ly—固定顶罐年小呼吸损耗的油品量, m3/a;

py—油品本体温度下的蒸汽压, k Pa, 油品本体温度取为大气温度+2.8℃;

pa—当地大气压, k Pa;

D—油罐直径, m;

H—气体空间高度, m, 其中包括罐顶部分的相当高度, 罐顶部分的相当高度可按照与罐顶部分体积相同的等直径圆柱体的高度计算;

ΔT—大气温度的平均日温差, ℃;

Fp—涂漆系数, 查表7—3得[1], Fp=1.29;

C—小罐修正系数, D≥9.14m时, C=1;1.8m≤D<9.14m时, C=a+b D+e D2+f D3, 其中a=8.262 6×10-2, b=7.363 1×10-2, e=1.309 9×10-3, f=1.989 1×10-6;

K1—单位换算系数, K1=3.05;

KK2—油品系数, 汽油K2=1。

2.1.1 以T231#轻石脑油罐为例

py=29.5k Pa, pa=101.1k Pa, D=28m, H=3.86m, ΔT=6.4℃, Fp=1.29, C=1 (D≥9.14m) , K1=3.05, K2=1。将这些数据带入公式 (Ⅰ) 可得:

这只是一个内浮顶油罐的年小呼吸损耗量, 因汽油原料的密度为0.714 2t/m3, 故Ly总, =322.178×0.714 2=230.1t, 若每t汽油按3 000元 (当时市场价) 计算, 则该油罐小呼吸年损失经济效益约为69.03万元。

2.2“大呼吸”损耗量

式中:Gd—“大呼吸”损耗量, kg;

(V1-V2) —发油前后气体空间变化;

C—油气浓度;

ρ—油气密度, 汽油ρ=3kg/m3。

2.2.1 以T510#成品汽油罐单次调和收付油为例

收油时的最低液位是2.5m, 收油后的最高液位是15.94m, 该管的罐直径为30m那么从油品调合到油品出厂的整个过程中 (V1-V2) =0.949 5×104m3, C=0.756 4 (根据化验室监测数据计算而得) , ρ=3kg/m3。将这些数据带入公式 (Ⅱ) 可得:

若每t汽油按5 500元 (当时市场价) 计算, 21.546×5 500=11.85万元。这个损失只是粗略的计算了该T510#罐调和一次的油气损失。

2.3 输转损耗量

式中:Lw—发油损耗, kg/a;

Q—油罐年周转量, km3;

D—油罐直径, m;

ρy—油品密度, kg/m3;

C—油罐壁的粘附系数[2], m3/km2 (103m2) ;

2.3.1 以T701#柴油罐为例

T701#罐年出厂约83万t, 那么在油品调合到油品出厂的整个过程中, 该罐年周转量Q1=1 494.24km3, D=30m, ρy=833.2kg/m3, C=0.527 6m3/km2, 代入公式 (Ⅲ) 可得:

2.4 油品储存损耗

2.4.1 散装液态石油产品储存损耗国家标准[3]

表1为散装液态石油产品储存损耗率

%

根据储存损耗率表可知, 油品在储存过程中的损耗是很大的。例如, 一座汽油储备库, 在夏天它的库存为10万m3的汽油, 在静止状态下, 一个月的损耗量=10×104×0.21%=210m3, 若按照93#汽油/t (密度0.725g/m L) 9 000元计算, 210×0.725×9 000=137.025万元。因此在静态储存油品时会带来很大的经济损失, 有效的减低产品库存, 是合理的降低储存损耗, 挽回经济损失。

3 降低油品损耗的措施

从上面的粗略计算可以看出, 汽、柴油在1a内因储存、输转过程中的损耗, 造成的经济效益流失可达上千万元, 而且对环境保护工作起负面影响。为降低油品损耗, 结合车间的实际情况可从技术、工艺等方面采取如下措施:

3.1 将现在储存汽油的拱顶罐改为内浮顶罐

汽柴油原料罐和成品罐是拱顶罐储存的, 再加上日照时间较长, 昼夜温差大, 大大增加了油品的损耗, 应将其改为蒸发较小的内浮顶罐。内浮顶油罐的液面全部被浮顶所覆盖, 没有气体空间油品温差变化小, 内浮顶油罐和拱顶油罐相比, 可减少油品蒸发损耗90%~95%左右, 而且拱顶改为内浮顶罐投资回收期短, 大多在1a内就可收回全部投资。

