地中送配電ケーブル導体温度モデルに基づく系統潮流マネジメント手法の開発

基于地下输配电电缆导体温度模型的系统潮流管理方法开发

• 批准号: 21K04965
• 负责人: 杉原 英治
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Kwansei Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04965/
• 关键词: 電力ネットワーク; 送配電ケーブル; 架空送電線; 熱等価回路モデル; 熱時定数; 電力ケーブル; 潮流計算; 地中送電ケーブル; 導体温度モデル; ダイナミックレーティング

絶縁電線・ケーブルの許容電流は、絶縁体の劣化の観点から導体温度に基づき定められており、導体や絶縁体の温度変化には熱的慣性があることから、急峻な電流変化に対して時間遅れを伴って導体温度は変化する特徴がある。本研究課題では、まず低圧配電ケーブルに着目し、絶縁電線の導体温度を推定するための熱等価回路モデルを構築し、数値シミュレーションにより等価回路中の熱抵抗の妥当性を評価するとともに、実験ではステップ電流変化に対するケーブル表面温度の過渡応答を測定し、熱容量を含めた等価回路モデル全体の妥当性を検証した。構築した熱等価回路モデルを用いて、太陽光発電の出力変動を想定した電流変化を用いて導体温度の時間変化を評価した結果、通電電流の変化に比べて導体温度は、ある一定の時間遅れを伴って上昇することを確認した。従来の常時許容電流値（定格電流）を送電容量制約として用いた場合と比べて、導体温度に上限制約を課した場合、太陽光発電出力を想定した通電電流の抑制量がどの程度変化するかを定量的に明らかにした。また、高圧配電ケーブルとして用いられている絶縁電線を対象として、熱等価回路モデルを構築し、妥当性を検証した。電動車両等への充電電流を想定し、ステップ上に電流が変化した場合の熱時定数を評価するとともに、太陽光発電の出力変動を想定した場合の出力抑制量を評価した。さらに、架空送電線や架空ケーブルの場合、対流による冷却効果が導体温度に影響を与えることから、有限要素法を用いて電線周辺の風速や風向角が架空送電線の導体温度に与える影響について基礎的検討を行った。

从绝缘体劣化的角度来看，绝缘电线电缆的允许电流是根据导体温度来确定的，并且由于导体和绝缘体的温度变化具有热惯性，因此电流急剧变化时的允许电流是根据导体温度来确定的。存在一个特性，即导体温度变化具有滞后性。在本研究项目中，我们首先关注低压配电电缆，构建热等效电路模型来估计绝缘导线的导体温度，通过数值模拟评估等效电路中热阻的有效性，并进行实验。测量了电缆表面温度对阶跃电流变化的瞬态响应，并验证了包括热容量在内的整个等效电路模型的有效性。利用构建的热等效电路模型，假设太阳能发电的输出波动，利用电流变化来评估导体温度的时间变化，结果发现，与传导电流的变化相比，导体温度具有一定的时间滞后。增加的同时伴随着与使用恒定的允许电流值（额定电流）作为电力传输容量约束的常规情况相比，当对导体温度施加上限约束时，假设光伏发电输出的电流抑制量变化多少？得到了定量的澄清。此外，建立了高压配电电缆绝缘线的热等效电路模型，并验证了其有效性。假设电动汽车等的充电电流，评估了电流逐步变化时的热时间常数，评估了假设太阳能发电的输出波动时的输出抑制量。此外，对于架空输电线路和架空电缆，由于对流的冷却效应会影响导体温度，因此我们采用有限元方法研究了导线周围的风速和风向对架空电力导体温度的影响。我们进行了彻底的调查。

项目成果

Overload Evaluation of MV Distribution Lines based on Thermal Inertia Characteristics under High Penetration of PVs and EVs

光伏电动车高渗透率下基于热惯性特性的中压配电线路过载评估

• 发表时间: 2023
• 作者: A. Hamasaki;K. Kubo;M. Harashima;A. Katsuki;S. Ozeki;Hideharu Sugihara
• 通讯作者: Hideharu Sugihara

変動型電源/負荷の大量導入に向けた架空配電ケーブルの導体温度モデルに基づく過負荷評価

大量引入可变电源/负载时基于架空配电电缆导体温度模型的过载评估

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakatani Kaho;Higashi Masahiro;Fukuda Ryoichi;Sato Hirofumi;杉原英治
• 通讯作者: 杉原英治

Temperature-Based Overload Evaluation in Low-Voltage Distribution Lines Considering PVs and EVs: Model Validation and Simulations

考虑光伏和电动汽车的低压配电线路中基于温度的过载评估：模型验证和仿真

• 发表时间: 2021
• 作者: Hideharu Sugihara;Tsuyoshi Funaki
• 通讯作者: Tsuyoshi Funaki