3.2 收集油品蒸气

将储存相同油料的油罐气体空间用管线接通, 并将一集气罐与管线相连, 构成一个集气系统。作业时可以相互交换油气, 不使罐内吸入新鲜空气和排出油气。但是应该在连通每个油罐处安装阻火器, 防止因某个油罐发生火灾而危机所有被连通的油罐。

3.3 安装还原吸收器

还原吸收器是立式圆筒, 内装隔板, 隔板之间填充活性炭或润滑油等物质, 当油罐呼出的气体进入还原吸收器时, 蒸汽中的部分油分子被吸收剂吸收, 被吸收了油气后的混合气排入大气中。当油罐吸气时, 大气经还原吸收器携带部分油分子进入油罐, 以减少罐内液体再蒸发。安装还原吸收器后可减少损失40%。

3.4 在呼吸阀下安装挡板

在呼吸阀接合管下装设挡板是一种投资资金少、安装容易、不影响企业生产正常运行的简易降耗措施。在装设挡板后, 吸入罐内的空气在油罐气体空间的运动方向发生改变, 避免了油面上的直接冲击, 是吸入的空气在油罐气体空间顶部沿径向分散, 然后平稳地向下运动。不仅可以减少发油后的回逆呼出, 而且可以降低下次呼气的的油气浓度。在相同条件下, 装设呼吸阀挡板的油罐比不装设挡板的油罐可使油品蒸发损耗降低20%~30%。

3.5 合理安排油品储罐使用率

油品储罐尽量装满, 以减少内部气体空间体积, 并尽量减少倒罐次数, 这样会很大程度地减少油罐呼吸损耗。研究表明, 当油品储罐装满率为90%时, 蒸发损耗约为0.3%, 油品储罐装满率为70%时, 蒸发损耗可达到1%~1.5%。

3.6 合理控制储罐的库存

根据气温的变化, 市场的需求, 尽量降低储备库的库存, 使储备库的库存合理有效, 能满足市场需求的一个储量, 尽可能的降低因储量过剩而带来的经济损失。

4 结束语

在油品储运中的损耗是可以通过优化工艺, 改进设备, 精心操作来尽量降低的, 降低油品储存损耗也不是一朝一夕的事, 是炼油企业的一项长期、艰巨的工作。既要研究探讨一些损耗理论, 又需在石油企业生产实践中多做扎实具体的研究工作。只要我们工作人员采取切实、可行、有效的防治措施, 不断加强油品储存运输的科学管理, 那么油品损耗量就一定会降下来。

参考文献

[1]郭光臣.炼油厂油品储运[M].中国石化出版社, 1999.

光纤损耗的理论分析与测量 篇3

1 光纤耦合损耗理论分析[1,2,3]

光纤之所以能获得应用, 原因之一是传输损耗越来越小, 1970年前, 光纤传输损耗为1000dB/km, 1972年下降到7dB/km, 1978年为2.5dB/km, 1976年为0.47dB/km, 随后渐变型光纤的损耗达到了0.35dB/km, 单模光纤达到0.2dB/km, 若用光功率衰减一半 (相当于损耗3dB) 的长度来表示, 普通玻璃是几厘米, 光学玻璃是几米。20dB/km光纤是150m, 而0.2dB/km的光纤可达15km, 可见光纤是何等的透明。

入射于光纤中的光, 由于各种原因被吸收、散色, 其中一部分损失了。光纤的损耗 (用dB表示) 可用下式表示。

损耗undefined

式中:pi——光纤入射端的光能;

po——光纤出射端的光能。

光纤传输损耗的物理机理如下:一是光纤本身的损耗;二是传输时使用条件产生的损耗。前一种又可分为光纤的原材料方面的损耗, 光纤几何结构不完整所产生的损耗。后一种有连接损耗, 弯曲损耗以及放射线辐射使光纤变黑使吸收增加所产生的损耗等。图1为传输损耗示意图, 在纤维光学传感器中常应用弯曲等损耗, 使通过光纤的光强发生变化来进行精密测量。光纤微弯引起光纤中传输模式的变换, 弯曲半径越小, 损耗越大, 光纤连接时存在错位或间隙也会增大损耗。

1.包层, 2.纤芯, 3.瑞利散射, 4.离子吸收, 5.结构参数在长度方向上产生损耗, 6.不规则弯曲, 7.连接损耗, 8.整体弯曲损耗.

1.1 光纤本身的损耗

光纤本身的损耗, 即固有损耗是由光纤制造过程中出现的偏差和缺陷引起的, 并且不可能用机械或外加工方法加以纠正。代表性的有跃迁金属吸收, OH根吸收, 固有吸收损耗, 瑞利散射损耗。

1.2 传输时使用条件产生的损耗

传输时使用条件产生的损耗, 即附加损耗是在光纤制造过程结束之后出现的损耗, 并且可以用机械的或外部加工方法加以纠正, 如, 光纤端面抛光不正确或光纤机械连接不正确等均属这一类, 附加损耗起因的几个例子示于图2, 图3, 图4, 如果输入到接收光纤的光或从发射光纤输出的光以15°～20°的圆锥角发散, 则纤芯之间的间隙将使发射光纤纤芯发射的一部分光偏离接收光纤的纤芯。两根光纤之间的横向错位也会引起损耗, 这种横向错位的起因是:两根光纤没有正确对准, 或者即使包层外表面已正确对准, 但它们的纤芯相对于光纤的外表面却不同心。通常, 光纤之间是靠它们的外表面进行对准的。此外, 还有许多该图尚未示出的其它影响因素。光纤端面可能不平滑, 这就会导致散射损耗。光纤端面不平整, 从而可能出现透镜效应。因此, 为了保证固有损耗和附加损耗达到或减至最小, 在光纤、连接器和固定接头的制造和测试过程中要多加小心, 玻璃与空气折射率不同面引起两根光纤端面的反射是容易纠正的影响。对二氧化硅 (SiO2) 而言, 这种反射产生0.4dB的损耗。

1.2.1 相同芯径光纤之间纤轴错位的影响, 见图3

图3中D表示纤芯直径, d表示横向错位。由该图可见, 10%的横向错位 (在单模光纤时可能只有0.5μm) 却可能产生0.5dB的损耗, 购买光纤时, 仔细地规定光纤尺寸是重要的, 例如:光纤的外径应当保持均匀, 在某个标称值的±1%范围内;纤芯应当同心, 在0.5%以内。对于80μm直径的光纤, 1%的直径偏差就是0.8μm。它可能引起0.4μm的横向错位。对5μm的纤芯来说, 这个错位量可能引起d/D=0.08, 相应的损耗约0.4dB。

1.2.2 轴向的角度错位, 见图4

当对接光纤之间在轴向未对准, 或者光纤端面没有精确地切割得与纤芯轴垂直, 就可能出现这种角度错位。该影响也与数值孔径NA有关, 它随NA的增加而增加。在两极NA均为0.15的光纤互连过程中, 小至5°的角度错位会产生0.4dB左右的损耗。

1.2.3 光纤弯曲与光纤的传输损耗[4]

光纤的特点之一是柔软可弯曲, 弯曲有两类:一类是有意的, 必需的;一类是在制造、成缆、施工等过程中引进的随机性微弯。因此, 研究光纤弯曲时对传播光有哪些影响具有实际意义。当光纤曲率半径小到一定程度 (即光纤弯曲严重) 时, 原来在直部能产生全反射的子午光线, 到弯部便从芯线弯曲部分的外侧面逸出, 在光纤中产生传输损耗, 在长距离传输时要尽量避免不必要的弯曲, 以保证光能的长距离传输。

1.2.4 两光纤对接焊接熔融后光在光纤传输中的损耗

简要介绍两光纤对接焊接熔融后光在光纤传输中的损耗, 熔融固定接头示于图5的左边。把两根光纤的端面靠在一起, 而不必消除横向错位。如图5所示, 加热之后, 光纤就熔融, 然后, 表面张力使光纤对准。图5右边的曲线, 表示加热前和加热后固定接头损耗与横向错位的关系。熔接前的结果表示了一条与理论曲线重叠的试验曲线。由图5可见, 由于进行了熔融焊接, 损耗有了明显的降低。

2 实验结果与分析

光纤的端面间隙将引起附加损耗, 光纤的芯径用D表示, 光纤端面间隙用s表示。图2中画出了耦合损耗与s/D的关系。端面间隙对耦合损耗的影响还与数值孔径有关。数值孔径 (NA) 越大, 从发射光纤出射的光发散得越大, 因此, 未入射到接收光纤纤芯中去的光所占百分比越大。截取1m 的单模光纤, 在光纤耦合损耗实验仪器上测量耦合损耗, 从光纤耦合损耗实验中也可以看出光纤的端面间隙会引起损耗, 数据见表1。

Pi——输入值;

P1——电弧融接前, 仪器上显示的最大输出值;

P2——调节螺旋微调旋钮10格, 即两对接面之间远离0.1mm仪器上显示的输出值;

P3——继续调节螺旋微调旋钮10格, 即两对接面之间又远离0.1mm仪器上显示的输出值;

Po——电弧融接后输出值;

undefined——光在光纤传输中的能量损耗。

3 结论

首先从理论上分析了引起光纤耦合损耗的原因, 然后从实验上分析测试了单模光纤耦合损耗与光纤对接端面间隙之间的关系, 从光纤耦合传输损耗实验中可以看出, 光纤两对接端面之间的距离增大0.1～0.2mm, 光在光纤中传输的损耗为1.030～4.55dB。在光纤耦合损耗实验中, 我们也可以看出, 在两光纤端面未焊接熔融时, 输出功率为22.8uw, 光在光纤传输损耗为1.03dB, 熔融焊接后输出功率为28uw, 光在光纤传输损耗为0.137dB, 实验表明, 进行熔融焊接后损耗有明显的降低。从表1中看到, 损耗光纤两端面进行焊接后, 即没有端面间隙时, 仍有光纤传输损耗0.137dB, 它主要来源于光纤本身的损耗, 如, 光纤的原材料方面的损耗, 光纤几何结构不完整等, 还来源于光纤弯曲等方面。

参考文献

[1]杨国光.近代光学测试技术[M].机械工业出版社.浙江大学出版社, 2005.

[2]张志鹏.光纤传感器原理[M].中国计量出版社, 1991.

[3]刘瑞复.光纤传感器及其应用[M].北京:机械工业出版社, 1987.

[4]徐予生.光纤传感器技术手册[M].电子工业出版社, 1987.

[5]游善红, 郝素君, 殷宗敏, 等.单模光纤中弯曲损耗的测试与分析[J].光子学报, 2003 (4) :409-411.

无线接入信道损耗特性分析 篇4

在无线接入信道,电波不仅随传播距离的增加而发生弥散损耗,并且会受到地形、地物遮蔽而发生“阴影效应”,而且信号经过多点反射,会从多条路到达接收端,这种多径信号的幅度、相位以及到达时间都不一样,它们相互叠加产生电平快衰落和时延扩展。工程实际中,常常用一些特征量来表示衰落信号(快衰落)的幅度特点,这些特征量主要有衰落速率和衰落深度。本文将对莱斯和瑞利2种小尺度衰落信道条件下的衰落速度和衰落深度进行分析。

1 无线接入信道的损耗分析

无线接入信道的损耗主要包括自由空间传输损耗和散射损耗两部分。

1.1 自由空间传输损耗

自由空间损耗反映了无线电波在理想空间传播时产生的扩散损耗。自由空间传播损耗提供了一个可供比较的传播环境标准。自由空间传播损耗Lbs的定义为:

undefined。

式中,Lf为自由空间传播基本传输损耗;d为传播路径长度;λ为波长。

1.2 反射损耗

在工程实践中,典型的移动通信电波传播需要考虑地物等反射对电波传播的影响,这种情况下的传播通路为直射通路和反射通路,对应的传播模型称为二射线反射模型。

反射引起的附加损耗可以表示为:

undefined。

式中,λ为波长;Re为等效反射系数;Δr为直接射线与地反射射线之间的路程差。

2 服从瑞利分布的衰落深度

无线信道中传输的信号在无视距路径存在的情况下是服从瑞利分布的,此时信号幅度、相位的联合分布密度为:

undefined。

信号幅度和相位的分布密度分别为:

undefined

从而可以得到相应的幅度分布概率为:

undefined

即P(R)为传输信号不超过给定值的概率,而q(R)表示传输信号超过给定值的概率。

根据式(1)和式(2)可以求出包络功率ω=r2的分布密度和分布概率为:

undefined, (3)

undefined。

式中,ω0=2σ2为平均信号包络功率。

令式(3)右边等于1/2,可以得到信号幅度中值为:

ωm=ω0ln2。

从而可得:

undefined

而相应于被超过概率q的相对于中值的电平即为:

V(dB)=10lg(-lgq)+5.2。

从而得到信号服从瑞利分布情况下的衰落深度为:

F=V(0.5)-V(0.9)≈8.2 dB。

3 服从莱斯分布的衰落深度

当信号在无线传输过程中存在视距路径且该视距路径可建模为常矢量时,此时传输信号服从莱斯分布,信号幅度、相位的联合分布密度为:

undefined。

式中,α为直射路径分量幅度。

信号幅度和相位的分布密度分别为:

undefined

式中,

undefined(零阶虚变量贝塞尔函数);

undefined;undefined;

undefined。

当γ2<<1时,信号可近似看作是服从瑞利分布,而当γ2 >>1时,则

undefined

从而可以得出结论,当常矢量很强时,信号的幅度和相位主要分布在常矢量的幅度值α和相位值θ=0附近。可得信号幅度的分布概率为:

undefined。

定义undefined,则

undefined。

从而可得相对于常矢量的被超过概率q的相对于中值的电平为:

F=20lgm。

令K=20lgk,从而可以得到信号服从莱斯分布情况下的衰落深度为:

undefined

。

不同莱斯因子条件下的误码性能如图1所示。

4 衰落速率分析

衰落速率可表示为:

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当用中值电平表示时,衰落速率还可以写为:

N(r)=N(rm)n(r)。

式中,N(rm)为中值电平rm处的衰落速率;n(r)为电平r处的相对衰落速率。可以得到N(rm)和n(r)的表达式为:

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当γ=0时,信号服从瑞利分布:

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当γ≠0时,信号服从莱斯分布:

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5 结束语

小尺度衰落是无线接入多径衰落信道重要特征,在典型的莱斯分布和瑞利分布衰落信道条件下,衰落深度和衰落速度是表征信道特性的重要参数,直接决定了系统工程中关键部件的设计方法。本文推导了莱斯、瑞利信道衰落深度和衰落速度的统计计算方法,对针对变参条件下的信道设计有一定的参考作用。

参考文献

[1]PROAKIS J G.数字通信(第4版)[M].张力军,译.北京:电子工业出版社,2003.

光伏电站阵列内电缆损耗分析 篇5

关键词：光伏阵列,电缆损耗,光伏电站效率

0前言

2013年我国光伏电站新增装机位列世界第一[1], 大型光伏电站列阵设计方案主要采用集中式逆变器、分布式逆变器两种方案。前者国内惯用采用两级汇流的方式:光伏组串经汇流箱的一次汇流后, 再汇流至直流配电柜 (或逆变器内直流侧) 。后者采用两级 (三级) 回流方式:光伏组串回流至分布式逆变器, 再汇流至交流母线 (或经交流汇流箱三级汇流至交流母线) 。

目前, 纵观国内外尚缺乏对上述两种方案中阵列内电缆损耗的定量分析。因此, 本文首先对集中式逆变器方案的不同回路数的汇流箱进行电缆损耗计算分析。再对两种方案在一次汇流回路数相同的情况下进行对比分析。最后得出各方案的分析结论。

1 光伏方阵损耗分析

光伏电站方阵效率为:

光伏组件可认为是电流源, 同时:

同时考虑到ΔU=UΔU (%)

结合上式, 得出

故, 光伏电站方阵效率即转化为压降计算。

2 集中式逆变器电缆电压降计算

根据《电气设计一次手册》中提供的直流、交流电缆压降公式[2]分别为式3、式4:

式中:

ΔU:直流电压压降百分比 (%)

Ig:电流 (A)

L:电缆长度 (km)

R:直流电缆电阻 (Ω/km)

r:交流电缆电阻 (Ω/km)

x:交流电缆电抗 (Ω/km)

φ:功率因素, 本文逆变器出口交流电源的cosφ取1。

上述参数中:电流、长度、电压均可根据电池板参数确定, 电缆电阻则可根据国标《电缆的导体》 (GB/T 3956-2008) [3]中查得, 基于上述数据即可完成电缆的压降计算。

当环境的温度、辐射值发生变化, 光伏组件的工作电压、电流随之变化。最终将引起光伏方阵内电缆压降的变化。为简化计算模型, 本文取光伏组件为稳定电流源, 即光伏组件的工作电压恒定, 仅工作电流随环境参数变化。

本文对单位MWp光伏阵列进行计算分析, 其模型取值如下:

光伏阵列所处纬度:23°;光伏组件为60片多晶硅250 W组件, 其中Vmppt=30.7 V, Imppt=8.15 A;组串数采用22, 组串并联数182回;组件至汇流箱电缆采用1×4 mm2;汇流箱采用8、16回路汇流箱, 对应数量取24、12台, 汇流箱出线电缆截面相应采用1×35 mm2、1×70 mm2;

基于上述模型, 针对理论方阵 (地面坡度为0度) :首先绘制出单位MWp光伏阵列的布置图, 再分别布置8、16回路的汇流箱, 测量各段电缆的长度;针对山地方阵:其电缆长度采用云南某山地工程的实际敷设值。

最后结合式1~4、表1分别计算理论方阵、实际工程计算电缆损耗占比, 计算结果分析得出:

1) 理论状态下, 采用何种汇流箱, 当计算口径一致时, 其理论损耗与汇流箱的选择差异不大, 考虑到电缆参数的特性, 可认为其理论损耗在各种状态下一致。

2) 实地状态下, 电缆的连接长度在复杂地形条件下大幅增加, 因此, 相比于理论状态下, 电缆损耗大幅增加, 同时。由于多回路汇流箱的涉及组串数多, 16回路汇流箱电缆损耗明显大于8回路的电缆损耗, 当电流值为8.15 A时, 前者损耗占比高于后者2.63%。

3 分布式逆变器电缆电压降计算

近年来, 随国内大量光伏电站的建设。为适应地形起伏较大、分布式屋顶光伏系统的发展。在一些MWp级的光伏电站中, 越来越多的分布式逆变器投入到建设中。两类逆变器方案在不同的文献中结论存在差异, 本文将通过上述方法, 在一级汇流前采用相同的汇流数, 以完成相应分析。电站模型分别如下:

3.1 集中式逆变器单位

光伏阵列所处纬度:23°;光伏组件为60片多晶硅250 W组件, 其中Vmppt=30.7 V, Imppt=8.15 A;组串数采用22, 组串并联数182回;组件至汇流箱电缆采用1×4 mm2;汇流箱采用6回路汇流箱, 对应数量取32台, 汇流箱出线电缆截面分别采用1×25 mm2、1×35 mm2;

3.2 分布式逆变器单位

光伏阵列所处纬度:23°;光伏组件为60片多晶硅250 W组件, 其中Vmppt=30.7V, Imppt=8.15 A;组串数采用20, 组串并联数200回;组件至分布式逆变器电缆采用1×4 mm2;逆变器采用28 k W, 其中Vmppt=480~800 V, 36台, 每个逆变器接入6回组串;逆变器出口电缆:4×16 mm2;交流汇流箱:6回路, 6台;交流汇流箱出口电缆:3×95 mm2+1×50mm2。计算结果分析得出:

1) 采用集中式逆变器, 结合表2、表3, 当汇流箱由8回路变为6回路时, 当接近满负荷时, 光伏方阵电缆损耗基本相同, 当负荷较低时 (低电流) , 根据对中间过程数据的分析, 认为此时的因一级汇流的电缆短, 故压降低, 使得低负荷时其电缆损耗较低。与表2的分析结论一基本一致;

2) 采用集中式逆变器, 当汇流箱出线电缆由25 mm2增加至35 mm2时, 因电缆电阻降低, 光伏方阵电缆损耗下降较明显;

3) 低负荷时分布式逆变器的损耗高于集中式逆变器;高负荷时分布式逆变器的损耗接近集中式逆变器。

4) 上述表2中三个方案的铜耗量 (铜密度按照8.9 t/m3计算) 分别为:1 t、1.35 t、1.33t。可以看出, 当汇流箱出线电缆采用35 mm2时, 集中式逆变器方案与分布式逆变器方案的电缆损耗基本一致, 此时铜耗基本一致。

4 结束语

1) 理论状态下, 采用何种汇流箱, 其理论损耗与汇流箱回路数的选择差异不大。

2) 采用集中式逆变器、分布式逆变器时, 当各方案的铜耗一致时, 方阵的电缆损耗基本一致。

3) 本文因未考虑两种逆变器本体效率、可靠性等因素。因此对两种逆变器的方阵整体损耗不做分析。

参考文献

[1]Renewable Energy Policy.RENEWABLES 2014 GLOBAL STATUS REPORT[M].REN21 Secretariat c/o UNEP, 2014.

[2]水利电力部西北电力设计院.电气设计一次手册[M].中国电力出版社, 1986.